Clostridium difficile est une bactérie qui, avec l’appauvrissement de la flore intestinale causée par des antibiotiques, produit deux toxines qui altèrent la paroi intestinale et provoquent ainsi des diarrhées pouvant entraîner la mort. Les premiers traitements à base de vancomycine, ont fait apparaître des souches résistantes. Depuis 2012, Santé Canada a approuvé un seul nouvel antibiotique, la fidaxomicine ou tiacumicine B. Ce traitement est plus efficace pour lutter contre C. difficile que la vancomycine. Le macrocycle de la tiacumicine B, un macrolactone, est fabriqué par une bactérie du sol et les enzymes qui agissent dans la voie de biosynthèse sont connues mais leur ordre d’action ne l’est pas encore. Pour cela, il est nécessaire de connaître les substrats de chacune de ces enzymes. Afin de mieux comprendre la biosynthèse de la tiacumicine B, ce mémoire présente la détermination de la structure de TiaP1, un cytochrome P450 qui hydroxyle le carbone 18 du macrocycle. La structure de TiaP2, qui hydroxyle le carbone 20, étant déterminée, l’objectif était de prédire l’identité de son substrat à l’aide de l’arrimage moléculaire. Les résultats appuient l’hypothèse que TiaP2 agirait avant TiaP1 sur le macrocycle. D’après les simulations d’arrimage moléculaire, nous prédisons que la glycosyltransférase TiaG1 (non étudiée ici) ajouterait un résidu de sucre au macrolactone avant que TiaP2 n’hydroxyle le carbone 20. / Clostridium difficile is a bacterium that, with the depletion of gut flora during antibiotic treatment, produces two toxins that alter the intestinal wall causing potentially deadly diarrhea. The first treatments were based on vancomycin and resistance by C. difficile developed rapidly. In 2012, Health Canada approved a new antibiotic, fidaxomicin, which is also named tiacumicin B. This treatment is the most effective treatment against C. difficile. The macrocycle of tiacumicin B, a macrolactone, is produced by a soil bacterium and enzymes that act in the biosynthetic pathway are known. However, their order of action is not established. To know their order of action, it is necessary to know the substrates. This thesis presents the determination of TiaP1 structure, a cytochrome P450 that hydroxylates carbon 18 of the macrocycle of tiacumicin B. The structure of TiaP2, a P450 hydroxylating carbon 20, was already determined, and we attempted to predict its substrate by using a molecular docking approach. Our results confirm that TiaP2 hydroxylates before TiaP1. According to molecular docking results, we predict that the glycosyltransferase TiaG1 (not studied here) adds a sugar on the macrolactone of tiacumicin B before TiaP2 hydroxylates the carbon 20.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2016-2017 / Cette thèse porte sur l’élucidation du mode d’action de peptides synthétiques qui sont des analogues cationiques du peptide modèle 14-mère. À l’instar des peptides antimicrobiens naturels, ces peptides synthétiques induisent des perturbations membranaires et une meilleure connaissance de leur mode d’action s’avère un élément déterminant pour le design de nouveaux peptides synthétiques qui présenteront une activité antibactérienne maximale et une activité hémolytique moindre. Afin de mieux caractériser le rôle de certains déterminants moléculaires sur l’interaction membranaire, nous avons sélectionné deux catégories de peptides, soit des analogues qui ont une structure secondaire en hélice α et qui sont non sélectifs à l’égard des membranes mimétiques de bactérie et des analogues qui forment des feuillets β intermoléculaires et qui sont sélectifs à l’endroit des membranes mimétiques de bactérie. Les études réalisées ont fait intervenir plusieurs techniques spectroscopiques comme la spectroscopie infrarouge, la spectroscopie RMN des solides et la spectroscopie de fluorescence. Tout d’abord, nous avons vérifié le rôle des interactions électrostatiques sur l’interaction membranaire, et ce, en effectuant une étude comparative entre des analogues cationiques et anioniques. Les résultats obtenus démontrent que les peptides anioniques et cationiques ont un impact similaire sur la dynamique des têtes polaires des phospholipides et l’ordre conformationnel des chaînes acyle. Cependant, les tests de relargage ont démontré que seuls les peptides cationiques formant des feuillets β intermoléculaires sont sélectifs alors que les homologues anioniques qui forment des feuillets β intermoléculaires sont inactifs en présence des membranes mimétiques de bactéries et de cellules eucaryotes. Ensuite, pour mieux comprendre le mode de perturbation membranaire des peptides cationiques qui sont non sélectifs et sélectifs, nous avons effectué des études par spectroscopie RMN des solides sur des échantillons de peptides reconstitués dans des bicouches lipidiques mécaniquement orientées entre des lamelles de verre ainsi que échantillons bicellaires. Les résultats ont démontré que les peptides sélectifs perturbaient davantage l’orientation des phospholipides zwitterioniques en comparaison avec les peptides non sélectifs. De plus, les simulations spectrales réalisées sur les spectres expérimentaux suggèrent que les peptides non sélectifs induisent la formation de pores ayant une géométrie toroïdale. En terminant, nous avons étudié la topologie membranaire et la localisation dans la membrane d’un peptide ayant une conformation en hélice α (R5R10) et d’un peptide formant des feuillets β intermoléculaires (R4R11). Les résultats obtenus par RMN de l’azote-15 indiquent que le peptide R5R10 est localisé au niveau de la surface membranaire avec une certaine hétérogénéité dans l’orientation. Cette conclusion est soutenue par des expériences réalisées par spectroscopie infrarouge en mode ATR. Des mesures de distances à partir de la technique REDOR entre les phospholipides et les peptides ont permis de constater que le peptide en hélice α est localisé à proximité du noyau phosphore alors que le peptide en feuillets β agrégés est localisé plus superficiellement au niveau de la surface membranaire. Cette différence de pénétration dans la région interfaciale pourrait expliquer la différence de sélectivité entre le peptide R5R10 (non sélectif) et R4R11 (sélectif). De plus, les tests de relargage de la calcéine ont démontré que les deux peptides induisent une contrainte de courbure positive à la membrane lipidique. Ainsi, l’alliance des résultats suggèrent que le mode de perturbation membranaire des peptides R5R10 et R4R11 est similaire au mécanisme modèle du type sinking-raft. / This thesis is related to the determination of the mode of action of synthetic peptides that are cationic derivatives of the model 14-mer peptide. Similarly to the natural antimicrobial peptides, these synthetic peptides induce membrane perturbations and a better understanding of their mechanism of action is of primary importance to design new synthetic derivatives displaying higher antimicrobial and lower hemolytic activities. In order to characterize the role of certain molecular determinants on the membrane interactions, we have focused on two categories of peptides, namely peptides adopting an α-helical conformation which are non-selective towards bacterial mimetic membranes and peptides forming intermolecular β-sheet structures which are selective towards bacterial mimetic membranes. The experiments were carried out with several spectroscopic techniques such as infrared spectroscopy, solid-state NMR spectroscopy and fluorescence spectroscopy. First, we have studied the effect of electrostatic interactions on the membrane interactions by doing a comparative study between cationic and anionic analogs. The results show that both the anionic and the cationic derivatives have a similar impact on the dynamics of the phospholipid polar headgroups and on the conformational order of the acyl chains. However, dye-release experiments have shown that only the cationic derivatives forming intermolecular β-sheet structures are selective whereas their homologous β-sheet aggregated anionic peptides are inactive in the presence of both bacterial and eukaryotic mimetic membranes Then, to better understand the mode of membrane perturbation of non-selective and selective peptides, we have performed solid-state NMR experiments on peptides reconstituted in oriented samples of phospholipids. The results have shown that the selective peptides disrupt even more the orientation of zwitterionic phospholipids than the non selective peptides. In addition, the spectral simulations performed on experimental spectra suggest that the non-selective peptides induce the formation of pores having a toroidal geometry. To conclude, we have studied the membrane topology and the location into the membrane of the α-helical peptide R5R10 and the β-sheet aggregated peptide R4R11. The results obtained using ¹⁵N NMR indicate that the α-helical peptide is located on the membrane surface with a certain degree of heterogeneity. This conclusion is also supported by experiments performed using ATR spectroscopy. Distance measurements between phospholipids and peptides using the REDOR technique indicate that the α-helical peptide is near the phosphate nucleus of phospholipids whereas the β-sheet aggregated peptide is superficially located on the membrane surface. The difference of penetration into the interfacial region could explain the difference of selectivity between the R5R10 peptide (non selective) and the R4R11 peptide (selective). In addition, dye-release experiments have shown that both peptides induce a negative curvature strain to the membrane. Therefore, by taking into account all the results, it seems that the mechanism of action of these peptides is similar to the sinking-raft model mechanism.

Dans la littérature, il y a très peu de données présentant l'usage des antibiotiques en milieu communautaire, surtout au Québec. Il est pourtant important de faire le suivi de ces antibiotiques, comme ils constituent la majeure partie de la consommation d'antibiotiques au Canada. Ces suivis sont particulièrement importants chez les populations malades chroniques, car elles sont plus à risque de développer des complications lors de traitements avec des antibiotiques. Une étude a été menée pour aider à combler cette lacune. Cette étude comptait trois objectifs :décrire l'usage des antibiotiques pour traiter une infection urinaire chez les adultes couverts par le régime public d'assurance médicaments (RPAM); déterminer si ces ordonnances concordaient avec les guides cliniques de l'Institut national d'excellence en santé et en services sociaux (INESSS); déterminer si la présence de maladies chroniques chez un patient influençait les chances de recevoir une ordonnance non-concordante. Les données administratives du Système intégré de surveillance des maladies chroniques du Québec (SISMACQ) ont été utilisées. Nous avons réalisé une analyse descriptive des ordonnances et des séries chronologiques de l'adhésion aux guides cliniques pour les ans 2002 à 2016 ainsi que des modèles de régression pour la période de 2013 à 2016 afin de déterminer si la présence de maladies chroniques influence la probabilité de recevoir une ordonnance nonconcordante. Nous avons observé que les guides cliniques ont été bien respectés au niveau de l'agent antibiotique servi (94%). Cependant, les quantités servies laissaient place à l'amélioration, étant souvent plus élevées que ce que les guides cliniques recommandaient. En effet, les ordonnances concordantes n'atteignaient que 32% lorsque les quantités servies étaient prises en compte. De plus, nous avons vu une dégradation de l'adhésion aux guides lorsque la personne traitée était atteinte de maladies chroniques. Les personnes atteintes de quatre maladies chroniques ou plus étaient 12% plus susceptibles de recevoir une ordonnance nonconcordante aux guides cliniques que les personnes sans maladies chroniques. Cette étude démontre que la concordance avec les guides cliniques n'était pas optimale dans la période étudiée. Il faudra déterminer les raisons derrière cette pratique, surtout chez les patients malades chroniques qui reçoivent plus d'ordonnances non-concordantes que les personnes en santé. / In scientific literature, there is very little data presenting community antibiotic use, especially in the province of Quebec. However, it is of extreme importance to track these antibiotics, as they represent the majority of consumed antibiotics in Canada. This tracking is especially important in chronically ill patients, as this population is more at risk of developing complications from antibiotic use. We conducted a study to help fill this void. Our study had three objectives: describe antibiotic use for the treatment of urinary tract infections in adult patients covered by the Quebec public drug plan; determine if these prescriptions followed guidelines set by the Institut National d'excellence en santé et services sociaux (INESSS); determine if the presence of chronic diseases in a patient influenced their probability of receiving a non-concordant prescription. Administrative data from the Quebec Integrated Chronic Disease Surveillance System (QICDSS) was used to describe antibiotic use, to graph time trends of guideline adherence and to create regression models in order to determine if the presence of chronic diseases influenced probabilities of receiving a non-concordant prescription. We observed that guidelines were very well respected when choosing the antibiotic agent (94%). However, quantities dispensed were often higher than what clinical guidelines recommended. When quantities dispensed were considered, 32% of prescriptions were concordant to guidelines. Furthermore, a clear degradation of guideline adherence can be observed the more chronic diseases a person had. Multimorbid individuals were more likely to receive non-concordant prescriptions, attaining a 12% increased risk when a person had four chronic diseases or more. This study exposes that guideline adherence for antibiotic use in urinary tract infections in Quebec is not optimal. The reasons behind this practice must be ascertained, especially for chronically ill patients who receive a larger amount of these non-concordant prescriptions.

L’augmentation et la propagation alarmante de la résistance aux antibiotiques chez les bactéries pathogènes sont devenues un problème important de santé publique. Pour surmonter cette situation inquiétante, il y a un besoin croissant de nouveaux agents antimicrobiens avec des modes d’action innovants. La grande majorité des espèces bactériennes utilisent des peptides pour se défendre et se protéger contre d’autres microorganismes dans leur environnement. Ces peptides antimicrobiens possèdent des spectres d’activité et modes d’action très variés et représentent une source très intéressante pour découvrir et développer des agents antibactériens efficaces. L’objectif du projet consistait à faire le design et la synthèse d’analogues du peptide antimicrobien microcine J25 pour effectuer des études structure-activité et mieux comprendre les modes d’action. Comme la microcine J25 possède une structure particulière en lasso et extrêmement difficile à reproduire de façon synthétique, la stratégie était de faire le design par approche computationnelle d’analogues capables de mimer la structure de la microcine J25 sans passer par le lasso. Après leur synthèse, ces analogues ont été utilisés dans une étude structure-activité pour mieux comprendre l’impact de la structure sur le mode d’action et identifier les parties de la microcine J25 qui sont impliquées dans le transport et les interactions avec les cibles bactériennes. / The increasing and alarming spread of antibiotic resistance by pathogenic bacteria have become an important public health problem. To overcome this worrying situation, there is a growing need for new antimicrobial agents with innovative modes of action. The vast majority of bacterial species use peptides to defend and protect themselves against other microorganisms in their environment. These antimicrobial peptides possess a wide range of activity spectra and modes of action and are a very good source to discover and develop effective antimicrobial agents. The objective of this project was to design and synthesize analogues of the antimicrobial peptide microcin J25 to perform structure-activity studies for a better understanding of its modes of action. As the microcin J25 has a particular lasso structure that is extremely difficult to replicate synthetically, the strategy was to design by computational approach analogues capable of mimicking the microcin J25’s structure without the lasso topology. After synthesis, these analogs were used in a structure-activity study to better understand the impact of the structure on the mode of action and identify parts of the microcin J25 that are involved in the transport and interactions with bacterial targets.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Ce mémoire porte sur l'étude des mécanismes d'action de peptides cationiques à visée antimicrobienne longs de 14 acides aminés. Des études antérieures ont montré que la substitution de résidus leucine par des résidus lysine pouvait, dans certains cas, diminuer considérablement le caractère hémolytique des peptides, augmentant ainsi leur sélectivité pour les membranes bactériennes. Nous avons procédé à des études par spectroscopic RMN et infrarouge, appuyées par des simulations informatiques, afin d'étudier les interactions entre des peptides sélectifs et non-sélectifs et des membranes modèles zwitterioniques et anioniques. Les résultats permirent de proposer deux mécanismes distincts qui peuvent expliquer le comportement de l'ensemble des analogues étudiés. Les peptides non-sélectifs se positionneraient à la surface des bicouches et y formeraient des pores via un mécanisme semblable au modèle "sinking-raft". Les peptides sélectifs s'agrégeraient plutôt en plaques à la surface des bicouches, y causant des défauts conduisant à la perméabilisation des membranes.

Les médications intra canalaires, comme l’hydroxyde de calcium, sont utilisées en endodontie pour désinfecter le système radiculaire. Mais, les traitements endodontiques peuvent échouer en raison d’une infection persistante causée principalement par la subsistance de certaines bactéries dans le canal dentaire. Pour contrôler la croissance bactérienne, l’usage de peptides antimicrobiens comme la dermaseptine semble être une alternative prometteuse. Les objectifs de ce projet de recherche étaient de comparer les propriétés antibactériennes de la dermaseptine S1 (DS1) et de l’Ultracal XS (hydroxyde de calcium) sur la croissance d’Enterococcus faecalis et leur compatibilité respective sur les cellules souches de la pulpe dentaire. Méthode : E. faecalis est cultivé en présence ou non d’Ultracal XS (Ultradent), d’hydroxyde de calcium, de sulfate de baryum, de propylène glycol ou de DS1 (10, 50 and 100 µm/mL). La croissance bactérienne est évaluée pendant 24 h par spectrophotométrie. Les effets des différents composés sur les cellules souches pulpaires furent évalués par microscope optique à 24 et 48 h et par test de MTT à 48 h. Les données furent collectées de 3 expériences et soumises à une analyse statistique ANOVA à une issue et au test de Tukey. Résultats : L’Ultracal XS diminue légèrement la croissance bactérienne, alors que l’hydroxyde de calcium pur, le sulfate de baryum et le propylène glycol n’ont pas eu d’effet sur la bactérie. La DS1, même à de faibles concentrations, a significativement réduit la croissance bactérienne. L’effet inhibiteur a été présent pendant 24 heures, avec des concentrations de DS1 de 50 et 100 µm/mL. De plus, l’Ultracal XS et ses constituants ont montré un effet toxique important sur l’adhésion et la croissance des cellules souches pulpaires, alors que la DS1 montre seulement un effet toxique modéré à des concentrations de 100 µm/mL. Conclusion : L’Ultracal XS diminue modérément la croissance d’ E. faecalis alors que la DS1 la réduit de façon importante. Les effets toxiques au niveau des cellules souches pulpaires sont modérés pour la DS1 en comparaison avec l'Ultracal XS. Cette étude a démontré qu’il pourrait être intéressant d’utiliser les dermaseptines en médication intracanalaire en endodontie. / Intracanal medication is used in endodontics to disinfect the root canal system, but sometimes endodontic treatments fail due to the persistence of infection. Antimicrobial peptides such as dermaseptins might be a good alternative to calcium hydroxide for intracanal medication.Endodontic treatments can fail due to the persistence of infection. Antimicrobial peptidesmight be a good alternative to calcium hydroxide for intracanal medication. This study aimsto compare the antimicrobial properties of dermaseptin S1 (DS1) and Ultracal XS against E.faecalis growth and their compatibility with dental pulp stem cells (DPSC). Methods: E.faecalis cells were cultured in the presence or not of Ultracal XS (Ultradent), calcium hydroxide, barium sulfate, propylene glycol, or DS1 (10, 50, and 100 µm/mL). The bacterial growth was assessed over 24 h by spectrophotometry. The effect of the different chemicals on the shape and growth of DPSCs were evaluated using an optical microscope at 24 and 48h and an MTT assay after 48 h. Data were collected from 3 experiments and subjected tostatistical analysis using one-way ANOVA and Tukey’s test. Results: Ultracal XS, slightly decreased the growth of bacteria, while calcium hydroxide, barium sulfate, and propyleneglycol do not affect the growth of E. faecalis. Interestingly, DS1 significantly reduced thegrowth of E. faecalis. The inhibitory effect was present up to 24 h culture, with 50 and 100ug/ml of DS1. Ultracal XS and its constituents have a high toxic effect on DPSC adhesion and growth, while DS1 showed moderate adv erse effects only at high concentrations (100µg/ml). Conclusions: Ultracal XS moderately, while DS1 highly decreased the growth of E.faecalis. The toxic effect of DS1 on DPSCs was moderate compared to Ultracal XS. This study demonstrated the potential use of dermaseptin as an intracanal medication.

La détérioration des aliments est un processus complexe caractérisé par toute modification d'un produit alimentaire qui le rend inacceptable pour le consommateur. Malgré l'hétérogénéité des matières premières et des conditions de transformation, la microflore qui se développe pendant le stockage et la détérioration des aliments peut être prédite sur la base de la connaissance de l'origine, de la base du substrat et de quelques paramètres de conservation principaux tels que la température, l'atmosphère, l'a[indice w] et le pH. Diverses techniques de conservation ont été employées avec un certain succès sur la base de telles connaissances. Parmi eux, les préservatifs synthétiques ont attiré beaucoup d'attention au cours des dernières décennies. Cependant, leurs effets indésirables sur les aspects nutritionnels et organoleptiques de l'alimentation, et sur la santé humaine (allergènes) ont limité leur utilisation comme conservateurs potentiels. Récemment, les conservateurs naturels d'origine végétale ont attiré beaucoup d'attention en raison de leur acceptation par les consommateurs, de leur faible toxicité et de leurs effets secondaires et de leur teneur élevée en bioactifs, y compris les polyphénols qui sont des antioxydants et antimicrobiens bien connus. Cependant, l'obtention d'un niveau de conservateur pour contrôler la croissance microbienne nécessite des doses très élevées de tels composés bioactifs, ce qui limite leur utilisation à des conditions spécifiques. L'option favorable consiste à utiliser des méthodes biochimiques pour améliorer le pouvoir antimicrobien des extraits de plantes, c'est-à-dire réduire la concentration efficace des extraits pour produire un niveau similaire d'effet antimicrobien. Dans ce travail, quatre méthodes biochimiques comprenant l'acide ascorbique (AA) les métaux de transition (TMs); les produits de dégradation de l'AA (DPAA); les produits de la réaction de Maillard (MRPs); et les systèmes laccase (Lac)-médiateur (Med) ou la peroxydase de raifort (HRP) -H₂O₂ ont été utilisés pour améliorer la propriété antimicrobienne d'extraits de plantes sélectionnés. Le criblage et l'optimisation de l'activité antimicrobienne ont été réalisés contre les bactéries Gram-positives B. subtilis et Gram-négatives E. coli, en utilisant l'extrait d'écorce de grenade (PPE) comme extrait de référence. Les paramètres optimisés ont ensuite été utilisés pour améliorer la puissance antimicrobienne des autres extraits sélectionnés. La méthode de modification la plus efficace a été déterminée et les extraits modifiés les plus puissants utilisant ces méthodes ont été testés pour leur effet antimicrobien à large spectre contre d'autres bactéries, moisissure, et levures. De plus, la caractérisation chimique des extraits modifiés a été réalisée par détermination du contenu phytochimique à l'aide de la chromatographie liquide ultra-performante couplée à la spectrométrie de masse à ionisation par pulvérisation d'électrons par (UPLC-ESI MS) et la méthode Folin ciolcatleu (FC). Enfin, l'effet antioxydant des puissants extraits modifiés a également été testé par les techniques de capacité antioxydante équivalente Trolox (TEAC), de pouvoir antioxydant réducteur ferrique (FRAP) et de piégeage des radicaux hydroxyles (HRS). Une amélioration significative (GI ~ 99,9 %) de l'effet antibactérien des extraits d'PPE et de zeste de mangue (MPE) contre E. coli et B. subtilis a été perçue avec l'acide p-coumarique AQ-DPAA et Lac-Med (PCOM). Le test de cinétique de destruction du temps des extraits modifiés à l'aide des méthodes ci-dessus a montré un maximum de 4.5 log₁₀ de réduction du nombre de bactéries de B. subtilis et de 4 log₁₀CFU/mL de réduction d'E. coli. La méthode de dilution en bouillon a montré une amélioration significative de l'effet antibactérien (GI ~ 99,9 %) de l'PPE et de l'MPE en utilisant les AA-TMs et les MRPs. Comparativement aux extraits non modifiés, un effet bactériostatique (réduction ≤3log10) contre E. coli et B. subtilis a été détecté avec ces extraits modifiés (MEs) par le test cinétique de destruction du temps. Ces extraits modifiés ont également montré un effet à large spectre contre d'autres bactéries, moisissures et leveurs. En outre, l'analyse de MEs ci-dessus à l'aide de UPLC-ESI MS a montré une concentration inchangée des polyphénols avec les AA-Cu (II) et l'AQ-DPAA et une réduction du niveau de certains polyphénols avec le Lac-PCOM et les MRPs. Un niveau élevé d'effets antioxydants a également été remarqué avec les MEs qui ont été modifiés à l'aide d'AA-Cu (II) et de MRPs. Enfin, ce travail a exploré la possibilité de maintenir la puissance antimicrobienne des extraits de plantes à faibles doses en modifiant ceux-ci par des moyens biochimiques. / Food spoilage is a complex process characterized by any change in a food product that renders it unacceptable to the consumer. Despite the heterogeneity in raw materials and processing conditions, the microflora that develops during storage and spoiling foods can be predicted based on knowledge of the origin, the substrate base, and a few main preservation parameters such as temperature, atmosphere, a[subscript w], and pH. Various preservation techniques have been employed with certain success based on such knowledge. Among them, synthetic preservatives have gained much attention in past decades. However, their undesired effects on the nutritional and organoleptic aspects of food and human health (allergens) have limited their use as potential preservatives. Recently, plant-derived natural preservatives have gained lot of attention due to their consumer acceptance, for their lower toxicity and side effects and high content in bioactive compounds, including polyphenols which are well-known antioxidants and antimicrobials. However, obtaining a preservative level to control microbial growth requires very high doses of such bioactive compounds, which limits their use to only specific conditions. A favorable option is to use biochemical methods to enhance the antimicrobial potency of the plant extracts (Exts) (i.e., to reduce the effective concentration of the extracts to produce a similar level of antimicrobial effect). In this work, four biochemical methods including ascorbic acid (AA)- transition metals (TMs); degradation products of AA (DPAA); Maillard reaction products (MRPs); and Laccase (Lac)-Mediator (Med) or horseradish peroxidase (HRP) -H₂O₂ systems were used to enhance the antimicrobial property of selected plant extracts. The screening and optimization of the antimicrobial activity were performed against gram-positive B. subtilis and gram-negative E. coli bacteria, using pomegranate peel extract (PPE) as the reference extract. The optimized parameters were further used to enhance the antimicrobial potency of the other selected extracts. The most efficient method of modifications was determined and the most potent modified extracts using those methods were tested for their broad-spectrum antimicrobial effect against other bacteria, fungi, and yeast. In addition, chemical characterization of the modified extracts was performed by determination of phytochemical content using ultraperformance liquid chromatography combined with electron spray ionization mass spectrometry (UPLC-ESI MS) and Folin Ciolcatleu (FC) method. Finally, the antioxidant effect of the potent modified extracts was also tested by Trolox equivalent antioxidant capacity (TEAC), Ferric reducing antioxidant power (FRAP), and hydroxyl radical scavenging (HRS) techniques.. A significant enhancement (GI~99.9 %) in antibacterial effect of PPE and mango peel extracts (MPE) against E. coli and B. subtilis were perceived with the AQ-DPAA and Lac-Med) p-coumaric acid (PCOM) compared to unmodified extracts. The time kill assay of the extracts modified using above methods showed maximum of 4.5 log₁₀ reduction in bacterial count of B. subtilis and 4 log₁₀CFU/mL reduction of E. coli. The broth dilution method showed a significant enhancement in antibacterial effect (GI~99.9 %) of PPE and MPE using AA-Cu (II) and MRPs. Compared to non modified extracts bacteriostatic effect (≤3log₁₀ reduction) against E. coli and B. subtilis were detected with these modified extracts (MEs) by the time kill assay. These modified extracts also showed broad spectrum effect against other bacteria yeast and fungi. Furthermore, the analysis of the above MEs using UPLC-ESI MS showed unchanged concentration of the polyphenols with AA-TMs and AQ-DPAA and reduction in level of certain polyphenols with Lac-PCOM and MRPs. Elevated level of antioxidant capacities was also noticed with the MEs which were modified using AA-Cu (II) and MRPs. Overall, this work explored the possibility of achieving the preservative level of plant extracts at their low doses using the above-mentioned biochemical means

Une base de données regroupant l'ensemble des peptides antimicrobiens provenant de protéines laitières et décrits dans la littérature a été réalisée, révélant le fait que peu de peptides antimicrobiens ont été identifiés à partir d'un mélange de protéines du lactosérum ou de produits laitiers. D'autre part, un hydrolysat d'isolat de protéines sériques a été fractionné par chromatographie liquide haute performance afin de séparer spécifiquement des fractions contenant des peptides antimicrobiens. Cinq fractions antimicrobiennes ont été obtenues et les peptides responsables de l'activité ont été identifiés. En parallèle, cinq extraits peptidiques hydrosolubles ont été isolés de fromages canadiens. Deux de ces extraits ont révélé une activité antimicrobienne et confirme la présence de peptides antimicrobiens dans les produits laitiers. Les protéines laitières ont ainsi démontré leur capacité à générer des peptides antimicrobiens après hydrolyse.

L'obésité est devenue un problème mondial, qui est définie comme une augmentation du poids. L'obésité peut être influencée par la diète, la génétique, les médicaments et l'environnement. Les traitements pour l'obésité comme les interventions diététiques et les médicaments, cependant, échouent souvent, tandis que les interventions chirurgicales ont des taux de succès élevé. Le microbiote intestinal s'est avéré être impliqué dans le développement de l'obésité. Le microbiome est un ensemble de microbiote composé majoritairement de bactéries commensales et mutualistes, vivant en symbiose avec l'hôte et intervenant dans la digestion, le système immunitaire et le contrôle des pathogènes. Le microbiote intestinal est également impliqué dans la régulation du système endocannabinoïde (ECS). L'endocannabinoidome, l'extension du ECS, est un système de signalisation lipidique complexe, qui s'est avérée être dérégulée pendant l'obésité. Récemment, le peptide antimicrobien exprimé par le foie 2 (LEAP2) s'est avéré être un antagoniste du récepteur à la ghréline, à la suite d'une gastrectomie verticale. Cependant, sa régulation, son rôle physiologique et mécanisme d'action ne sont pas bien connus. Nous émettons l'hypothèse que Leap2 est dérégulée durant l'obésité et l'endotoxémie métabolique, et pourrait être régulée par le microbiote intestinal et/ou l'ECS, et en réponse à différent type de chirurgie bariatrique. Par conséquent, j'ai analysé l'expression de Leap2 dans différents modèles de rongeurs d'obésité, de souris sans germes (GF), de rats ayant subi quatre chirurgies bariatriques différentes, ainsi que des modèles in vitro. Nous montrons que dans certains modèles d'obésité, l'expression de Leap2 est modifiée dans l'intestin grêle. Ces changements peuvent être associés à des altérations du microbiome intestinal, comme les expériences sur des souris GF qui ont montré que l'expression de Leap2 était augmentée dans le jéjunum, et que cela est inversé à la suite d'une recolonisation avec une transplantation fécale. Enfin, nous montrons que, in vitro, le récepteur Pparg régule fortement l'expression de Leap2 dans les entérocytes dérivés des Caco-2. / Obesity has become a worldwide problem, and is defined as an increase in body weight, which can be influenced by diet, genetics, drugs and the environment. Treatments of obesity such as dietary interventions and drugs, however, often fail, whereas surgical interventions have high success rates. The gut microbiome has been shown to be involved in the development of obesity. The microbiome is the assembly of microbiota and their molecular warehouse. The microbiota is composed of mostly commensal and mutualist bacteria, living in symbiosis with the host, and is involved in the regulation of digestion, immune system and control of pathogens. Gut microbiota have been suggested to be involved in the regulation of the endocannabinoid system (ECS). The endocannabinoidome, an extension of the ECS, is a complex lipid signalling system that has been found to be dysregulated during obesity. Recently, liver-expressed antimicrobial peptide 2 (LEAP2) was shown to be an antagonist of the ghrelin receptor, following vertical sleeve gastrectomy. However, its regulation, physiological roles and mechanisms of action are not well known. We hypothesize that Leap2 expression is dysregulated during obesity and metabolic endotoxaemia, and might be regulated by the gut microbiome and/or the ECS and in response to different types of bariatric surgery. Therefore, I analyzed Leap2 expression in different rodent models of obesity, germ-free (GF) mice and rats that underwent four different types of bariatric surgery, as well as in vitro models. We show that in some models of obesity Leap2 expression is altered in the small intestine. These changes might be associated with alterations in the gut microbiome, as experiments in GF mice showed that Leap2 expression is increased in the jejunum of GF mice, and that this is reversed upon conventionalization of the mice with fecal microbiota transplantation. Finally, we show that, in vitro, Pparg receptor strongly upregulates Leap2 expression in Caco-2-derived enterocytes.

Les biofilms bactériens, communautés multicellulaires adhérentes à une surface et enrobées d’une matrice extracellulaire, sont cruciaux pour le maintien de la plupart des écosystèmes de notre planète mais représentent également une menace pour la santé humaine. Leur éradication est un véritable défi pour la microbiologie moderne du fait de leur résistance élevée aux antibiotiques. Providencia stuartii est une bactérie Gram-négative connue pour sa forte capacité à former des biofilms dans le tractus urinaire humain, qui est responsable pour environ 10% des infections nosocomiales urinaires chroniques. Nous avons montré que cette souche bactérienne exploite un moyen de socialisation supplémentaire préalable à l’adhésion des cellules aux surfaces et la sécrétion d’une matrice extracellulaire, les communautés flottantes. Les deux porines de P. stuartii, Omp-Pst1 et Omp-Pst2, soutiennent la formation des communautés flottantes en s’auto-associant à travers leurs boucles extracellulaires pour former des dimères de trimères (DOTs) intercellulaires. La formation des DOTs, rivetant les cellules adjacentes entre elles, est médiée par des forces électrostatiques et des interactions de type steric zipper.Les deux grands objectifs de la thèse ont été i) de caractériser les impacts environnementaux sur l’établissement et la survie des deux types de communautés formés par P. stuartii, et ii) d’empêcher la socialisation bactérienne par inhibition des DOTs de porines. Nos résultats ont montrés que des peptides mimant les résidus impliqués dans les interactions de type stérique zipper des DOTs de porines, et couplés à de la coumarine, sont prometteurs pour diagnostiquer les infections à P. stuartii. De plus, nous avons mis en avant qu’une combinaison d’antibiotiques avec certains de ces peptides est une nouvelle approche thérapeutique envisageable pour lutter contre les infections de P. stuartii. Nos résultats montrent aussi que les futurs traitements devraient être évalués sur les communautés flottantes et les biofilms adhérents, dans des conditions imitant les voies urinaires, afin d’être efficaces et potentiellement éradiquer P. stuartii. / Bacterial biofilms are multicellular communities adherent to surfaces and surrounded by an extracellular matrix. They are crucial for maintaining most of our planet’s ecosystems, but also a threat to human health. Biofilm eradication is one of the greatest challenges of modern microbiology due to their high resistance to antibiotics. In this PhD, we focused on Providencia stuartii, a Gram-negative pathogen that forms biofilms in the human urinary tract and is responsible for about 10% of hospital-acquired urinary tract infections. P. stuartii exploits an additional means of socialization, forming floating communities of cells (FCCs), that later sediment and adhere onto surfaces yielding surface-attached biofilms (SABs). The two porins of P. stuartii, Omp-Pst1 and Omp-Pst2, are involved in FCC formation by self-association into intercellular dimers of trimers (DOTs). The main driving force behind DOT formation is electrostatic attraction, yet the DOT structure is locked-in by steric zipper interactions between facing extracellular loops.The two main objectives of this PhD were (i) to characterize the environmental impacts on the establishment and survival of the two type of socialized communities formed by P. stuartii, and (ii) to inhibit bacterial socialization by targeting porin DOTs. Our results reveal that peptides featuring residues involved in the steric zipper interaction of DOTs, and coupled with coumarin, are promising lead compound to diagnose P. stuartii infections. In addition, we tested combinations of antibiotics with some of these peptides and results suggest that is was a new therapeutic approach that can be envisaged to fight against P. stuartii infections. Future treatments should be evaluated on FCCs and SABs in conditions mimicking urinary tract, to be efficient and potentially eradicate P. stuartii.