Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Depuis l'émergence récente de l'éco-­immunologie, une question majeure a été soulevée: pourquoi, malgré une évolution des systèmes immunitaires de plus en plus complexes, les hôtes sont encore sensibles aux infections? Plusieurs facteurs expliquent cette variation. Par exemple, produire une réponse immunitaire nécessite des ressources énergétiques, qui peuvent varier selon l'environnement. Une distribution hétérogène des ressources alimentaires causée notamment par l'intensification agricole pourrait avoir des conséquences sur les réponses immunitaires des populations sauvages. D'autre part, cette variation peut être due à des facteurs génétiques. Pendant mon doctorat, j'ai étudié les effets de l'intensification agricole sur une fonction du système immunitaire inné (en opposition à acquis) d'une population sauvage d'Hirondelle bicolore (Tachycineta bicolor), un passereau migrateur qui niche au Sud du Québec au Canada. J'ai aussi étudié les effets de la variation de gènes immunitaires sur la fonction immunitaire innée et les conséquences sur la reproduction de ce passereau. D’abord, j'ai déterminé l'effet de l'intensification agricole sur la capacité bactéricide du plasma contre E. coli chez les adultes d'Hirondelle bicolore. Contre toute attente, l'intensification agricole a eu un effet positif sur la capacité bactéricide contre E. coli. Cela pourrait suggérer une exposition plus forte à des souches de E. coli dans les milieux intensifs, où les individus développeraient une capacité bactéricide plus importante que les individus en milieux non-intensifs. Ensuite, je me suis aussi intéressée aux effets génétiques qui pourraient influencer la capacité bactéricide des individus. Pour cela, j'ai utilisé des gènes de β­-défensine qui codent pour des peptides impliqués dans plusieurs aspects du système immunitaire, dont les réponses immunitaires innées. Les résultats indiquent que certains gènes de β­-défensine influencent la capacité bactéricide des individus. Finalement, j'ai aussi montré une association positive entre la capacité bactéricide des adultes et la proportion d'oisillons ayant survécu jusqu’à l’envol, ce qui suggère l’absence de compromis énergétique entre cette fonction immunitaire innée et l'effort de reproduction. Mes recherches de doctorat soulèvent des questions sur l'importance de la capacité bactéricide et ce qu'elle reflète chez les populations sauvages de passereaux. Mes travaux représentent aussi une première tentative de liaison entre la variation des gènes de β-­défensine et une fonction immunitaire mais aussi avec des traits de succès reproducteurs, et ouvrent la voie à l’étude des effets des gènes de β­-défensine sur les traits liés à l’aptitude phénotypique chez des organismes sauvages.

Un récent rapport de l’OMS met en garde les autorités de santé sur l’émergence de résistances chez les bactéries et le développement de souches bactériennes multi-résistantes aux traitements antibiotiques actuels. La progression de ces phénomènes est dû à différents facteurs. L’environnement hospitalier concentre un usage important de traitements antibiotiques et représente ainsi un terreau favorable au développement de résistances chez les bactéries. Le staphylocoque doré, ainsi que sa souche résistante (SARM), s’avèrent problématiques et entraînent un grand nombre de maladies nosocomiales. Dans ce contexte, il est primordial de mettre au point de nouveaux agents antibactériens permettant de lutter contre ces bactéries. Les liquides ioniques (sels à point de fusion bas) démontrent d’importantes propriétés antibactériennes. Néanmoins les mécanismes de cet effet bactéricide n’ont pas encore été établis. Ainsi nous nous proposons, dans un premier temps, de synthétiser des liquides ioniques di-cationiques afin d’étudier les différents facteurs structuraux qui régissent leur activité antibactérienne. Dans un second temps, nous concevrons des liquides ioniques à base de phosphoniums fonctionnalisés avec une sonde fluorescente. En exploitant les propriétés spectroscopiques, nous tenterons d’observer leurs interactions avec les cellules bactériennes. Enfin, nous nous proposons d'utiliser les phosphoniums comme agents de fonctionnalisation de surface dans le but de mettre au point des surfaces aux qualités bactéricides intrinsèques. Pour ce faire nous utiliserons différentes méthodes comme la conception de monocouches auto-assemblées ou l’électropolymérisation. / A recent WHO report warns the health authorities about the emergence of new bacterial resistances and the development of multi-resistant strains against current antibiotics treatments. The growth of those resistances is due to several factors. The hospital environment concentrates a significant use of antibiotics and disinfectant representing a favorable ground for bacterial resistance development. Among them the Staphylococcus aureus and its methicillin resistant strain (MRSA) represent a crucial issue in care environments and is a major cause of hospital acquired infections. In this context, it is essential to develop new antibacterial agents to fight against these bacteria. Ionic liquid are low melting point salts, they show significant antibacterial properties. However, the fact that the mechanisms of action of their bactericidal effect have not been established yet constitutes a major obstacle to their development as bactericidal agents. Thus, we propose to synthetize ammonium- and phosphonium-based di-cationic ionic liquids in order to study the different structural factors that govern their antibacterial activity. Then we will develop phosphonium based ionic liquids functionalized with a fluorescent probe. By taking advantage of their spectroscopic properties we will try to observe their interactions with bacterial cells. Finally, we propose to use the phosphonium salts as surface functionalization agents in order to design surfaces with intrinsic antibacterial properties. To do so, we will use innovative methods such as conception of self-assembled monolayers or electropolymerization technics.

L’éclosion de bactéries résistantes aux antibiotiques constitue un problème sérieux auquel fait face notre système de santé. L’une des stratégies récemment proposées afin de s’attaquer efficacement et irréversiblement à ces microorganismes multi-résistants est de cibler directement leur membrane via l’action de molécules induisant un débalancement électrolytique de part et d’autre de cette dernière. Parallèlement, ces mêmes agents peuvent aussi avoir des applications dans le traitement de maladies originant des dysfonctions du transport ionique, comme la fibrose kystique. À cet égard, nous présentons dans cette thèse différents sels d’imidazolium et benzimidazolium N,N-disubstitués possédant un potentiel à la fois antimicrobien et ionophore. Notre approche se résume d’abord en un volet mécanistique où une série de modifications structurelles ont été apportées à des sels d’imidazolium et benzimidazolium afin d’observer comment ces changements modulent l’efficacité du transport d’anions dans la membrane artificielle d’un liposome. Nous avons à ce titre pu conclure que l’espèce formée de deux bras aromatiques phényléthynylbenzyl, disposées symétriquement de part et d’autre d’un cation imidazolium, induisait le meilleur transport des anions chlorures, au travers d’une membrane de liposomes, à des concentrations de l’ordre du micromolaire. En outre, les monocations imidazolium et benzimidazolium flanqués d’un contre-anion bis(trifluorométhylsulfonyl)amide ont conduit à une activité ionophore plus rapide. Qui plus est, en s’appuyant sur ces résultats, nous avons présenté le premier exemple, à notre connaissance, d’un transporteur d’anions et de cations, contenant le cation benzimidazolium et capable d’agir aussi bien dans des liposomes que dans des bactéries. Dans un second temps, les meilleurs agents ionophores ont été étudiés dans les membranes plus complexes des bactéries et des globules rouges humains pour vérifier leur effet bactéricide et leur innocuité. Le design de nos transporteurs formés d’un espaceur luthidine a ainsi permis d’obtenir un agent antimicrobien efficace dans des bactéries gram positives et négatives (B. thuringiensis et E. coli) avec une toxicité limitée de l’ordre de 10% sur les globules rouges humains à ses concentrations bactéricides. / The emergence of antibiotic resistant bacteria is a serious problem that our health system faces. One recently proposed strategy to effectively and irreversibly kill these multi-resistant microorganisms is to directly target the integrity of their membrane, using small molecules able to induce an electrolyte imbalance. Moreover, the same molecules may find applications in the treatement od diseases originating from the dysfunction of ion transport, such as cystic fibrosis. Herein we present different imidazolium and benzimidazolium salts N,N-disubstituted with both antimicrobial and ionophoric potential. We first performed mechanistic studies where different structural changes have been made to the imidazolium and benzimidazolium salts to observe how these modifications modulate the efficiency of the anion transport in artificial membrane liposomes. We were able to conclude that the species formed of two aromatic arms phenylethynylbenzyl arranged symmetrically on either side of an imidazolium cation, induced a better transport of chloride anions, through a membrane of liposomes at the micromolar range. In addition, monocations imidazolium and benzimidazolium flanked with an bis(trifluorométhylsulfonyl)amide anion led to faster ionophore activity. Moreover, based on these results we presented the first example, to our knowledge, for an anions and cations benzimidazolium-based transporter, acting as well in liposomes as in bacteria. Secondly, the best anionophore agents were analyzed in more complex bacterias and human red blood cells membranes to study their bactericidal potential and innocuity. Among all the benzimidazolium salts studied, we identified one compound, which presents interesting antibacterial properties as a result of its ability to induce an electrolytic imbalance and to disrupt the integrity and the potential of the bacterial membranes. At the same time this antibacterial agent presented a low toxicity to human cells in bacteriostatic range concentrations.