Aeromonas salmonicida sous-espèce salmonicida est un agent pathogène opportuniste responsable chaque année d’importantes pertes économiques pour les aquaculteurs de Salmonidés. Dans cette étude, plusieurs analyses ont été effectuées dans l’objectif de trouver une méthode pour distinguer entre différents isolats de cette bactérie au niveau génomique. Suite à l’alignement chromosomique des souches A449 et 01-B526, trente-deux altérations génomiques ont été répertoriées et elles peuvent être classées en cinq groupes : séquences d’insertions (13), séquences répétées en tandem (12), séquences insérées dans des gènes (5), site de polymorphisme multi-évènementiel (1) et îlot génomique (AsaGEI1a) (1). Des criblages PCR et des séquençages génomiques ont révélé l’existence de trois autres îlots génomiques (AsaGEI1b; AsaGEI2a; AsaGEI2b). Chaque AsaGEI est hautement spécifique à une région géographique. Les AsaGEI(1a; 2a) sont seulement observés en Amérique du Nord et les AsaGEI(1b; 2b) en Europe. Dans ces travaux, plusieurs marqueurs pouvant permettre d’identifier l’origine géographique des souches pathogènes ont été découverts. / Aeromonas salmonicida subsp. salmonicida is an opportunistic pathogen, which causes significant economic loss in salmonid aquaculture. In this work, analyses were conducted with the objective to find a way to distinguish between different isolates of the bacterium at the genomic level. Following the chromosomal alignment between A449 and 01-B526 strains, thirty-two genomic alterations were found and were classified in five groups: insertion sequences (13), tandem repeat sequences (12), CDS-modeling sequences (5), multi-event polymorphism site (1) and genomic island (AsaGEI1a) (1). PCR assays and genomic sequencing revealed the existence of four forms (AsaGEI(1a; 1b; 2a; 2b)) of the genomic island. Each GEI appeared to be strongly associated with a specific geographic region. AsaGEI(1a; 2a) were exclusively found in North American isolates and AsaGEI(1b; 2b) in those from Europe. In this study, several indicators useful to identify the geographical origin of pathogenic strains of this bacterium were discovered.

Les éléments mobiles de l’ADN, des séquences capables de transfert intracellulaire ou extracellulaire, existent dans la plupart des génomes (eucaryotes ou procaryotes). Ce sont des vecteurs importants de variation génétique. Certains portent des gènes accessoires qui procurent un avantage sélectif à leur organisme-hôte. Les séquences d’insertion (IS) sont un cas spécial d’éléments mobiles bactériens. Elles sont exemptes de gènes accessoires, mais autonomes pour leur transposition. Elles peuvent donc causer des variations structurales, ce qui peut perturber les fonctions de la bactérie-hôte. Néanmoins, la plupart des génomes bactériens portent plusieurs copies de différentes familles d’IS. Plusieurs hypothèses, allant du parasitisme des IS à une forme de commensalisme IS-bactérie, ont été formulées pour expliquer la persistance de ces éléments mobiles dans les génomes. Aeromonas salmonicida ssp. salmonicida, l’agent étiologique de la furonculose chez les salmonidés, est un modèle intéressant pour étudier les IS. Son génome possède plusieurs familles d’IS présentes en différents nombres de copies. De plus, des travaux réalisés précédemment ont montré que ces éléments mobiles étaient responsables de variations structurales dans les plasmides de la bactérie et de l’inactivation de certains de ses facteurs de virulence. Bien que les évènements mentionnés ci-dessus semblent neutres ou désavantageux, il n’est pas exclu que certains évènements impliquant les IS puissent apporter un avantage adaptatif à la bactérie. L’objectif de cette thèse était donc d’explorer les éléments mobiles du génome d’A. salmonicida ssp. salmonicida, en portant une attention particulière aux IS, afin d’identifier des évènements à répercussion bénéfique pour la bactérie. La richesse d’information et l’accessibilité grandissante du séquençage à haut débit en ont fait une technique de choix pour étudier les IS et autres transposons en association avec un autre élément mobile essentiel à leur transmission intercellulaire, les plasmides. Une première étude a permis de découvrir des variants d’un grand plasmide d’A. salmonicida ssp. salmonicida, pAsa4, dont la forme de référence porte des gènes de résistance aux antibiotiques, des IS et un transposon. Les variants identifiés lors de l’étude, pAsa4b et pAsa4c, présentent des variations structurales par rapport à la référence. Elles ont des conséquences sur les gènes de résistance portés et sur la capacité de transfert des plasmides. La génomique comparative faite entre les pAsa4 suggère que les éléments mobiles tiennent un rôle primordial dans la création de certaines variations structurales, tant par leur capacité de transposition ou d’intégration que par leur propension à la recombinaison homologue. L’élargissement de la famille des pAsa4 à trois variants procure d’autres exemples de variabilité attribuable aux éléments mobiles de l’ADN. Dans une second temps, nous avons approfondi un évènement étudié précédemment : la perte du locus du système de sécrétion de type trois (SSTT). Cette région, située sur le grand plasmide pAsa5, peut être perdue lorsque A. salmonicida ssp. salmonicida est cultivée à 25°C. Dans certains cas, la recombinaison homologue d’IS flanquant les régions touchées avait été mise en cause. Dans le cadre de ce projet, le génome de la souche 01-B526, qui avait été utilisée pour générer des pAsa5 réarrangés, a été séquencé par une combinaison de technologies à courtes et à longues lectures. Un nouveau plasmide, pAsa9, ainsi qu’une nouvelle IS de pAsa5, ISAS5Z, ont été découverts. Ensemble, ces deux éléments ont permis de proposer un nouveau schéma de recombinaison homologue qui s’est avéré exact pour tous les réarrangements de pAsa5 générés lors de l’expérience précédente et considérés comme irréguliers. Ces nouveaux résultats permettent de regrouper tous les scénarios de réarrangement de pAsa5 sous un seul mécanisme, la recombinaison homologue entre IS, en plus d’ajouter une nouvelle entité au plasmidome d’A. salmonicida ssp. salmonicida. Plusieurs évènements ont donc été ajoutés au catalogue des variations structurales causées par les éléments mobiles de l’ADN d’A. salmonicida ssp. salmonicida. Dans les derniers chapitres de cette thèse, les conséquences de ces différents évènements sont discutées. Certaines variations sur pAsa4 apportent des gènes accessoires qui sont bénéfiques dans un environnement donné. Autrement, l’étude des éléments observés est limitée par le manque de connaissance sur les facteurs environnementaux qui causent ces variations et sur leur impact in vivo, chez le poisson. Quoi qu’il en soit, les IS du génome d’A. salmonicida ssp. salmonicida influencent certainement les relations hôte-pathogène de cette bactérie et participent intimement à son histoire évolutive. / Mobile genetic elements are sequences capable of intracellular and extracellular transfer. They exist in the majority of eukaryotic and prokaryotic genomes, and are important vectors of genetic variability. Some mobile genetic elements carry accessory genes that confer selective advantages to their host. Insertion sequences (IS), do not belong to the latter group, as they are exempt of accessory genes, yet they are autonomous in their transposition. ISs are thus important structural variation producers, which may endanger the host’s functions and its genomic integrity. However, most bacterial genomes carry ISs. Hypotheses ranging from parasitism to commensalism were formulated to explain how ISs persist in genomes. A. salmonicida subsp. salmonicida, the causative agent of furunculosis in salmonids, is a good model to study ISs. Its genome carries many ISs divided in different families. Moreover, previous work showed that these elements cause structural variations in plasmids and virulence factor inactivations. Even though the events observed to date seemed neutral or detrimental for the bacteria, we cannot exclude that ISs may procure an adaptative advantage in certain cases. This thesis’ objective was to explore the A. salmonicida subsp. salmonicida mobile genetic elements, especially ISs, to identify events with a positive outcome for the bacteria. ISs and transposons were studied in association with another mobile element accountable for their intercellular transfer, plasmids. High-throughput sequencing was used as a preferred method because of its growing availability and the richness of information it generates. In a first article, variants of a large plasmid that carries antibiotic resistance genes, pAsa4, were discovered. pAsa4b and pAsa4c display structural variations when compared to the reference plasmid that impact their antibiotic resistance genes and their conjugation capabilities. Comparative genomics between the three variants shows that mobile elements, either by transposition or recombination, have an important role in some variations. Adding two new members to the pAsa4 family of plasmids gave further examples of genetic diversity driven by mobile elements. In a second article, we investigated previous results concerning the type three secretion system (TTSS) loss. This is an essential virulence factor for A. salmonicida subsp. salmonicida, and its genes are mainly encoded in a single locus of the large plasmid pAsa5. The region can be lost when the bacterium is cultivated at 25°C or higher. In some cases, homologous recombinations between IS copies flanking the TTSS locus have been identified as causing the deletion. In this study, the genome of the strain 01-B526, which was used in a previous study to produce TTSS-negative mutants, was sequenced using Illumina and PacBio technologies. A new plasmid, named pAsa9, and a new pAsa5 IS, ISAS5Z, were discovered. Together, those elements permitted to build a new IS-driven homologous recombination model that was tested in the mutant strains. All TTSS-negative strains generated in previous study and that were not explained by other IS recombination patterns fitted with the new ISAS5 homologous recombination model. These results allowed to regroup all pAsa5 rearrangements under a consistent mechanism: recombination using IS copies as a template. In this thesis, more structural variation events involving ISs were uncovered. In the last chapters, their involvement in A. salmonicida subp. salmonicida fitness in vitro and in the fish host is discussed. Some variations in pAsa4 bring new resistance genes, which are beneficial for the bacteria in an aquaculture context. However, for most events, we lack situational information to properly conclude their fitness impact. Regardless, ISs of the A. salmonicida subp. salmonicida genome certainly influence host-pathogen relations and participate in the bacteria evolutive history.

Depuis la découverte de la pénicilline par Sir Alexander Fleming, les antibiotiques ont joué un rôle primordial et incontestable en médecine moderne en aidant à combattre les infections bactériennes. Cependant, les bactéries ont la capacité de se protéger par différents moyens des molécules antibiotiques. La surutilisation de ces molécules a accéléré le phénomène de résistance aux antibiotiques, rendant difficile, voire impossible, le traitement de certaines maladies infectieuses par cette approche. La résistance aux antibiotiques est une problématique d’envergure mondiale qui touche aussi négativement l’aquaculture, où les infections bactériennes peuvent causer d’importantes pertes économiques. L’une de ces bactéries est Aeromonas salmonicida subsp. salmonicida, l’agent étiologique de la furonculose. Bien qu’il fût déjà connu que plusieurs souches de cette bactérie étaient porteuses de plasmides conférant des résistances aux antibiotiques, l’ampleur de la problématique était encore inconnue. Les bactériophages (phages) sont des virus infectant spécifiquement les bactéries. Cette capacité à lyser les bactéries leur a valu d’être utilisés dans un contexte thérapeutique presque dès leur découverte au début du 20e siècle. Cependant, l’avènement des antibiotiques a fait en sorte que la thérapie par les phages a été oubliée dans plusieurs pays occidentaux. Maintenant que la résistance aux antibiotiques est devenue une inquiétude pour la pérennité de notre société, plusieurs études suggèrent que la thérapie par les phages pourrait être une alternative ou un complément aux traitements par antibiotiques. La présente thèse avait comme objectifs : (1) d’explorer la diversité génomique causant une résistance aux antibiotiques chez A. salmonicida subsp. salmonicida et (2) d’investiguer le potentiel d’un traitement par les phages pour contrer les infections causées par cette bactérie. Il a été possible de mettre à jour et de caractériser cinq nouveaux plasmides avec des gènes de résistance aux antibiotiques chez A. salmonicida subsp. salmonicida. De plus, la présence de deux de ces plasmides (pAB5S9b et pSN254b) causent une résistance à tous les antibiotiques approuvés par le gouvernement canadien pour une utilisation par l’industrie piscicole. Avant d’investiguer la diversité des phages infectant A. salmonicida subsp. salmonicida, il était crucial de mieux connaître la bactérie d’intérêt. Plusieurs phages sont connus pour avoir un spectre lytique étroit, n’infectant ainsi que certaines souches ou certaines sousespèces d’une bactérie. Or, la structure intra-espèce d’A. salmonicida était encore mal définie. De plus, l’une des sous-espèces d’A. salmonicida, pectinolytica, est considérée comme mésophile avec la capacité de croître à 37°C, alors que les autres sous-espèces, comme salmonicida, sont limitées à des températures d’environ 20°C et sont par conséquent qualifiées de psychrophiles. En caractérisant de nouvelles souches mésophiles, mes travaux ont mis en lumière que les séquences d’insertion peuvent être une raison pour expliquer cette dichotomie. De plus, il a été possible de démontrer une grande diversité génétique chez les souches mésophiles, comparativement à celles psychrophiles. Afin de vérifier le potentiel d’un traitement par les phages contre la furonculose, trois phages spécifiques à A. salmonicida subsp. salmonicida ont été isolés de l’environnement. L'ADN de ces phages, en plus de celui de neuf autres disponibles à la collection Félix d’Hérelle, a été séquencé à haut-débit sur un appareil MiSeq d’Illumina. En comparant ces séquences génomiques à celles déjà disponibles publiquement, il a été possible de déterminer six groupes génomiques de phages contre A. salmonicida subsp. salmonicida. Les 12 phages disponibles pour la présente étude ont été testés sur 65 souches d’A. salmonicida (incluant des sous-espèces autres que salmonicida), permettant de dresser un portrait de la capacité lytique de chacun de ces virus. Cette analyse a mis en lumière trois groupes de phages ayant des capacités lytiques variables. De plus, il a été possible de montrer que d’autres sous-espèces d’A. salmonicida psychrophiles peuvent être infectées par les phages isolés à partir de la sous-espèce salmonicida. Cependant, les souches mésophiles d’A. salmonicida sont insensibles à ces phages. Cette étude doctorale a montré que la résistance aux antibiotiques est un problème d’envergure dont l’ampleur était insoupçonnée chez A. salmonicida subsp. salmonicida. Elle a aussi permis d’investiguer le potentiel de la thérapie par les phages. / Since the discovery of penicillin by Sir Alexander Fleming, antibiotics have played a paramount and indisputable role in modern medicine in helping to treat bacterial infections. However, bacteria have the ability to protect themselves against antibiotics by various mechanisms. The overuse of these molecules has accelerated the phenomenon of antibiotic resistance, making it difficult, if not impossible, to treat certain bacterial infections. Antibiotic resistance is a global problem that also negatively affects aquaculture, where bacterial infections can cause significant economic losses. One of these bacteria is Aeromonas salmonicida subsp. salmonicida, the etiologic agent of furunculosis. Although it was already known that several strains of this bacterium were carriers of plasmids conferring resistance to antibiotics, the extent of the problem was still unknown before this study. Bacteriophages (phages) are viruses specifically infecting bacteria. Their ability to lyse bacteria has been used in a therapeutic context almost as soon as they were discovered at the beginning of the 20th century. However, the advent of antibiotics has meant that phage therapy was forgotten in several Western countries. Now that antibiotic resistance has become a significant concern for the sustainability of our society, several studies suggest that phage therapy could be an alternative or supplement to antibiotic treatments. The objectives of this thesis were: (1) to explore the genomic diversity causing resistance to antibiotics in A. salmonicida subsp. salmonicida and (2) to investigate the potential of phage therapy to treat infections caused by this bacterium. Five new plasmids conferring antibiotic resistance to A. salmonicida subsp. salmonicida were discovered and characterized. Two of these plasmids, pAB5S9b and pSN254b, cause resistance to all antibiotics approved by the Canadian government for use in the fish industry. Before investigating the diversity of phages infecting A. salmonicida subsp. salmonicida, it was crucial to better know the bacterium of interest. Several phages are known to have a narrow host spectrum, infecting certain strains or subspecies. Until the present doctoral study, the intra-species structure of A. salmonicida was poorly defined. In addition, one of the subspecies of A. salmonicida, pectinolytica, is considered mesophilic with the ability to grow at 37°C, while other subspecies, such as salmonicida, are limited to growth temperatures around 20°C and are therefore considered psychrophilic. By characterizing new mesophilic strains, we found that insertion sequences may be a reason for this dichotomy. In addition, it was possible to demonstrate a high genetic diversity in mesophilic strains compared to psychrophilic strains. In order to verify the potential of phage treatment against furunculosis, three phages specific to A. salmonicida subsp. salmonicida were isolated from the environment. The genomic DNA of these phages, in addition to that of nine other phages available at the Felix d'Hérelle collection, was sequenced on an Illumina MiSeq device. By comparing these genomic sequences to those already available publicly, it was possible to determine six genomic groups of phages infecting A. salmonicida subsp. salmonicida. The 12 phages available were tested on 65 strains of A. salmonicida (including subspecies other than salmonicida), providing the host range of each virus. This analysis revealed three groups of phages with variable lytic capacities. In addition, it was possible to show that other psychrophilic subspecies of A. salmonicida can be infected by phages isolated from the subspecies salmonicida. However, the mesophilic strains of A. salmonicida are insensitive to these phages. This doctoral study showed that resistance to antibiotics is a large-scale problem in A. salmonicida subsp. salmonicida, and that phage therapy may represent one of the solutions to the growing concern