Intratympanic injection of various otoprotectants through the round window membrane (RWM) might become available in the near future as an alternative to the currently available medical and surgical methods used to treat several inner ear diseases. The most common outcome of such diseases is sensorineural hearing loss (SNHL). Two examples of  these otoprotectants are Edaravone and Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF), both of which have already proved effective against  noise-induced hair cell loss, barotrauma  and ototoxicity caused by cisplatin. In four different studies we used two electrophysiological methods, auditory brainstem response (ABR) and distortion product otoacoustic emission (DPOAE), to study the effects of tobramycin and Pseudomonas aeruginosa exotoxin A (PaExoA) on the inner ears of 129 male Sprague-Dawley rats. In two investigations, not only the otoprotective effects of Edaravone on tobramycin-induced ABR threshold shifts and PaExoA-induced DPOAE  threshold changes, were studied but even different application times, in order to establish in which interval it was still possible to achieve effective otoprotection.We found that Edaravone gave otoprotection from tobramycin when injected simultaneously or within 7 days, but it had only a limited effect on the changes in DPOAE thresholds caused by PaExoA when injected 1, 2, or 4 hours after the exotoxin. The effect of BDNF on PaExoA-induced ABR threshold shifts was investigated in two studies, where different doses of intratympanically injected PaExoA were used and where BDNF was applied simultaneously, 12 or 72 hours efter exotoxin instillation. We found that BDNF had an otoprotective effect on SNHL induced by different doses PaExoA when injected simultaneously or with no more than 12 hours delay.

Gram-negative infection has been linked to hospital water although few studies have examined whether water systems are reservoirs of nosocomial pathogens. This study investigated longitudinal recovery of the opportunistic pathogens Pseudomonas aeruginosa, Stenotrophomonas maltophilia and Acinetobacter baumannii from water outlets of a haematology unit and evaluated Point-Of-Use Filtration (POU-F) as a control measure. In a two-year double cross-over trial, water samples and swabs were taken weekly from 39 showers/taps on the unit. Four study phases alternated between non-filtered (Phases 1 & 3), and filtered outlets (Phases 2 & 4) using Pall AquasafeTM 14-day filters. In Phases 1 & 3; 99% of 1396 samples yielded bacterial growth, with colonies generally too numerous to count. Target species were isolated from 22% of water samples (P. aeruginosa 14%; S. maltophilia 10%) and 10% of swabs. P. aeruginosa was particularly associated with handwash stations and S. maltophilia with showers. A. baumannii was not isolated. With POU-F; 22% of 1242 samples yielded bacterial growth (mean CFU/100ml ,4.6). S. maltophilia was isolated only once from water but never from outlet swabs. PCR typing identified clusters of isolates colonizing different outlets over time but no clear association between water and patient isolates was identified. The incidence of Gram negative infections remained low throughout the study. Without POU-F, water from taps/showers represented a source of bacteria including the target species. POU-F substantially reduced the frequency and number of target species from every outlet, and merits further investigation as an intervention to protect immunocompromised patients from opportunistic pathogens.

Type IV pili (T4P) are bacterial biomolecular machines that mediate interactions with the environment. Bacterial pathogens such as Pseudomonas aeruginosa require T4P for virulence. Significant progress has been made in recent years towards our understanding of how the proteins in the T4P system interact and function. While over 50 different proteins are involved in T4P biogenesis, the two outer membrane components, PilF and PilQ, are the focus of the work presented in this thesis. PilF was found to be required for assembly of PilQ into secretins, the outer membrane channels through which T4P fibers exit the cell. The functions of PilF are consistent with a family of lipoproteins called pilotins, to which the roles of secretin assembly and/or localization are attributed. Structure determination by X-ray crystallography revealed that PilF is composed of six tetratricopeptide (TPR) protein-protein interaction motifs. Functional mapping of PilF indicated that a hydrophobic groove on the first TPR is involved in secretin assembly. Secretin localization correlated directly with that of PilF. The effects of pilF mutations and the structural data led to the hypothesis that PilF and PilQ interact directly. We propose that PilF and PilQ interact at the inner membrane and are co-transported to the outer membrane by the Lol lipoprotein sorting system. PilQ multimerizes into secretins upon outer membrane insertion and aligns with inner membrane T4P proteins to form a complete molecular machine. PilQ mutagenesis mapping showed that: the N-terminal “system specific” domain is important but not essential for secretin function; the central “multimerization” domain is critical for secretin assembly and function; and the C-terminal tail implicated in secretin-pilotin interactions is dispensable for PilQ function. Purified PilQ enabled copurification of PilF from cell lysates, providing the first evidence for their interaction. These data provide a framework for future exploration of T4P assembly in P. aeruginosa.

La bactérie Pseudomonas aeruginosa est un pathogène opportuniste responsable de graves infections chez les personnes affaiblies immunitairement. Présentant des souches résistantes aux antibiotiques, une nouvelle approche thérapeutique est en cours de développement avec pour objectif l'inhibition des facteurs de virulence de la bactérie. Lors de son processus d'infection, le pathogène utilise les lectines pour reconnaître et se lier de manière spécifique aux glycoconjugués des cellules-hôtes en formant une interaction lectine/glycoconjugué. Plus particulièrement, la lectine PA-IL, spécifique du galactose, a été étudiée. A l'aide de glycomimétique, il semble possible de bloquer l'action de la lectine en créant une interaction lectine/glycomimétique. Pour développer cette approche, de nombreux glycocluster sont donc été élaborés et leur affinité avec la lectine PA-IL a été évaluée par plusieurs méthodes de caractérisation (SPR, HIA, ELLA, puce à sucre,...).Dans ce projet de thèse, nous avons cherché à visualiser par microscopie à force atomique (AFM) l'arrangement des complexes lectine PA-IL/glycocluster formés pour trois glycoclusters différents. Nous avons ainsi pu montrer l'influence du cœur du glycocluster et des bras-espaceurs sur l'arrangement des complexes. Suivant le glycocluster, l'arrangement prend la forme de filaments 1D,de structures dentelées avec des bras sinueux ou encore de larges structures compactes. Dans le cas des filaments, la résolution de nos images AFM nous a permis d'identifier les lectines à l'intérieur même de la structure filaire. Nous avons aussi démontré, en observant les lectines seules, l'existence d'une interaction lectine/lectine. De plus, des expériences ont été menées pour déterminer les conditions expérimentales appropriées à leur observation à l'air et en milieu liquide.

Type IV pili (T4P) are bacterial biomolecular machines that mediate interactions with the environment. Bacterial pathogens such as Pseudomonas aeruginosa require T4P for virulence. Significant progress has been made in recent years towards our understanding of how the proteins in the T4P system interact and function. While over 50 different proteins are involved in T4P biogenesis, the two outer membrane components, PilF and PilQ, are the focus of the work presented in this thesis. PilF was found to be required for assembly of PilQ into secretins, the outer membrane channels through which T4P fibers exit the cell. The functions of PilF are consistent with a family of lipoproteins called pilotins, to which the roles of secretin assembly and/or localization are attributed. Structure determination by X-ray crystallography revealed that PilF is composed of six tetratricopeptide (TPR) protein-protein interaction motifs. Functional mapping of PilF indicated that a hydrophobic groove on the first TPR is involved in secretin assembly. Secretin localization correlated directly with that of PilF. The effects of pilF mutations and the structural data led to the hypothesis that PilF and PilQ interact directly. We propose that PilF and PilQ interact at the inner membrane and are co-transported to the outer membrane by the Lol lipoprotein sorting system. PilQ multimerizes into secretins upon outer membrane insertion and aligns with inner membrane T4P proteins to form a complete molecular machine. PilQ mutagenesis mapping showed that: the N-terminal “system specific” domain is important but not essential for secretin function; the central “multimerization” domain is critical for secretin assembly and function; and the C-terminal tail implicated in secretin-pilotin interactions is dispensable for PilQ function. Purified PilQ enabled copurification of PilF from cell lysates, providing the first evidence for their interaction. These data provide a framework for future exploration of T4P assembly in P. aeruginosa.

L'inflammasome est complexe protéique intracellulaire de l'immunité innée permettant la reconnaissance de pathogènes intracellulaires. NLRC4, un Nod-like récepteur permettant l'activation de l'inflammasome est impliqué dans la reconnaissance du flagelle ainsi que du système de sécrétion de type 3 (SST3) de Pseudomonas aeruginosa, une bactérie majoritairement extracellulaire. Nous avons donc déterminer l'impact de la reconnaissance de P. aeruginosa par le NLRC4-inflammasome in vivo dans un modèle murin de pneumonie aiguë. De façon surprenante, l'activation du NLRC4-inflammasome par le SST3 de P. aeruginosa contribue à diminuer la survie de l'hôte en diminuant la clairance bactérienne pulmonaire et en augmentant la lésion pulmonaire induite. En effet, la perte de l'activation de l'inflammasome chez les souris NLRC4/- permet d'une part, une réponse précoce méfiée par l'IL-17A. Cette réponse dépendant de l'IL-17A conduit à une expression majeure de peptides antimicrobiens par l'épithélium pulmonaire et diminue la lésion pulmonaire en diminuant le recrutement des cellules immunitaires inflammatoires. L'administration d'IL-18 recombinante murine ou l'inhibition de cette voie par un anticorps anti-IL-17A inhibe cette réponse IL-17A dépendante. Ces résultats mettent en évidence un nouveau rôle du SST3 de P. aeruginosa, qui en plus de son effet cytotoxique et de la translocation d'exotoxines, permet d'activer l'inflammasome pour échapper à la réponse immunitaire innée de l'hôte en inhibant une voie IL-17 dépendante.

La bactérie à Gram-négatif Pseudomonas aeruginosa est un pathogène humain opportuniste qui peut causer des infections chroniques pouvant conduire à la mort des patients, et plus particulièrement ceux atteints de la mucoviscidose. Il a été montré qu'un de ses trois systèmes de sécrétion de type VI (SST6) est actif durant les infections chroniques, le SST6-H1. P. aeruginosa est capable d'injecter des toxines de type bactériolytique directement dans le périplasme des autres bactéries à Gram-négatif grâce au SST6-H1, ce qui laisse penser que cette nanomachine pourrait être capitale dans la compétitivité de P. aeruginosa dans les niches polymicrobiennes, comme par exemple un poumon infecté. Cette nanomachine insérée dans l'enveloppe bactérienne est régulée au niveau post-traductionnel par une voie de phosphorylation ressemblant à celles des eucaryotes. Cette voie est constituée par une kinase, PpkA, et une phosphatase, PppA, qui modulent ensemble le niveau de phosphorylation de la protéine Fha1. Nous avons démontré que quatre protéines spécifiques de Pseudomonas appelées TagT, TagS, TagR et TagQ, agissent en amont du couple PpkA/PppA, et sont indispensables pour l'activation du SST6-H1. De plus, elles sont aussi nécessaires lors de compétitions entre P. aeruginosa et d'autres bactéries. Nous avons montré que TagR, connue comme étant une protéine périplasmique, est en fait associée à la membrane externe et cette localisation dépend de TagQ, une lipoprotéine ancrée dans le feuillet interne de la membrane externe. TagT et TagS forment un transporteur de type ABC qui a une activité d'ATPase. L'association de TagR à la membrane externe a été mise en évidence par des études de protéomique à haut débit qui avaient pour but la caractérisation des membranes externe et interne de P. aeruginosa. Grâce à l'analyse des résultats, unmodèle de l'assemblage du SST6-H1 au sein de l'enveloppe a pu être proposé. Ce travail a permis l'identification de plus de 1700 protéines, parmi elles un complexe multi-protéique incluant MagD, une protéine homologue à la macroglobuline humaine. Les résultats obtenus lors de la caractérisation de ce complexe sont aussi présentés dans ce manuscrit.

Pseudomonas aeruginosa is a common and important pathogen in people with cystic fibrosis (CF). Recently epidemic strains of P. aeruginosa associated with increased morbidity, have been identified. The method of transmission is not clear, but there is evidence of a potential airborne route. The aim of this study was to determine whether different strains of P. aeruginosa isolated from people with CF were able to survive within artificially generated aerosols in an aerobiological chamber. Viable P. aeruginosa could still be detected up to 45min after halting generation of the aerosols. All of the strains of P. aeruginosa expressing a non-mucoid phenotype isolated from people with CF had a reduced ability to survive within aerosols compared to an environmental strain. Expression of a mucoid phenotype by the strains of P. aeruginosa isolated from people with CF promoted survival in the aerosol model compared to strains expressing a non-mucoid phenotype.

Dans les environnements naturels, industriels ou médicaux, les microorganismes sont majoritairement présents en étant associés aux surfaces dans des communautés hautement organisées appelées biofilms. Ces édifices biologiques constituent une stratégie de survie étonnement efficace témoignant d'une grande capacité de résistance à différent stress environnementaux tels que les traitements de nettoyage et de désinfection. L'impact des biofilms d'un point de vue sanitaire est donc considérable du fait qu'ils permettent la persistance et la transmission de germes pathogènes dans l'environnement. Dans ce contexte, ce travail de thèse avait pour objectif une meilleure compréhension des phénomènes limitant l'efficacité de désinfectants au sein des biofilms en s'appuyant notamment sur des techniques innovantes d'imagerie de fluorescence non-invasive. Le but final étant d'apporter des éléments utiles à l'optimisation des traitements de désinfection. Dans une première partie, une méthode d'investigation structurale à haut-débit par microscopie confocale a été développée et utilisée pour étudier la diversité architecturale des biofilms bactériens formés par un large panel de souches. Cette étude nous a permis d'identifier des souches d'intérêt en termes de structures de biofilms formés pour la suite du travail. Nous avons notamment pu mettre en évidence la capacité de B. subtilis à former des structures importantes et avec une architecture spécifique dans un système immergé. Dans une deuxième partie, les dynamiques d'action spatiotemporelles de désinfectants ont été visualisées dans les biofilms de souches de P. aeruginosa ou B. subtilis par des approches de microscopie confocale de fluorescence en temps réel. L'utilisation de cette technique nous a permis de mettre en évidence les difficultés de pénétration du chlorure de benzalkonium au sein des structures formées par différentes souches de P. aeruginosa. La corrélation des paramètres cinétiques d'inactivation et des données obtenues par la caractérisation biochimique de la matrice suggère un rôle majeur des substances extracellulaires dans la limitation de pénétraton du désinfectant. Nous avons également pu montrer une résistance marquée du biofilm formé par une souche de B. subtilis isolée d'un dispositif médical à l'acide péracétique, à la concentration et au temps d'utilisation du biocide dans le milieu médical. De plus, les structures tridimensionnelles formées par cette souche étaient capables de protéger le pathogène Staphylococcus aureus dans un biofilm mixte vis-à-vis du même traitement soulignant l'importance des interactions multi-espèces dans la résistance des bactéries aux désinfectants et la persistance de pathogènes dans nos environnements.

To initiate algal virus research in the Bay of Quinte, three stations were sampled biweekly throughout 2011. By targeting algal virus DNA polymerase, major capsid protein genes (MCP), and a Microcystis aeruginosa cyanophage (Ma-LMM01) tail sheath protein gene, PCR amplification revealed diverse and unique Phycodnaviruses (viruses of eukaryotic algae) and cyanophage. When analysed statistically, patterns of virus abundance suggested that the seasonality of any one virus cannot be generalised to predict that of other viruses, even among closely related viruses. This study also demonstrated a strong relationship between algal virus abundance and host biomass. It was found that despite the apparent heterogeneity of virus abundance across the Bay, virus abundance patterns clustered by sampling date and geographic location. By providing evidence for diverse algal viruses with complex seasonality, this work highlights significant gaps in the current understanding of Bay of Quinte phytoplankton ecology.