In clinical practice, infections caused by persistent bacteria have become a worldwide problem. We are talking about a subpopulation of cells that are able to withstand lethal doses of antibiotics and after their elimination are capable of resuscitation and re-induction of the disease. The opportunistic pathogen Staphylococcus aureus is one of this bacteria and causes various serious chronic infections. During the long-term persistence in patients, persistent bacteria acquire adaptive mutations. The aim of this diploma thesis was to monitor the degree of persistence in selected clinical isolates, and at the same time to demonstrate the effect of adaptive mutations on the degree of persistence as well as to molecularly characterize the persistent state by gene expression. I had chronological isolates of S. aureus at my disposal, the initial one being the primoisolate, an isolate taken at the diagnostics of cystic fibrosis before the start of antibiotic treatment. Another was taken at a distance of one year and the last with a half-year interval from the previous one. Following whole genome sequencing, genes in which adaptive mutations occurred were identified. The first method determines the degree of persistence by calculating CFU (Colony Forming Units) after antibiotic treatment. I found that this...

Listeria monocytogenes est une bactérie ubiquiste responsable d’une infection d’origine alimentaire, la listériose. Ce pathogène a été isolé de divers environnements dont l’environnement tellurique. La présence de L. monocytogenes dans le sol pose des problèmes sanitaires du fait de son possible transfert vers les plantes cultivées, les animaux et productions animales et l’eau. Dans ce contexte, il est essentiel de déterminer les facteurs extrinsèque et intrinsèque qui impactent l’écologie de L. monocytogenes dans le sol.Les études d’association génomique et les analyses transcriptomiques ont permis d’identifier qu’une part importante du génome de L. monocytogenes (7,3%) est dédiée à la régulation incluant 209 régulateurs transcriptionnels. Parmi eux, AgrA appartient à un système à deux composants du système de communication Agr. Nous avons étudié le rôle du régulateur transcriptionnel AgrA dans l’adaptation de L. monocytogenes au sol. La survie du mutant ∆agrA est significativement réduite dans les microcosmes de sol. De plus, une analyse transcriptomique a permis d’identifier que les taux de transcrits de 386 gènes et d’un large répertoire d’ARN non codant diffèrent significativement entre le mutant et la souche parentale. Les résultats suggèrent que la régulation de gènes et d’ARN non codant sous la dépendance d’AgrA pourrait être nécessaire pour l’adaptation optimale de L. monocytogenes au sol.De plus, la co-inoculation de mutants au système Agr défectueux avec la souche parentale a montré que le mutant ∆agrA est moins compétitif, confirmant l’importance d’AgrA dans l’adaptation de L. monocytogenes. En revanche, au cours de co-cultures, la compétitivité du mutant ∆agrD est similaire à celle de la souche parentale, ce qui laisse présumer que le mutant ∆agrD tire avantage de la présence de la souche parentale.L’un des facteurs extrinsèque essentiels susceptibles d’affecter la survie tellurique de L. monocytogenes est la composante biotique du sol. En effet, l’inactivation de la microflore du sol par ionisation lève l’inhibition de la croissance de L. monocytogenes. Au-delà de la seule abondance des communautés microbiennes, leur diversité influence le devenir des populations de L. monocytogenes. Par une approche de dilution jusqu’à extinction, nous avons démontré expérimentalement que l’érosion de la diversité microbienne se traduit par une meilleure survie de L. monocytogenes dans le sol. Nous avons démontré que les communautés microbiennes hautement diversifiées agissent comme une barrière biologique contre l’invasion de L. monocytogenes et que la composition phylogénétique de ces communautés doit être aussi considérée. Ces résultats suggèrent que l’érosion de la diversité pourrait accroître la circulation des microorganismes pathogènes dans l’environnement. / Listeria monocytogenes is a ubiquitous bacterium responsible for listeriosis, a food-borne disease. This pathogen has been isolated from various environments of which the telluric environment. The presence of L. monocytogenes in soil can increase health hazards due to the risk of transfer to vegetables, animals and animal products and water. Considering the role of soil in the circulation of pathogens from farm environment to plant and animal products and eventually to foodstuff, it is critical to identify intrinsic and extrinsic factors that drive the fate of L. monocytogenes in soil. Genome-wide and transcriptomic analyses found that an important part of the genome of L. monocytogenes (7.3%) is dedicated to regulation including 209 transcriptional regulators. Among these, AgrA is the response regulator of the two component system AgrC/AgrA which is part of the Agr communication system. We investigated the role of AgrA for L. monocytogenes adaptation to soil. A ∆agrA mutant displayed significantly reduced survival in soil microcosms. Additionally, microarray analyses identified 386 genes and a large repertoire of ncRNA as differentially transcribed between the mutant and the parental strain. The results presented here suggest that AgrA may be critical for the adaptation of L. monocytogenes by regulating an important network of genes and ncRNAs.Moreover, co-inoculation of mutants of the Agr system with the parental strain showed that inactivation of the regulator AgrA resulted in a decrease of the fitness of the strain, confirming that AgrA is necessary for optimal L. monocytogenes adaptation. On the other hand, when co-cultured with the parental strain, the fitness of the ∆agrD mutant was not affected, indicating that the mutant ∆agrD took advantage of the parental strain.Soil biology is a major extrinsic factor that conditions the fate of L. monocytogenes populations in soil. Inactivation of microbial communities lifted growth inhibition. Experimental erosion of soil microbial diversity showed that highly diverse soil microbial communities act as a biological barrier against L. monocytogenes invasion and that phylogenetic composition of the community also has to be considered. These results suggest that erosion of diversity may have damaging effects regarding circulation of pathogenic microorganisms in the environment.

Le Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline (SARM) est un enjeu majeur en santé publique. Il est responsable d’une grande variété d’infections. Les “Livestock Associated-MRSA” (LA-MRSA) sont des SARM ayant comme origine les animaux de production tels le porc ou la volaille. Ils constituent un risque de transmission à l’humain via la chaîne alimentaire. Les LA-MRSA peuvent former du biofilm ce qui augmente leur tolérance aux stress environnementaux. Le biofilm est partiellement régulé par le système Agr. Il n’existe aucune donnée sur les ‘LA-MRSA’ d’origine aviaire au Québec. Les objectifs de ce projet étaient : (i) de déterminer la prévalence de ces SARM dans la viande de poulet et le poulet à griller de la province de Québec et (ii) de caractériser les isolats retrouvés. La collecte d’échantillons s’est effectuée dans 43 épiceries (309 cuisses et pilons de poulet) et dans deux abattoirs (échantillons nasaux et fécaux de 200 poulets) de la Montérégie. La prévalence de SARM a été évaluée à 1.29% (IC 95%: 0.35-3.28) et 0% dans la viande et les oiseaux respectivement. Les isolats testés se sont révélés résistants aux bêta-lactamines (n=15), à la tétracycline (n=10), à l’oxytétracycline (n=10), à la spectinomycine (n=10) et à la tobramycine (n=1). Le typage a révélé deux clones différents (ST398-V, n=10; et ST8-IVa ’USA300’, n=5). La présence de gènes de résistance aux antibiotiques (blaZ, blaR, blaI, erm(A), lnu(A), aad(D), fosB, tet(K), tet(L) et spc) ainsi que plusieurs gènes codant pour l’évasion du système immunitaire (IEC), la production de toxines ou encore pour la production de biofilm ont aussi été détectés. Une forte production de biofilm a été observée pour la majorité des isolats (n=11) à l’exception de certains isolats ST398. Le taux d’expression du système Agr n’a révélé aucune différence particulière entre les SARM testés. Pour conclure, nos données indiquent une faible prévalence de SARM chez la volaille et la viande de poulet. Les isolats ont été catégorisés en deux génotypes, dont un portant plus de gènes de résistance aux antibiotiques (ST398) et l’autre possédant plus de gènes de virulence (ST8). / Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) is of critical concern for public health. It is responsible for a wide range of infections. Livestock-Associated MRSA (LA-MRSA) refers to MRSA of animal origin, like pork, cattle or poultry, and constitutes a risk for transmission to humans. LA-MRSA can also form biofilms enhancing their environmental survival. Biofilms are partly regulated by the Agr system. There is no data on LA-MRSA of poultry origin from Québec, Canada. The objectives of this project were: (i) to determine the prevalence of LA-MRSA from chicken meat and broiler chickens from the Province of Quebec, and (ii) to molecular characterize these MRSA. A total of 309 chicken drumsticks and thighs were randomly collected. In addition, nasal swabs and caeca samples from 200 chickens were randomly collected at slaughterhouses. LA-MRSA was recovered from 1.29% (95% CI: 0.35-3.28) of chicken meat samples but none were recovered from poultry. Antibiotic susceptibility testing revealed resistances to beta-lactam antibiotics (n=15), tetracycline (n=10), oxytetracycline (n=10), spectinomycin (n=10) and tobramycin (n=1). Molecular typing revealed two types of clones (ST398-V, n=10; and ST8-IVa ’USA300’, n=5). DNA microarrays determined the presence of the antibiotic resistant genes blaZ, blaR, blaI, erm(A), lnu(A), aad(D), fosB, tet(K), tet(L) and spc. In addition, genes encoding for toxins, biofilm formation and the human-associated Immune-Evasion-Cluster (IEC) were also detected. High biofilm production was observed in most isolates (n=11) with the exception of some ST398. Quantitative PCR of Agr expression revealed no specific difference among MRSA isolates. To conclude, our data show that the prevalence of the MRSA lineages ST398 and ST8 is low in broilers and chicken meat in the Province of Quebec. ST398 demonstrated more antibiotic resistant genes while ST8 harboured more virulence genes.