L’industrialisation du secteur porcin canadien a menée à une diminution du nombre de fermes et une augmentation de porc par bâtiment avec comme conséquence, un risque accru d’épidémies. Les mesures de biosécurité appliquées n’incluent pas d’exigences pour le contrôle des bioaérosols (voies de transmission confirmée ou suspectée pour plusieurs maladies). Certains pathogènes bactériens et viraux peuvent parcourir de longues distances dans l’air et garder leur potentiel infectieux. La recherche de méthodes visant à contrôler les bioaérosols est active et l’utilisation de technologies fiables et abordables de traitement de l’air amélioreraient le bien-être animal et pourraient réduire l’incidence des épidémies et les coûts conséquents pour l’industrie. Lors de ce programme doctoral, quatre types de traitement de l’air ont été examinés, un biofiltre percolateur, l’ozone dans un tunnel, des filtres mécaniques et des filtres antimicrobiens. Différents modèles d’exposition aux bioaérosols ont été testés comme une aérosolisation sèche ou liquide, d’origine naturelle ou artificielle. En outre, une méthode de production de poussière contaminée par des virus infectieux a été développée. Dans la première étude, un tunnel de vent a été utilisé pour aérosoliser et exposer le phage PhiX174 à l’ozone à des concentrations variables et deux conditions humidités relatives (40% et 80%). L’ozone a été généré à 0,3 à 1,8 ppm en comparaison avec des expériences sans ozone pour évaluer la perte des phages aérosolisés dans le tunnel. Les phages ont été collectés en solution liquide par deux collecteurs simultanément avec un point de référence en amont de l’ajout d’ozone (ou temps de référence zéro). Les phages ont été quantifiés par qPCR et par culture pour établir les ratios infectieux. À chaque point de prélèvement, le ratio total/infectieux a été comparé à celui au temps zéro. Les résultats de l’étude ont été difficiles à interpréter à cause d’un effet de l’ozone sur les phages dans les récipients de collecte. Ce phénomène a mené à l’application d’un facteur de correction dans les résultats observés. Après correction, une diminution significative entre les ratios a été observée entre 0, 0,3 et 0,6 ppm à 80% d’humidité relative tandis qu’aucune différence n’a été observée entre les concentrations à 40% d’humidité. iii Dans un deuxième temps, des bioaérosols artificiels ont été produits par aérosolisation sèche pour étudier leur utilité dans l’évaluation de l’efficacité de réduction des filtres mécaniques et antimicrobiens. Aucune étude à ce jour ne proposait de protocole afin de produire des aérosols viraux secs de distribution granulométrique similaire à celle rencontrée dans le milieu porcin. Un tel aérosol permettrait l’obtention de conditions expérimentales plus représentatives de l’environnement étudié car les aérosols liquides créés en laboratoire sont habituellement plus petits. Nous avons produit des bioaérosols secs de phages infectieux agrégés sur une poussière standard de diamètre aérodynamique médian en masse de 12 μm. Le protocole a permis la préparation de poussière standard contenant des phages (PhiX174 ou MS2) mais seul MS2 a montré une concentration assez élevée pour être détectée après filtration mécanique et antimicrobienne (PhiX174 a été réduit en-dessous de la limite de détection). Cette méthode pourra être appliquée à d’autres types de filtres. Finalement, un biofiltre percolateur traitant l’air d’une salle d’engraissement d’une porcherie a été évalué pour la réduction des bactéries, archées, et virus émis par les systèmes de ventilation du bâtiment. Ce projet a évalué l’impact du taux de ventilation et des températures extérieures sur l’efficacité du système percolateur grâce à une série d’échantillonnages échelonnés sur une période de 10 mois. L’effet potentiel du biofiltre percolateur comme source d’émission de bioaérosols a été étudié par analyse de biodiversité par séquençage à haut débit tandis que l’efficacité de la réduction microbienne des filtres a été testée par qPCR. Cette étude a montré que le contenu de l’air émis par le biofiltre percolateur était différent en composition de celle des échantillons d’air en amont. Les résultats de qPCR ont montré des efficacités de réduction des bioaérosols modérées à élevées pour les bactéries et les archées. Les coliphages, seuls virus aéroportés détectés dans l’air sortant de la porcherie, n’ont été réduits que faiblement, tout comme les bactéries cultivables. Aucun effet de la température extérieure n’a été identifié au niveau de l’efficacité de la réduction microbienne.

Plusieurs environnements de travail sont hautement contaminés par des bioaérosols qui sont souvent associés à l’induction de diverses pathologies respiratoires. Il est donc important de mieux définir l’impact des composantes des bioaérosols sur l’immunité mucosale pulmonaire. La cellule dendritique est à l’interface de l’individu et de son environnement et aurait un rôle dans l’initiation de réponses immunopathologiques induites par les bioaérosols. Le but de ce projet était donc de comparer comment divers agents, combinaisons d’agents, ou des échantillons issus d’environnements hautement contaminés par des bioaérosols modulaient l’activation des cellules dendritiques in vitro. Nos résultats montrent que le degré d’activation des cellules dendritiques dérivées de la moelle osseuse in vitro discriminent un agent fortement immunogène, les endotoxines, d’agents faiblement immunogènes tels les β-D glucanes et les archées Methanosphaera stadtmanae et Methanobrevibacter smithii. Nous montrons également qu’une stimulation combinée de ces agents active de façon additive les cellules dendritiques, confirmant ainsi l’importance d’étudier l’impact des bioaérosols comme un ensemble, et non pas seulement certaines composantes individuellement. De plus, la cinétique d’activation des cellules dendritiques est modulée par la nature de la stimulation, ce qui confirme l’hypothèse d’interaction entre les composantes des bioaérosols sur la réponse immune. Enfin, l’activation des cellules dendritiques permet de stratifier par classe divers environnements de travail, ce qui est corroboré par un modèle d’inflammation pulmonaire in vivo. Ce projet élargit donc notre connaissance des mécanismes sous-jacents à l’induction de réactions immunes pathologiques par les bioaérosols complexes / Several occupational settings are highly contaminated with bioaerosols, which are often associated with the induction of various respiratory pathologies. It is therefore important to define the impact of the components of bioaerosols on mucosal immunity. Dendritic cells are at the interface of the individual and his environment and play a role in the initiation of immunopathological responses induced by bioaerosols. The purpose of this project was to compare how various agents, agent combinations, or samples from environments highly contaminated with bioaerosols modulated dendritic cell activation in vitro. Our results show that the degree of activation of dendritic cells derived from the bone marrow differentiates between a highly immunogenic agent, endotoxins, from weakly immunogenic agents such as β-D glucans and archaea Methanosphaera stadtmanae and Methanobrevibacter smithii. We also show that combined stimulation of these agents additively activates dendritic cells, thus confirming the importance of studying the impact of bioaerosols as a whole, and not just individual components. In addition, the kinetics of activation of dendritic cells is modulated by the nature of the stimulation, which confirms the hypothesis of interaction between the components of bioaerosols on the immune response. Finally, the activation of dendritic cells stratifies various working environments by class, which is corroborated by an in vivo lung inflammation model. This project therefore broadens our understanding of the mechanisms underlying the induction of immunopathological reactions by complex bioaerosols.

Les méthodes connues de détection des virus dans l’air sont complexes et ne permettent pas de détecter rapidement plusieurs types de virus à la fois. De plus, peu d’informations sont disponibles concernant l’efficacité des échantillonneurs à récolter et à préserver l’infectivité des virus. Ce projet avait pour objectif d’étudier la détection des virus dans l’air basée sur la présence d’un marqueur enzymatique, soit la neuraminidase. Une enzyme purifiée et des souches de virus influenza ont été utilisés comme modèles. L’efficacité de trois échantillonneurs à récolter les virus dans l’air a été comparée et les effets de l’aérosolisation et de l’échantillonnage dans deux chambres d’aérosolisation sur l’acitivité de la neuraminidase et sur l’infectivité des virus ont été étudiés. Les résultats obtenus démontent la stabilité de la neuraminidase et valident son utilisation comme marqueur enzymatique pour la détection générique, simple, rapide et abordable des virus dans des échantillons d’air. / The known methods for the detection of viruses in the air are complex and do not allow to quickly detect several types of viruses at the same time. In addition, little information is available regarding the effectiveness of samplers to collect and preserve the infectivity of the viruses. This project aimed to investigate the detection of viruses in the air based on the presence of an enzymatic label, the neuraminidase. A purified enzyme and strains of influenza viruses were used as models. The effectiveness of three samplers to collect the viruses in the air and was compared and the effects of aerosolization and sampling in two aerosolization chambers on neuraminidase activity and viruses infectivity were studied. The results obtained demonstrate the stability of the neuraminidase and validate its use as an enzymatic marker for the generic, simple, fast and affordable detection of viruses in air samples.

Différents types d’échantillonneurs d’air existent pour récolter les bioaérosols. Ils ont tous leurs avantages et leurs inconvénients, mais de ces types, un en particulier est susceptible d’introduire des biais dans le traitement et l’analyse des résultats. Les échantillonneurs de type liquide voient une portion de leur liquide d’échantillonnage s’évaporer pendant leur fonctionnement, ce qui favoriserait la perte de bioaérosols par ré-aérosolisation ou leur concentration dans le liquide. Peu de connaissances sont acquises sur la ré-aérosolisation, la concentration et leurs effets sur les résultats. Cette étude avait pour but de documenter comment l’évaporation du liquide de collecte impacte l’échantillonnage de l’air. Des expérimentations in vitro, où les récipients de collection de deux échantillonneurs liquides (Coriolisμ® et BioSampler®) étaient inoculés avec des consortiums bactériens connus, ont permis de conclure que la ré-aérosolisation et la concentration des bactéries sont des phénomènes complexes. En effet, ils sont difficilement prédictibles et semblent influencés par l’évaporation, le genre bactérien, l’hydrophobicité de la membrane bactérienne, l’interaction avec les autres bactéries, la composition du liquide de collection, le débit et le mécanisme de capture de l’échantillonneur. De plus, des expérimentations en milieu naturel ont permis de comparer la diversité récoltée par les échantillonneurs de type liquide et de type filtre, par méthodes de séquençage à haut débit. Une des particularités de cette étude était qu’une cassette contenant un filtre était branchée à la sortie d’air du BioSampler® pour récolter les bactéries ré-aérosolisées pendant l’échantillonnage. Plusieurs genres bactériens sont totalement ré-aérosolisés du récipient de collection du BioSampler®. Plus de la moitié des genres bactériens récoltés par le Coriolisμ® diffèrent de ceux du BioSampler®, et inversement. Les échantillonneurs filtres ont tous deux récolté une diversité bactérienne très similaire. Ces résultats constituent un apport important au domaine scientifique puisqu’ils prouvent les biais potentiels induits par les échantillonneurs de type liquide. / Different types of air samplers are available to harvest bioaerosols. They all have their advantages and disadvantages, but of these types, one in particular is likely to introduce bias in the treatment and analysis of the results. Liquid-based samplers see a portion of their collection fluid evaporate during operation, which would favor either the loss of bioaerosols by re-aerosolization or their concentration in the fluid. Very little knowledge is known about re-aerosolization, concentration and their effects on results. The main purpose of this study was to document how the evaporation of the collection fluid impacts air sampling. In vitro experiments, in which collection vessels from two liquid samplers (Coriolisμ® and BioSampler®) were inoculated with known bacterial consortia, concluded that reaerosolization and concentration are complex phenomena. Indeed, they are difficult to predict and seem influenced by evaporation, the bacterial genus, the hydrophobicity of the bacterial membrane, the interaction with other bacteria, the composition of the collection fluid, the flow and capture mechanism of the sampler. In addition, experiments in a natural environment have made it possible to compare the diversity harvested by the liquid-based and filter-based samplers by high throughput sequencing methods. One of the peculiarities of this study was that a cassette containing a filter was connected to the BioSampler® air outlet to collect the re-aerosolized bacteria during sampling. The results are unequivocal, several bacterial genera are totally re-aerosolized from the BioSampler® collection vessel. More than half of the bacterial genera harvested by the Coriolisμ® differ from those of the BioSampler®, and vice versa. The filter samplers both harvested a similar bacterial diversity. These results are an important contribution to the scientific field since they prove the biases induced by liquid type samplers.

Titre de l'écran-titre (visionné le 4 mars 2024) / Les différentes activités au sein des élevages laitiers peuvent mener à la génération de grandes quantités de bioaérosols et à la suspension de contaminants dans l'air. Le personnel travaillant dans ces élevages est donc constamment exposé à divers agents biologiques pouvant provoquer un déclin des fonctions pulmonaires. Les méthodes de logement alternatif (stabulation libre) sont utilisées afin de respecter les nouvelles revendications sur le bien-être animal. Toutefois, le mouvement accentué des vaches pourrait être lié à un déclin dans la qualité de l'air au sein du bâtiment et augmenter les risques de maladies pulmonaires. Cette étude avait pour but de caractériser la qualité de l'air entre cinq élevages à stabulation libre et cinq élevages à stabulation entravée au Québec. Cette étude avait également pour but de caractériser les bioaérosols et les agents étiologiques dans ces environnements et d'identifier les facteurs environnementaux ayant le plus grand impact sur leur concentration. L'air a été prélevé dans chaque élevage à trois reprises à l'aide d'un SASS$^\textup{®}$ 3100 durant l'hiver. Les élevages visités utilisaient tous la litière de paille et la ventilation mécanique. D'autres caractéristiques des bâtiments ont été récoltées, comme le nombre de vaches dans l'étable (vaches laitières, génisses et taures), le volume du bâtiment, les taux de changement d'air et bien d'autres. Les poussières organiques ont également été monitorées à l'aide du *DustTrakᵀᴹ DRX Aerosol Monitor* et les concentrations de gaz avec un analyseur de gaz infrarouge. De la litière souillée a aussi été échantillonnée à plusieurs endroits dans les élevages. Les comparaisons ont été effectuées au niveau des bactéries totales, des moisissures de genre *Penicillium/Aspergillus*, des archées, des endotoxines, des poussières organiques (total, PM10, PM4, PM2.5, PM1) et des gaz (CO₂, NH₃, N₂O). Plusieurs microorganismes ont également été ciblés afin de détecter leur présence dans les élevages visités. Aucune différence significative n'a été observée entre les deux types d'élevage au niveau de la qualité de l'air. De plus, *Escherichia coli, Enterococcus spp., Clostridium perfringens, Aspergillus fumigatus, Staphylococcus aureus, Saccharopolyspora rectivirgula, Coxiella burnetii* et *Klebsiella pneumoniae* ont été détecté en grandes concentrations. Les analyses de corrélation avec les variables environnementales semblent montrer que les concentrations dans la litière souillée seraient liées aux concentrations dans l'air pour la plupart des microorganismes. De plus, la qualité de l'air semble être grandement influencée par la conception des bâtiments (Volume et ventilation) et non par le mouvement accentué des vaches, / The various activities within dairy barns can generate large amounts of bioaerosols and the suspension of contaminants in the air. Barn workers are therefore constantly exposed to various biological agents that can cause a decline in lung function. Alternative housing methods (free-stall housing) are used to respect the new demands on animal welfare. However, the increased movement of cows in free-stall farms might produce a decline in air quality within the barn and increase the risk of disease of barn workers. The purpose of this study was to compare air quality between five free-stall and five tie-stall farms in Quebec. This study also aimed to characterize bioaerosols and etiological agents collected in these environments and to identify the environmental factors with the greatest impact on their concentration. Air was sampled from each barn at three different times using the SASS$^\textup{®}$ 3100 Dry Air Sampler during the winter. All farms used straw bedding and mechanical ventilation. Other characteristics of the barns were collected (number of cows housed in that barn, volume, air exchange rates, etc.). Organic dust and gas concentrations were also monitored using the DustTrakᵀᴹ DRX Aerosol Monitor and an infrared gas analyzer, respectively. Soiled bedding was also sampled at several locations in the barns. Comparisons were made for total bacteria, *Penicillium/Aspergillus* moulds, archaea, endotoxins, organic dust (total, PM10, PM4, PM2.5, PM1) and gases (CO₂, NH₃, N₂O). Several microorganisms were also targeted to detect their presence in the farms visited. No significant differences in air quality were observed between the two types of farming. In addition, *Escherichia coli, Enterococcus spp., Clostridium perfringens, Aspergillus fumigatus, Staphylococcus aureus, Saccharopolyspora rectivirgula, Coxiella burnetii* and *Klebsiella pneumoniae* were detected in high concentrations. Analyses of correlations with environmental variables suggest that, for most microorganisms, concentrations in soiled bedding are related to airborne concentrations. In addition, air quality appears to be greatly influenced by building design (volume and ventilation) and not by the increased movement of cows.

Depuis le développement rapide des méthodes de séquençage à haut débit (SHD) en écologie moléculaire, les moisissures ont eu moins d’attention que les bactéries et les virus, en particulier dans les études de bioaérosols. Les études d'exposition aux moisissures dans différents environnements sont limitées par les méthodes de culture traditionnelles qui sousestiment le large spectre de moisissures pouvant être présentes dans l'air. Bien que certains problèmes de santé soient déjà associés à une exposition fongique, le risque peut être sousestimé en raison des méthodes utilisées. L’application du séquençage à haut débit dans des échantillons de sol par exemple a permis de mieux comprendre le rôle des moisissures dans les écosystèmes. Cependant, la littérature n'est pas clair quant à la région génomique à utiliser comme cible pour l'enrichissement et le séquençage des moisissures. Cette thèse vise à déterminer laquelle des deux régions universellement utilisées, ITS1 et ITS2, convient le mieux pour étudier les moisissures dans l’air. Durant le développement de la méthode moléculaire, un autre défi, touchant la perte de cellules fongiques lors de la centrifugation d'échantillons d'air liquide à des fins de concentration, s’est rajouté. Ainsi, cette thèse décrit une nouvelle méthode de filtration pour remédier à la perte due à la centrifugation. Ces deux objectifs représentent la première partie de la thèse qui se concentre sur le développement de méthodes: le traitement des échantillons d’air avant extraction de l’ADN et la meilleure région à cibler avec la méthode SHD. La deuxième partie consiste à appliquer la méthodologie développée pour caractériser l'exposition aux moisissures dans trois environnements de travail différents: le compost, la biométhanisation et les fermes laitières. Les résultats montrent que la région d’ITS1 a surpasser ITS2 en couvrant davantage de diversité dans les bioaérosols. En raison de profils taxonomiques complémentaires, l'auteur de la thèse suggère d'utiliser les deux régions pour couvrir la plupart des taxons lorsque la taxonomie constitue le principal intérêt de l'étude. Cependant, ITS1 devrait être le premier choix dans les autres études, principalement en raison de la grande diversité et de la similarité des profils taxonomiques obtenus par l’approche métagénomique et l’approche ciblant ITS1. De plus, la nouvelle approche de filtration proposée constitue une meilleure alternative pour compenser la perte fongique due à la centrifugation. Ensemble, ces méthodes ont permis une meilleure description de l’exposition aux moisissures en milieu professionnel / Since the rapid development of high-throughput sequencing methods in molecular ecology, fungi have been the underdogs of the microbial world, especially in bioaerosol studies. Particularly, studies describing fungal exposure in different occupational environments have been limited by traditional culture methods that underestimate the broad spectrum of fungi present in the air. There are potential risks in the human inhalation of fungal spores in an occupational scenario where the quantity and diversity of fungi is high. Although some health problems are already known to be associated with fungal exposure in certain work environments, the risk may be underestimated due to the methods used. Applying high-throughput sequencing in soil samples has helped the explanation of the fungal role in ecosystems. However, the literature is not decisive in terms of the genomic region to use as target for the enrichment and sequencing of fungi. The present thesis deals with the challenge of determining which region from the two universally used regions, ITS1 and ITS2, is best suited for study of fungal aerosols. In tandem with this challenge came another of addressing the loss of fungal cells during the centrifugation of liquid impaction air samples for purposes of concentration. This thesis describes a new filtration-based method to circumvent such losses during centrifugation. These two challenges represent the first part of the thesis, which focuses on methodology development. In synopsis, the treatment of air samples prior to DNA extraction is considered, along with the identification of the best region to target in amplicon-based high throughput sequencing. In the second part of the thesis, the focus turns to the application of the developed methodology to characterize fungal exposure in three different work environments: compost, biomethanization, and dairy farms. All three are of special interest due to potentially high fungal exposure. Results show that ITS1 outperformed ITS2 in disclosing higher levels of fungal diversity in aerosol samples. Due to complementarity in the taxonomic profiles disclosed by the two regions, the author suggests the use of both regions to cover the greatest possible number of taxa when taxonomy is the main interest of the study. However, ITS1 should be the first choice in other studies, mainly because of the high diversity it reveals and its concordance with results obtained via shotgun metagenomic profiling. In addition, the new filtration-based approach proposed in this work might be the best alternative available for compensating the loss of propagules in centrifugation done prior to DNA extraction. Taken together, these methods allowed a profound characterization of fungal exposure in occupational environments.

Les éclosions virales constituent des menaces persistantes pour les établissements de soins. En plus de compromettre la santé des usagers, du personnel et des visiteurs, ces éclosions représentent d'énormes défis de gestion des ressources humaines, matérielles et financières. La pandémie de SRAS-CoV-2 sévissant depuis plus d'une année a mis en lumière la méconnaissance du rôle de l'air dans la transmission des virus. Des technologies de traitement de l'air pourraient contribuer au contrôle des virus aérosolisés et éventuellement à la protection des occupants des milieux de soins. Dans le cadre de ce doctorat, une stratégie de traitement de l'air utilisant l'ozone a été testée pour inactiver des bioaérosols viraux. Afin d'obtenir un portrait de la contamination aérienne en milieu hospitalier, une campagne d'échantillonnage a été menée lors de trois éclosions d'influenza. Enfin, la production d'aérosols pendant le traitement d'échantillons en laboratoire clinique a été examinée. Dans la première étude, le norovirus murin ainsi que les bactériophages PhiX174, Phi6, PR772 et MS2 ont été nébulisés dans une chambre d'aérosols rotative et exposés à un traitement de l'air utilisant l'ozone à différents niveaux d'humidité relative. Le norovirus murin a été exposé à 0,23 ppm d'ozone et à 20% et 85% d'humidité relative alors que les bactériophages ont été exposés à 1,13 ppm d'ozone et à trois humidités relatives, soit 20%, 55% et 85%. Pour tous les virus, des temps d'exposition de 10, 40 et 70 minutes ont été évalués. Ce traitement a été comparé à une condition de référence, qui consistait en une exposition à l'air. Les aérosols ont été récupérés à l'aide d'un échantillonneur d'air et les virus ont été quantifiés en culture et par biologie moléculaire. Des ratios infectieux ont été calculés afin de déterminer la réduction de l'infectiosité virale attribuable au traitement à l'ozone. Une inactivation d'au moins deux ordres de grandeur a été observée après 40 minutes d'exposition à l'ozone à 85% d'humidité relative pour PhiX174, MS2 et MNV-1. Une exposition à la condition de référence à 20% d'humidité relative pendant 10 minutes a été suffisante pour une inactivation similaire des bactériophages PR772 et Phi6. Ce même traitement de l'air a ensuite été évalué pour l'inactivation d'aérosols d'influenza et du virus respiratoire syncytial. Toutefois, dans le cas de ce second virus, la perte d'infectiosité lors des procédés d'aérosolisation et d'échantillonnage était trop importante pour pouvoir l'exposer à l'ozone. Concernant l'influenza, des concentrations d'ozone de 0,23 et 1,70 ppm ont été testées à des niveaux faibles et élevés d'humidité relative. Deux suppléments, l'un de nature lipidique et l'autre de nature protéique, ont été ajoutés au lysat viral afin de quantifier l'effet protecteur qu'ils pourraient procurer aux virus aérosolisés. Une condition sans supplément a aussi été testée à des fins de comparaison. Une exposition pendant 80 minutes à une concentration d'ozone de 1,70 ppm combinée à une humidité relative élevée a engendré la meilleure inactivation, soit une réduction de quatre ordres de grandeur, pour les aérosols sans supplément ou additionnés de supplément protéique Lors de la troisième étude, l'air d'un milieu hospitalier en contexte d'éclosion grippale a été échantillonné à trois reprises. L'efficacité de récupération de trois appareils, dont deux fonctionnant à haut débit et un à bas débit, a été évaluée. Cette campagne a révélé une variabilité des concentrations aériennes d'influenza A et B entre les éclosions. Bien que des concentrations maximales de l'ordre de 10⁵ copies d'ARN/m³ aient été détectées, aucun virus infectieux n'a été quantifié. Finalement, la génération d'aérosols pendant le traitement d'échantillons sanguins et urinaires dans un laboratoire clinique de biochimie a été examinée. Les employés redoutaient de produire des aérosols contenant du SRAS-CoV-2 infectieux à partir d'échantillons récoltés chez des patients infectés par la COVID-19. Pour ce projet, une culture liquide d'une bactérie modèle a été employée en remplacement des échantillons cliniques. Trois méthodes de collecte ont été utilisées pour évaluer la production d'aérosols, soit le prélèvement d'air par un appareil standard, l'emploi de boîtes indicatrices et l'écouvillonnage de surfaces. Aucune bactérie n'a été récupérée par ces trois méthodes d'échantillonnage, ce qui indique que les procédures de traitement étudiées n'ont produit qu'une faible quantité d'aérosols. / Viral outbreaks are recurring threats to healthcare facilities. While putting the health of users, staff and visitors at risk, these outbreaks represent enormous challenges in the management of human, material and financial resources. The SARS-CoV-2 pandemic. The SARS-CoV-2 pandemic, which has been raging for more than a year, has highlighted the misunderstanding of the role of air in the transmission of viruses. Air treatment technologies could contribute to the control of airborne viruses and eventually to the protection of healthcare occupants. During this doctoral program, an air treatment strategy using ozone was assessed for the inactivation of viral bioaerosols. To obtain a global portrait of airborne contamination in a hospital environment, an air sampling campaign was conducted during three influenza outbreaks. At last, the aerosol production during sample treatment in a clinical laboratory was examined. In the first study, murine norovirus and bacteriophages PhiX174, Phi6, PR772 and MS2 were nebulized in a rotative aerosol chamber and exposed to an air treatment using ozone at different relative humidity levels. The murine norovirus was exposed to 0.23 ppm of ozone and 20% and 85% of relative humidity while the bacteriophages were exposed to 1.13 ppm of ozone and three relative humidity: 20%, 55% and 85%. For all viruses, exposure times of 10, 40 and 70 minutes were evaluated. This treatment was compared to a reference condition, which was air exposure. The aerosols were collected with an air sampler and viruses were quantified using both culture and molecular biology. Infectious ratios were calculated to determine the viral infectivity reduction that was attributable to ozone. An inactivation of at least two orders of magnitude was obtained for an ozone exposure of 40 minutes at 85% of relative humidity for PhiX174, MS2 and MNV-1. Exposure to the reference condition at 20% of relative humidity for 10 minutes was sufficient for a similar inactivation of bacteriophages PR772 and Phi6. The same air treatment was then evaluated for the inactivation of influenza or respiratory syncytial virus aerosols. However, the infectivity loss of the respiratory syncytial virus during aerosolization and sampling processes was too elevated for ozone exposure. For influenza, ozone concentrations of 0.23 and 1.70 ppm were tested at low and high relative humidity levels. Two supplements, one lipid-based and the other protein-based were added to the viral lysate to quantify their protective effect for airborne viruses. A condition without a supplement was also tested for comparison purposes. Exposure to 1.70 ppm of ozone at high relative humidity for 80 minutes yielded the greatest inactivation, which was a reduction of four orders of magnitude for aerosols without supplement or with the protein-based supplement. In the third study, the air in a hospital environment during influenza outbreaks was sampled three times. The collection efficiency of three air samplers, two high flowrate and one low flowrate, was evaluated. This campaign revealed a variability between outbreaks in regards to airborne influenza A and B concentrations. While concentrations of up to 10⁵ RNA copies/m³ were detected, no infectious virus could be quantified. Lastly, aerosol generation during blood and urine sample treatment in a clinical biochemistry laboratory was examined. Employees feared producing infectious SARS-CoV-2 containing aerosols from samples collected from COVID-19 infected patients. For this project, a liquid culture of a model bacteria was employed to replace clinical samples. The sampling methods were used to evaluate aerosol production: air sampling using a standard device, the use of settling plates and surface swabbing. No bacteria were recovered by these three sampling methods, which indicates that the studied sample treatment procedures produce low quantities of aerosols.

Les travailleurs des centres de traitement des eaux usées sont souvent atteints de maladies reliées à l’exposition virale telles que le rhume, la grippe et les infections gastro-intestinales. Dans la littérature, plusieurs études ont caractérisé les bactéries présentes dans les eaux usées ainsi que les bactéries dans les aérosols de ces centres de traitement. Les virus dans les eaux usées ont aussi été dans la mire de certaines études. Cependant, malgré le fait que les maladies affectant les travailleurs soient majoritairement de cause virale et que certains virus pathogènes aient été démontrés pour être capables de se transmettre par l’air, seule une minime quantité d’études a décrit jusqu’à présent les aérosols viraux de ces environnements. Qu’en est-il des virus aérosolisés qui peuvent provoquer ces maladies chez les travailleurs? Auxquels virus potentiellement pathogènes les travailleurs sont-ils exposés chaque jour dans ces environnements de travail? Cette étude avait pour but d’échantillonner l’air de quatre centres de traitement des eaux usées à l’aide de différents échantillonneurs pour décrire la communauté virale dans les aérosols et, ultimement, d’identifier les virus aérosolisés qui peuvent mettre en danger la santé des travailleurs. Onze virus ont été sélectionnés en fonction de leur présence dans les eaux usées et quantifiés de manière spécifique par une technique de biologie moléculaire appelée qPCR. De plus, une étude métagénomique a été effectuée sur des échantillons d’air de très grands volumes dans l’une des usines à l’étude afin de caractériser les communautés virales totales présentes dans l’air des centres de traitement. Les échantillons d’air ont été pris à deux reprises dans chaque centre, une fois durant la saison d’été et une fois durant la saison d’hiver afin de déterminer l’effet de la température de l’eau sur le type de virus aérosolisés. / Wastewater treatment center (WTCs) workers may be vulnerable to diseases caused by viruses, such as the common cold, influenza and gastro-intestinal infections. Although there is a substantial body of literature characterizing the microbial community found in wastewater, only a few studies have characterized the viral component of WTC aerosols, despite the fact that most diseases affecting WTC workers are of viral origin and that some of these viruses are transmitted through the air. In this study, we evaluated in four WTCs the presence of 11 viral pathogens of particular concern in this milieu and used a metagenomic approach to characterize the total viral community in the air of one of those WTCs. The presence of viruses in aerosols in different locations of individual WTCs was evaluated and the results obtained with four commonly used air samplers were compared. We detected four of the eleven viruses tested, including human adenovirus (hAdV), rotavirus, hepatitis A virus (HAV) and Herpes Simplex virus type 1 (HSV1). The results of the metagenomic assay uncovered very few viral RNA sequences in WTC aerosols, however sequences from human DNA viruses were in much greater relative abundance.

Dans les hôpitaux, les bioaérosols en suspension dans l’air peuvent contenir des cellules bactériennes ou fongiques provenant des patients, des visiteurs, du personnel et de l’environnement extérieur. Les centrales de traitement de l’air (CTA) sont des unités permettant de filtrer, de conditionner et d’assurer une bonne qualité de l’air aux occupants et sont présentes dans certains hôpitaux. Dans la littérature, il n’y a pas de consensus sur le choix des échantillonneurs d’air et les méthodes d’analyse lorsqu’on désire évaluer la qualité de l’air qui est traité dans ces centrales. Le principal défi consiste à éviter la perturbation des soins aux patients lors de l’échantillonnage de l’air dans les CTA. Le présent projet a permis de développer un protocole permettant l’échantillonnage des bioaérosols dans les CTA en utilisant des cannes d’échantillonnage sans perturber les activités qui se déroulent dans l’hôpital. L’objectif de cette étude longitudinale était d’analyser la qualité microbiologique de l’air lors de dix campagnes s’échelonnant sur une période d’un an. Les résultats de cette étude ont démontré que les saisons affectaient significativement les concentrations de microorganismes cultivables et totaux dans l’air intérieur et extérieur d’un hôpital, mais l’effet saisonnier n’influençait pas les concentrations de particules. Le traitement de l’air réalisé avec plusieurs filtres s’est avéré efficace afin de réduire les charges microbiennes et les particules. L'utilisation des méthodes de séquençage Sanger pour l’identification des colonies isolées et de séquençage à haut débit de gènes universels a permis d'obtenir un aperçu de la diversité des espèces bactériennes et fongiques et de valider l’utilisation de marqueurs d’air biologiques. Ce projet a permis d’élaborer des méthodes d’échantillonnage en air dynamique et à haut débit. Il permettra de proposer une stratégie assurant le suivi à long terme de la qualité de l’air à l'intérieur d’un hôpital sans perturber les activités qui s’y déroulent. / Air contains bioaerosols, which are airborne particles of biological origin, including bacterial or fungal cells. Bioaerosols in hospitals may contain microorganisms from patients, visitors, staff, and the outdoor environment. Air treatment units (ATU) are present in certain hospitals and aim to ensure the best air quality for occupants. The literature is scarce when it comes to the choice of air samplers and the method of analyses to assess the air quality in these ATUs. The main challenge is to avoid disruption of patient care during air sampling. The present project developed a protocol allowing the sampling of bioaerosols in ATU using sampling rods and, therefore, without disturbing the activities taking place in the hospital. The objective of this longitudinal study was to analyze the microbiological quality of the air during ten campaigns over one year. The results of this study demonstrated that the seasons significantly affect the concentrations of culturable and total microorganisms in the indoor and outdoor air of a hospital. Airborne particle concentrations were not affected by these seasonal changes. Air treatment with several filters was proven to be effective in reducing microbial loads and particles. The use of Sanger sequencing to identify isolated colonies and next-generation sequencing methods provided insight into the diversity of bacterial and fungal species. This project developed high-velocity dynamic air sampling methods. The study proposes a strategy ensuring long-term monitoring of air quality inside a hospital without disturbing the activities that are taking place inside and to validate the use of biological markers for contaminants in the air in a normal situation.

La livraison et la manutention de la matière organique putrescible effectuées dans les usines de biométhanisation produisent des bioaérosols, mettant en suspension dans l’air les microorganismes retrouvés dans les matières premières qui peuvent varier en nature et en état de décomposition. Les travailleurs des usines de biométhanisation se retrouvent exposés à ces microorganismes, dont certains peuvent être nuisibles à la santé. La biométhanisation étant une méthode récente de traitement et de valorisation des déchets, aucune étude ne fait mention de la présence de bioaérosols dans l’air des bâtiments en émergence au Québec. Il est donc nécessaire de procéder à une évaluation exploratoire de l’air des usines de biométhanisation afin d’en connaitre la composition en microorganismes. Deux usines ont été visitées une fois en été et une fois en hiver, pour un total de 4 visites, ceci dans le but de tenir compte de la variation saisonnière des conditions de travail. L’échantillonnage effectué était de type stationnaire. Les six échantillonneurs utilisés ont servi à l’analyse des microorganismes cultivables et à l’analyse moléculaire des bioaérosols. Des concentrations en bactéries et en moisissures supérieures aux recommandations émises par l’IRSST ont été observées. La quantification par qPCR a permis la détection de quelques microorganismes potentiellement pathogènes, tels Saccharopolyspora rectivirgula, Legionella spp. et Mycobacterium spp. Des concentrations d’endotoxines inférieures à la valeur suggérée ont été décrites. Finalement, une meilleure vue d’ensemble de la diversité bactérienne a été possible grâce au séquençage nouvelle génération. La technologie utilisée pour le traitement des déchets étant encore nouvelle, ce projet constitue un ajout important à la littérature. Des moyens de protection pourront être suggérés pour les travailleurs œuvrant dans ce secteur d’activités. / Delivery and handling of putrescible organic matter in biomethanization facilities produce bioaerosols, suspending microorganisms found in the raw matter, which may vary in nature and decomposition state. Workers in biomethanization facilities are exposed to these microorganisms, some of which may be harmful to their health. Nowadays, biomethanization is used as a method of waste processing and valorization. To our knowledge, there is no study mentioning the presence of bioaerosols in these emerging facilities in the Quebec province. Consequently, there is a need to study the air of biomethanization facilities to better understand its composition in microorganisms. Two facilities were visited once in summer and once in winter for a total of 4 visits. The goal was to consider the seasonal variation of working conditions. Stationary sampling was performed with six devices used for culture of airborne microorganisms and molecular analysis. Bacterial and fungal concentrations above the IRSST recommendations were observed. qPCR lead to the detection of some potentially pathogenic microorganisms, such as Saccharopolyspora rectivirgula, Legionella spp. and Mycobacterium spp. The endotoxin concentrations were below the recommended value. Finally, a better view of bacterial diversity was possible due to next-generation sequencing. Because biomethanization is an emerging waste treatment technology, this study brings a major contribution to the literature. It may also lead to recommendations for the protection of workers in this activity area.