Les micro-organismes sont considérés comme l'une des sources les plus importantes de métabolites secondaires, y compris les peptides ribosomiques et non ribosomiques. La recherche de nouveaux peptides non ribosomiques a été motivée par leurs larges applications dans diverses industries telles que les secteurs pharmaceutiques et phytosanitaires. Ils sont produits par complexes enzymatiques appelés NRPSs. Plus de 70% des peptides non ribosomiques ont une structure complexe qui comprend un ou plusieurs cycles et des ramifications. Par conséquent, le développement d'outils spécifiques dédiés à la prédiction de ces peptides est nécessaire car ils ne peuvent pas être prédits et analysés comme les peptides classiques. Dans le but d'analyser les voies de biosynthèse et d'identifier de nouveaux peptides actifs, j'ai étudié principalement deux modèles bactériens: Burkholderia et Aeromonas. Le genome-mining est un’ approche très performante pour la découverte de nouveaux NRPs. En effet, pour 48 souches de Burkholderia analysées in silico à l’aide du workflow Florine, 228 clusters de gènes contenant des gènes de NRPS et hybrides NRPS-PKS ont été trouvés. Cette étude a permis de mettre en évidence de nouveaux peptides produits par des Burkholderia, incluant la phymabactin, un nouveau siderophore, et un lipopeptide cyclique que nous avons appelé burkhomycin. La présente étude a d’autre part permis d’éclaircir le mécanisme de fonctionnement des synthétases non ribosomiques, illustrés par la détection des domaines C/E dans des synthétases de lipopeptides cycliques et une utilisation originale des domaines et modules dans les NRPS impliquées dans la biosynthèse des amonabactines chez A.hydrophila. / Microorganisms are considered one of the most important sources of secondary metabolites including ribosomal and non ribosomal peptides. The search of new non ribosomal peptides has been motivated by their wide applications exploited by industries in different area including pharmaceutical and phytosanitary sectors. They are produced through complex synthetases called non ribosomal peptides synthetases. More than 70% of NRPs have a complex structure that includes one or more cycles and branches. Therefore, development of specific tools dedicated to the screening of these peptides is necessary as they cannot be predicted and analyzed as classical peptides. With the aim to further analyse biosynthesis pathways and to identify new active peptides, I mainly studied two bacterial models: Burkholderia and Aeromonas. The genome-mining is a very powerful approach for the discovery of new non NRPs. Indeed, among 48 strains of Burkholderia, 228 gene clusters containing NRPSs and hybrid NRPS-PKS were found via in silico analysis following Florine workflow. The current study lead to the discovery of new peptides in Burkholderia including a new siderophore named phymabactin and a cyclic lipopeptide we have called burkhomycin. It also gave new insights on the mechanism of nonribosomal synthetases, exemplified by the detection of dual C/E domains in NRPSs involved in the production of cyclic lipopeptides by Burkholderia and the identification of a unique use of domains and modules in the pathway responsible for synthesis of amonabactins in A. hydrophila.

Les G-quadruplexes sont des structures non-canoniques fascinantes de l’ADN et/ou de l’ARN qui surviennent dans les régions riches en Guanines. La surreprésentation de ces structures dans des régions spécifiques comme les promoteurs des oncogènes et les télomères, suggère leur intervention dans les processus cellulaires clés comme la transcription, la réplication ou bien la maturation de l’ARN. De nouveaux outils in silico, in vitro et in cellulo pour la prédiction des G-quadruplexes ont été proposés, reflétant la pertinence croissante de ces structures. Des cibles potentielles de G-quadruplexes ont été décrites dans le génome humain, chez la levure, des bactéries, virus et bien d’autres. Cependant, un des problèmes dans l’étude des G4s dans le génome humain est le grand nombre de séquences susceptibles de former des structures G4s (370,000 PQS selon Quadparser et plus d’un million en utilisant un seuil de 1.5 selon G4Hunter). Il est alors presque impossible de déconvoluer les effets biologiques reliés aux G-quadruplexes dans les cellules humaines. Pour cela, nous avons choisi Dictyostelium discoideum – dont le génome est pauvre en G4s - comme modèle eucaryote pour compléter les études sur le génome humain. Avec une analyse in silico du génome de dicty en utilisant G4Hunter, un algorithme développé dans notre laboratoire, nous avons pu détecter entre 249 (seuil=2) et 1055 (seuil=1.5) séquences pouvant adopter une structure G4. D’une façon intéressante, bien que les promoteurs soient plus pauvres encore en GC que le reste du génome de dicty, la densité des G4s dans ces régions est significativement plus haute. En utilisant une combinaison de différentes méthodes biophysiques et biochimiques, nous avons démontré que parmi les séquences prédites, 14 séquences qui sont présentes dans des gènes susceptibles de jouer des rôles importants dans dicty forment des structures G4 stables. En plus, cinq gènes de dicty contenant des séquences G4s dans leurs promoteurs ont été étudiés pour l’effet d’un nouveau ligand G4 dérivé de Porphyrine sur leur expression. Nous avons démontré que ce nouveau ligand inhibe l’expression de ces gènes significativement. Globalement, nos résultats constituent le premier pas dans le but d’adopter Dictyostelium discoideum comme un nouveau modèle pour l’étude des G-quadruplexes. / G-quadruplexes (G4) are fascinating non-canonical DNA/RNA secondary structures that occur in genomic Guanine-rich regions. The over-representation of such structures in specific regions such as promoters of oncogenes and telomeres, suggests their involvement in key processes such as transcription, replication or RNA maturation. The development of in silico, in vitro and in cellulo tools for G4 prediction is emerging, reflecting the increasing relevance of these structures. Putative G4 forming sequences (PQS) have been reported in Homo sapiens, yeast, bacteria, viruses and many others. However, one of the problems in studying G4 structures in the human genome is indeed the high number of putative G4 forming sequences (370,000 PQS according to Quadparser and over 1 million when using a threshold of 1.5 with G4Hunter). It is therefore difficult to deconvolute G4-related biological effects in human cells. For this, we chose Dictyostelium discoideum - a G4 poor genome - as a eukaryotic model to complement the human studies. By an in silico analysis of dicty genome with G4Hunter a home-made algorithm, we detected 249 (threshold=2) to 1055 (threshold=1.5) G4-prone motifs. Interestingly, despite an even lower GC content in comparison to the whole dicty genome, the density of G4 motifs in dicty promoters is significantly higher than in the rest of the genome. By using a combination of different biophysical and biochemical methods, we demonstrated that 14 dicty sequences located in key genes fold into stable G4 structures. In addition, five dicty genes containing G4-prone motifs in their promoters were studied for the effect of a new Porphyrin derivative on their expression. Our results demonstrated that the new ligand decreased the expression of the several dicty genes significantly. Overall, our results constitute the first step to adopt Dictyostelium discoideum as a model for G4 studies.

Parmi les plus grandes menaces de la santé publique dans le monde entier, la résistance aux antibiotiques est à la pointe. Ceci en partie est dû à l'augmentation des infections causées par des bactéries pathogènes résistantes aux antibiotiques ainsi que la diminution du nombre actuel de nouveaux antibiotiques. Dans le souci de remédier à cette situation malheureuse, il y a eu récemment la ré-surfaçage des antibiotiques anciens et abandonnés comme les polymyxines. Colistine, un membre des antibiotiques de polymyxine, est maintenant considéré comme un antibiotique de «dernier recours» pour le traitement des infections bactériennes à Gram-négatives graves en raison de son action puissante contre ces agents pathogènes. Cependant, la résistance à la colistine parmi ces agents pathogènes a émergé dans plusieurs pays et est actuellement en augmentation. En raison de la nouvelle réintroduction relative de cet antibiotique, il ya un manque d'information complètes sur ses propriétés pharmacologiques ainsi que des mécanismes par lequel les bactéries développent une résistance contre celle-ci.Afin de combler ce manque d'information en ce qui concerne le mécanisme de résistance, nous avons donc entrepris ce projet. Tout d'abord, pour procéder à une surveillance épidémiologique des bactéries résistantes à la colistine chez les humains et les animaux domestiques et d'autre part, de décrypter les mécanismes moléculaires de résistance à la colistine parmi les bactéries résistantes isolées. / Among one of the greatest threats facing public health worldwide, antibiotic resistance is at the forefront. This is partly due to increase in infections caused by antibiotic-resistant pathogenic bacterial as well as the current dwindling number of new antibiotics. In a way to address this unfortunate situation, there have been recent resuscitation of old and abandoned antibiotics such as polymyxins. Colistin, a member of polymyxin antibiotics, is now regarded as a 'last-resort' antibiotic for the treatment of severe Gram-negative bacterial infections owing to its potent action against these pathogens. However, resistance to colistin among these pathogens has emerged in several countries and is currently on increase. Due to the relatively new reintroduction of this antibiotic, there is a lack of comprehensive information on its pharmacological properties as well as mechanisms by which bacteria develop resistance against it.In order to bridge this information gap in relation to the mechanism of resistance, we therefore undertook this project. First, to carry out an epidemiological surveillance of colistin-resistant bacteria in humans and domesticated animals and secondly, to decipher the molecular mechanisms mediating colistin resistance among the isolated resistant bacteria.

Les endophytes sont des microorganismes (généralement des bactéries et des champignons) qui vivent dans les tissus végétaux mais n'activent pas le système immunitaire/défense des plantes, contrairement aux pathogènes végétaux qui activent généralement les réponses immunitaires des plantes. Des recherches récentes ont montré que pratiquement toutes les plantes cultivées en plein champ contiennent un certain nombre d'endophytes, et que certains endophytes stimulent la croissance des plantes et renforcent la résistance contre les agents pathogènes. Les endophytes sécrètent des composés chimiques (métabolites secondaires) qui suppriment la croissance des agents pathogènes, un processus connu sous le nom de biocontrôle. En raison de ces propriétés de biocontrôle, les endophytes sont une alternative potentielle aux pesticides chimiques pour lutter contre les maladies des plantes. En conséquence, le biocontrôle est devenu un domaine de recherche important. Mon projet de recherche comportait les objectifs spécifiques suivants : (i) isoler les endophytes des plants de canneberges acquis auprès de deux producteurs commerciaux de canneberges de la variété Stevens situés au Québec, Canada (Bieler Cranberries Inc, et Gillivert Inc.) ; (ii) tester l'activité de biocontrôle des endophytes contre une collection de champignons pathogènes et ensuite inoculer les endophytes les plus actifs dans des plants de canneberges obtenus par germination de la variété Stevens (Bieler Cranberries Inc. ) et Scarlet Knight (Daniele Landreville) ; et (iii) identifier des groupes de gènes de métabolites secondaires en séquençant, assemblant et annotant le génome d'un endophyte qui présentait de fortes caractéristiques de biocontrôle. Dans le cadre de ce projet de recherche, des tests antagonistes in vitro ont été réalisés avec des endophytes de la canneberge et un champignon pathogène, qui ont montré que Pseudomonas sp. CSWB3, Pseudomonas sp. CLWB12 et la souche fongique Lachnum sp. EFK28 étaient les plus actifs et ces souches ont donc été sélectionnées pour des études plus approfondies. Des expériences de germination de semis in vitro et d'inoculation d'endophytes ont montré que les souches bactériennes Pseudomonas sp. CSWB3 et Pseudomonas sp. CLWB12 amélioraient la croissance des semis de canneberges de la variété Stevens. Comme les Pseudomonas sp. CSWB3 et Pseudomonas sp. CLWB12 ont tous deux un effet antagoniste élevé sur les champignons pathogènes, un seul (Pseudomonas sp. CSWB3) a été soumis à une analyse du génome. Le séquençage, l'assemblage, l'annotation et l'analyse du génome de Pseudomonas sp. CSWB3 a révélé que cette souche possède cinq groupes de gènes biosynthétiques de métabolites secondaires qui codent pour les protéines responsables de la biosynthèse des composés antifongiques/antimicrobiens : pyrrolnitrine, pyoluteorine, putisolvine, 2,4-diacétylephloroglucinol, bicornutine A1 et bicornutine A2. Sur la base des résultats de ces travaux, nous concluons que certains endophytes de la canneberge qui possèdent des groupes de gènes codant pour des métabolites secondaires antifongiques peuvent supprimer les pathogènes fongiques et améliorer la croissance des plantes. / Endophytes are microorganisms (typically bacteria and fungi) that live within plant tissue but do not activate the plant defense/immune system, unlike plant pathogens that typically do activate plant immune responses. Recent research has shown that virtually all plants grown under field conditions contain a number of endophytes, and that certain endophytes stimulate plant growth and enhance resistance against pathogens. Endophytes secrete chemical compounds (secondary metabolites) that suppress pathogen growth, a process known as biocontrol. Because of these biocontrol properties, endophytes are a potential alternative to chemical pesticides for combatting plant disease. Accordingly, biocontrol has become an important field of research. My research project was comprised of the following specific aims: (i) isolate endophytes from cranberry plants that were acquired from two commercial producers of cranberries of the Stevens variety located in Quebec, Canada (Bieler Cranberries Inc, and Gillivert Inc.); (ii) test the biocontrol activity of endophytes against a collection of fungal pathogens and then inoculate the most active endophytes into cranberry seedlings that were obtained by germinating Stevens (Bieler Cranberries Inc.) and Scarlet Knight (Daniele Landreville) seeds; and (iii) identify secondary metabolite gene clusters by sequencing, assembling, and annotating the genome of one endophyte that exhibited strong biocontrol characteristics. As part of this research project, in vitro antagonistic tests were conducted with cranberry endophytes and fungal pathogen, which showed that Pseudomonas sp. CSWB3, Pseudomonas sp. CLWB12, and the fungal strain Lachnum sp. EFK28 were the most active and therefore these strains were selected for further studies. In vitro seedling germination and endophyte inoculation experiments showed that the bacterial strains Pseudomonas sp. CSWB3 and Pseudomonas sp. CLWB12 enhanced the growth of cranberry seedlings of the Stevens variety. Since Pseudomonas sp. CSWB3 and Pseudomonas sp. CLWB12 both had a high antagonistic effect on fungal pathogens, only one (Pseudomonas sp. CSWB3) was subjected to genome analysis. Sequencing, assembly, annotation, and analysis of the Pseudomonas sp. CSWB3 genome revealed that this strain possesses five secondary metabolite biosynthetic gene clusters that encode proteins responsible for the biosynthesis of the antifungal/antimicrobial compounds pyrrolnitrin, pyoluteorin, putisolvin, 2,4-diacetylephloroglucinol, bicornutin A1, and bicornutin A2. Based on the results of this work, we conclude that certain cranberry endophytes that possess gene clusters encoding antifungal secondary metabolites can suppress fungal pathogens and enhance plant growth.