Aeromonas salmonicida sous-espèce salmonicida, une bactérie pathogène infectant les poissons, cause une maladie nommée la furonculose qui est traitée par antibiotique. À cause des résistances aux antibiotiques, ceux-ci ne sont plus aussi efficaces. Comme les tests d'antibiogrammes nécessitent sept jours, une PCR multiplex ciblant les gènes de résistance aux antibiotiques homologués (sulfonamides et triméthoprime, tétracyclines, chloramphénicols) permettrait de détecter rapidement ces résistances. Suite à la caractérisation de séquences génomiques et l'optimisation de PCR multiplex, plusieurs souches d’A. salmonicida sous-espèce salmonicida ont été testées et leurs résultats ont été comparés avec ceux obtenus par les tests d'antibiogrammes. Il en ressort que la trousse développée est très performante voire plus que les tests d'antibiogrammes pour détecter les résistances aux sulfonamides, tétracyclines et chloramphénicols tout en étant plus rapide. Une connaissance plus approfondie sur les résistances aux sulfonamides et triméthoprime demeure d’actualité puis l'amélioration de la trousse diagnostique est à envisager. / Aeromonas salmonicida subspecies salmonicida, a pathogenic bacterium that infects fish, causes a disease named furunculosis, which is treated with antibiotics. The latters are not as effective because of antibiotic resistances. As the susceptibility tests require seven days, a multiplex PCR targeting the genes coding resistances against homologated antibiotics (sulfonamides and trimethoprim, tetracyclines, chloramphenicols) would detect resistance rapidly. Following the characterization of genomic sequences and optimization of multiplex PCR, several strains of A. salmonicida subspecies salmonicida were tested and the results were compared with those obtained by the susceptibility tests. It shows that the kit is highly efficient even more rapidly than the susceptibility tests to detect resistance to sulfonamides, tetracyclines and chloramphenicols while being faster. A deeper knowledge about sulfonamides and trimethoprim resistance and the improvement of the diagnostic kit should be considered.

Les fucanes, ou fucoïdanes, sont des polysaccharides caractéristiques des algues brunes comme Saccharina longicruris. Leur hydrolyse par des enzymes bactériennes amplifie leurs activités biologiques. Cependant, peu d'enzymes capables d'hydrolyser les fucoïdanes ont été découvertes et leurs actions sont spécifiques à la structure de chaque fucoïdane. Le but de ce projet est d'identifier des bactéries marines capables d'hydrolyser le fucoïdane. Des bactéries fucosidase positives ont d'abord été isolées par des préenrichissements à partir d'échantillons d'algues et d'eau de mer prélevés dans le fleuve St-Laurent (Ste-Luce, mai 2007) et sélectionnées par une réaction chromogénique. Le séquençage d'une section de la petite sous-unité du gène d'ADNr 16S a révélé que les bactéries sélectionnées appartenaient à Pseudoalteromonas spp. La cinétique de croissance d'une souche de Pseudoalteromonas dans un milieu à base d'eau de mer (Marine Broth) avec ou sans les différents sucres composant le fucoïdane (glucose, fucose ou galactose) n'a pas révélé de différence entre les milieux testés. Le dosage des activités enzymatiques de type fucosidase et fucoïdane hydrolase des extraits bruts de biomasse a été déterminé par la mesure de la libération du nitrophénol lors de l'hydrolyse du PNP-oc-L-fucoside et par le dosage des sucres réducteurs, respectivement. L'activité spécifique de la fucosidase, optimisée à 20°C, est d'environ 0,014 U/mg et elle est constante dans le temps. Celle de la fucoïdane hydrolase, atteint sa valeur maximale de 0,67 U/mg après une heure d'incubation et est optimale à 50°C. Ce travail a permis l'isolement d'une bactérie productrice de deux enzymes capables de dégrader les fucoïdanes, soit la fucosidase et la fucoïdane hydrolase. Les gènes codant pour ces enzymes pourront ultérieurement être identifiés et servir au développement d'un procédé commercial de fractionnement du fucoïdane par bioconversion.

La médecine régénérative exploite divers biomatériaux afin de stimuler la guérison tissulaire. Les hydrogels composés d'alginate et de gélatine sont prometteurs grâce à leur biocompatibilité. L'alginate, issu d'algues brunes, et la gélatine, dérivée du collagène, renforcent l'hydrogel et favorisent l'attachement et la régénération cellulaire. Le caractère composite du matériau permet une combinaison des caractéristiques individuelles des composants. Toutefois, les études sur l'adhérence bactérienne à cet hydrogel dans la cavité buccale sont limitées. Les objectifs de cette recherche étaient d'étudier l'adhérence bactérienne à différents hydrogels, de trouver des solutions pour la réduire, et d'évaluer la cytotoxicité de l'hydrogel composite d'alginate/gélatine sur des fibroblastes gingivaux. Des hydrogels ont été fabriqués avec diverses concentrations d'alginate et testés avec des cultures bactériennes buccales, incluant *Streptococcus mutans*, *Streptococcus salivarius*, *Porphyromonas gingivalis*, et *Fusobacterium nucleatum*. Les propriétés mécaniques des hydrogels ont été évaluées par des mesures de force d'élasticité. La dégradabilité du matériau a été mesurée elle, par la variation de poids au fil du temps. L'adhérence bactérienne a été évaluée par des quantifications d'ATP, quantification PCR, et visualisations en microscopie à fluorescence et électronique à balayage. L'hydrogel composite alginate et gélatine a également été testé pour la cytotoxicité sur des fibroblastes gingivaux, cherchant la meilleure survie cellulaire. Les résultats montrent que les bactéries planctoniques adhèrent à l'hydrogel, sans que les concentrations d'alginate influencent cette adhérence sauf pour *F. nucleatum* et *S. mutans*. Cependant, une réticulation de l'hydrogel en présence d'ions Zn$^{2+}$ réduit l'adhérence bactérienne de *S. mutans*, *S. salivarius*, et *P. gingivalis*. Cette diminution d'adhérence est confirmée avec la formation de biofilms plus complexes composés des quatre espèces bactériennes. En conclusion, l'hydrogel d'alginate/gélatine présente des propriétés de régénération cellulaire et d'adaptabilité intéressantes pour la dentisterie, mais des études supplémentaires sont nécessaires afin d'optimiser son utilisation en régénération tissulaire.

Titre de l'écran-titre (visionné le 22 janvier 2024) / Les sulfures aurifères réfractaires nécessitent un prétraitement afin d'augmenter le taux de récupération de l'or par la technique de cyanuration ou par d'autres techniques de mise en solution des métaux précieux. Différentes options de prétraitement peuvent être utilisées pour favoriser l'accès au cyanure vers les grains d'or. Dans ce projet de doctorat, un procédé de bio-oxydation a été utilisé pour pré-oxyder un concentré de sulfures aurifère réfractaires obtenu par la flottation d'un minerai d'or de la mine Betsiaka située au Nord de Madagascar. La taille des particules est l'un des paramètres clés pour augmenter l'efficacité de l'oxydation bactérienne. La première partie de cette recherche avait pour but d'améliorer la bio-oxydation par voie physique, en réduisant la taille des particules de sulfures soumises au traitement bactérien. Trois dimensions de grains de sulfures (D₈₀: 75 μm, 38 μm, et 12 μm) ont été considérées avec deux densités de la pulpe de 10 % et 20 % de solides. Une culture mixte des bactéries Acidithiobacillus ferrooxidans et Acidithiobacillus thiooxidans a été utilisée pour oxyder les sulfures, composés principalement de pyrite. Le temps de séjour de la pulpe dans le bioréacteur a été fixé à 14 jours, suivi d'essais de cyanuration de 48 h des sulfures bio-oxydés. Les meilleurs rendements de dissolution de l'or après la cyanuration des résidus bio-oxydés étaient de 91 % pour le résidu contenant 20 % de solides avec les particules ayant une D₈₀ de 12 μm. Ce rendement est 20 % supérieur à la cyanuration directe sans pré-oxydation bactérienne. Le pré-traitement par oxydation bactérienne génère inévitablement la production de lixiviats acides concentrés en métaux. Ces effluents doivent être traités avant leur réutilisation. La deuxième partie de cette recherche portait sur le traitement des biolixiviats en vue de leur réutilisation dans le procédé de bio-oxydation. Cette réutilisation permet de réduire à la fois la consommation d'eau et des nutriments nécessaires pour les microorganismes. Après deux tests de réutilisation des biolixiviats dans de nouveaux cycles de bio-oxydation, les résultats ont montré que ces biolixiviats réutilisés pouvaient réduire les besoins en azote et en phosphore de 40 % et 36 %, respectivement, avec une étape de bio-oxydation de 14 jours dans un bioréacteur de type cuve agitée. Des tests de cyanuration ont été faits après les deux boucles de recirculation du biolixiviat et le taux de récupération de l'or est resté inchangé à 90 %. Aussi, la réutilisation du biolixiviat a permis d'augmenter les taux de solubilisation des autres métaux présents dans le concentré de sulfures. Ainsi, les rendements de solubilisation du cuivre (concentration initiale de 3 587 mg/kg) et du zinc (concentration initiale de 27 315 mg/kg) sont passés respectivement de 14.8 % et 40.2 % à 37.5 % et 99.6 % après les deux boucles de recirculation du biolixiviat. Il a été affirmé que la chaîne complète de bio-oxydation représenterait des coûts d'investissement et d'exploitation moindres associés à son installation et sont connus pour être avantageux par rapport aux opérations conventionnelles. La troisième partie de cette recherche portait sur l'analyse technico-économique d'une chaîne complète du traitement de l'or à caractère réfractaire. Toutes les données générées à partir de plusieurs paramètres de base ont été utilisées pour développer un modèle technico-économique. Pour ce faire, le logiciel SuperPro Designer V.12.0 a été utilisé pour identifier le potentiel d'industrialisation du projet. Avec un capital total d'investissement (CTI) estimé à 220 M\$ et un coût d'exploitation estimé à 58.27 M\$/an, il est estimé qu'un revenu total de 78.48 M\$/an est réalisable. D'autres données économiques ont également été estimées, telles que la marge brute évaluée à 25.75 %, un retour sur investissement (ROI) de 15.82 %, une période de remboursement de 6.32 ans et un taux de rendement interne (IRR) de 9.55 %. L'ensemble de ce projet a une valeur actuelle nette (VAN) de 34.40 M\$ en considérant un taux d'intérêt de 7 % par an. Une analyse de sensibilité a également été réalisée afin d'évaluer l'effet de quelques paramètres opératoires et de marché sur la rentabilité du projet. Le prix de l'or s'est avéré le paramètre ayant le plus grand impact sur la profitabilité du projet. / Refractory auriferous sulfides require pretreatment to increase the gold recovery rate by the cyanidation technique or by other precious metal solution treatment techniques. Different pretreatment options can be used to promote cyanide access to the gold grains. In this doctoral project, a bio-oxidation process was used to pre-oxidize a concentrate of refractory auriferous sulfides obtained by the flotation of gold ore from the Betsiaka mine located in northern Madagascar. The first part of this research aimed to improve bio-oxidation by physical means, by reducing the size of the sulfide particles subjected to bacterial treatment. Three sizes of sulfide grains (D₈₀: 75 μm, 38 μm, and 12 μm) were considered with two pulp densities of 10 % and 20 % solids. A mixed culture of the bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus thiooxidans was used to oxidize the sulfides, composed mainly of pyrite. The residence time of the pulp in the bioreactor was set at 14 days, followed by 48 h cyanidation tests of the bio-oxidized sulfides. The best gold dissolution efficiencies after cyanidation of bio-oxidized tailings were 91 % for the tailing containing 20 % solids with particles having a D₈₀ of 12 μm. This yield is 20 % higher than direct cyanidation without bacterial pre-oxidation. The pre-treatment by bacterial oxidation inevitably generates the production of acid leachates concentrated in metals. These effluents must be treated before their reuse. The second part of this research focused on the treatment of bioleachates with a view to their reuse in the bio-oxidation process. This reuse makes it possible to reduce both the consumption of water and of the nutrients necessary for the microorganisms. After two tests of reusing the bioleachates in new bio-oxidation cycles, the results showed that these reused bioleachates could reduce the nitrogen and phosphorus requirements by 40 % and 36 %, respectively, with a bio-oxidation step of 14 days in a stirred tank type bioreactor. Cyanidation tests were carried out after the two bioleachate recirculation loops and the gold recovery rate remained unchanged at 90 %. Also, the reuse of the bioleachate made it possible to increase the solubilization rates of the other metals present in the sulfide concentrate. Thus, the solubilization yields of copper (initial concentration of 3.587 mg/kg) and zinc (initial concentration of 27.315 mg/kg) increased respectively from 14.8 % and 40.2 % to 37.5 % and 99.6 % after the two bioleachate recirculation loops. The third part of this research focused on the technical and economic analysis of a complete refractory gold processing chain. All the data generated from several basic parameters was used to develop a techno-economic model. To do this, the SuperPro Designer V.12.0 software was used to identify the industrialization potential of the project. With an estimated total investment capital (TIC) of \$ 220 M and an estimated operating cost of \$ 58.27 M/year, it is estimated that a total revenue of \$ 78.48 M/year is achievable. Other economic data has also been estimated, such as the gross margin valued at 25.75 %, a return on investment (ROI) of 15.82 %, a pay- back period of 6.32 years and an internal rate of return (IRR) of 9.55 %. This entire project has a net present value (NPV) of \$ 34.40 M considering an interest rate of 7 % per year. A sensitivity analysis was also carried out to assess the effect of a few operating and market parameters on the profitability of the project. The price of gold proved to be the parameter having the greatest impact on the profitability of the project.

Le projet de maîtrise consistait à développer une base de données (BD) sur la résistance bactérienne aux antibiotiques et de l’utiliser dans les analyses bio-informatiques de deux projets de génomiques. La BD MERGEM (« Mobile Elements and Resistance Genes Enhanced for Metagenomics ») mettait l’emphase sur la bonne nomenclature des gènes et la fiabilité de l’annotation de leurs séquences, qui s’avère un réel problème dans les BD publiques en biologie. La BD MERGEM mit aussi de l’avant l’utilisation de technologies du Web sémantique et de développementWeb pour enrichir et publier son contenu. De plus, un pipeline bio-informatique d’annotations fonctionnelles fut réalisé dans le but de correctement identifier les éléments de MERGEM et leur contexte génomique dans deux projets de séquençages importants : 264 métagénomes du microbiote intestinale et 390 génomes de Pseudomonas aeruginosa. Les résultats démontrent l’utilité de développer des BD spécialisées en génomique. / The current Master’s project consist of the development of a database (DB) on bacterial antibiotic resistance and its use in bioinformatic analyses for two major genomic projects. The DB is called MERGEM (Mobile Elements and Resistance Genes Enhanced for Metagenomics) and puts a particular emphasis on a good genes nomenclature and the reliability of the annotation of their sequences, which is a real problem in biological public databases. The MERGEM database also adopts technologies of the SemanticWeb and utilizesWeb development to enrich and publish its content. Furthermore, a bioinformatic annotation pipeline was developed in order to correctly identify MERGEMs’ genes and their contexts in two important sequencing projects : one with 264 metagenomes from the human gut microbiome and another one consisting of 390 Pseudomonas aeruginosa genomes. The results of this project proves the usefulness of specialized databases in genomic studies.

Le microbiote intestinal humain est un important réservoir de gènes de résistance aux antibiotiques qui demeure toutefois méconnu. Dans cette étude, nous avons exploré les gènes de résistance du microbiote intestinal de participants sains avant et après une exposition à l’antibiotique cefprozil. Trois approches ont été utilisées pour caractériser ces gènes et examiner leur altération par les antimicrobiens : la métagénomique, la culturomique et la sélectomique recombinante. Le séquençage métagénomique et la culturomique ont permis d’identifier plusieurs gènes de résistance aux β-lactamines et à d’autres antibiotiques. Cependant, la culturomique a permis d’identifier ces gènes chez un plus grand nombre de participants. La culturomique a mis en évidence la présence de gènes de résistance à la vancomycine de type vanD dans les microbiotes de 46% des participants comparativement à 8% avec le séquençage métagénomique. La culturomique a aussi montré que l’exposition in vitro et in vivo à une β-lactamine stimule l’émergence des gènes vanD. La sélectomique recombinante, qui repose sur la construction de banques d’expression à partir de l’ADN des bactéries, a été utilisée pour caractériser de manière fonctionnelle les gènes de résistance aux β-lactamines chez les bactéries cultivables de l’intestin. Elle a permis d’identifier et caractériser cinq β-lactamases différentes dont deux montrant une activité à spectre étendu. La majorité des gènes de β-lactamases étaient associés à d’autres gènes de résistance et/ou des éléments mobiles. Ces travaux ont montré que la culture favorise l’identification de gènes non détectés par le séquençage métagénomique et que la sélectomique recombinante est un outil puissant pour caractériser les fonctions des gènes. Cette étude a aussi révélé que la prise d’une β-lactamine communément utilisée peut influencer l’abondance des bactéries qui contiennent des gènes de résistance à un antibiotique d’une autre classe, comme la vancomycine, un antibiotique de dernier recours dans l’arsenal des antimicrobiens. / The human intestinal microbiota is an important and poorly known antibiotic resistance genes reservoir. In this study, we explored resistance genes from the microbiota of healthy volunteers before and after exposure to the β-lactam cefprozil antibiotic. Three approaches were used to characterise resistance genes in the human microbiota and examine alteration by antimicrobials: metagenomics, culturomics and recombinant selectomics. Metagenomic and culturomic sequencing of intestinal microbiota enabled identification of several genes for resistance to β-lactams and other antibiotics. However, culturomics allowed identification of these genes in more participants than metagenomics. Culturomics highlighted the presence of the clinically important vancomycin resistance vanD-like genes in the microbiota of about 46% of participants compared to 8% with metagenomics. Culturomics also showed that in vitro and in vivo β-lactams exposition stimulates the emergence of vanD genes. Recombinant selectomics, which is based on the construction of expression libraries made with bacterial DNA, was also used to functionally characterise β-lactam resistance genes from the cultivable intestinal bacteria. It allowed identification and characterisation of five different β-lactamases including two with an extended-spectrum activity. The majority of β-lactamases genes was associated with other resistance genes and/or mobile elements. This study demonstrated that culture favors the identification of genes undetected by direct metagenomic sequencing and selectomics was a powerful tool to characterise gene functions. It also demonstrated that intake of a commonly used antibiotic of the β-lactam family can influence the abundance of bacteria containing resistance genes to an antibiotic from another class, such as vancomycin, which is a last resort antibiotic.

Le rôle des bactéries est primordial partout dans la nature. Pensons seulement aux impacts qu’elles ont sur la santé humaine. Pour être en mesure de jouer leur rôle dans l’environnement, plusieurs bactéries ont besoin de se déplacer vers des sites spécifiques. Le moyen de locomotion le plus commun est le moteur flagellaire. Pour se propulser, les bactéries flagellaires possèdent un (ou des) moteur rotatif ancré dans leur membrane. Ce moteur transmet sa rotation à un long filament en forme d’hélice se trouvant à l’extérieur de la bactérie via un joint universel se nommant le crochet. Ce moteur fut l’un des premiers moteurs rotatifs biologiques à être découvert. De plus, un grand nombre d’études ont montré l’importance du moteur flagellaire durant les infections bactériennes. Ainsi, il a fait l’objet d’études intensives depuis plusieurs décennies. La vaste majorité de ces études ont toutefois été effectuées dans des milieux simples qui ne représentent qu’une infime partie des milieux biologiques naturels. En effet, les bactéries se déplacent souvent dans des milieux anisotropes, où les propriétés physiques dépendent de la direction. Par exemple, le mucus se trouvant un peu partout dans le corps humain, le liquide synovial qui lubrifie nos articulations, la peau et les biofilms sont tous des milieux qui peuvent être anisotropes et où les bactéries prolifèrent. Cette thèse par article présente les résultats obtenus durant notre étude de la motilité des bactéries flagellaires en milieux anisotropes. Puisque les milieux biologiques naturels sont difficiles à manipuler en laboratoire, un milieu synthétique a d’abord été choisi afin de mimer les propriétés de ces milieux. Deux types de milieux anisotropes ont été testés, les cristaux liquides (LCs) 5CB et DSCG. Seul le LC DSCG a été retenu puisque les bactéries ne peuvent pas pénétrer le LC 5CB. Pour créer le LC DSCG, des molécules sont dissoutes dans l’eau. À faible concentration, le milieu est isotrope, et à haute concentration le milieu devient anisotrope (un LC). Dans un premier temps, la vitesse et l’orientation du corps des bactéries ont été observées en faisant passer le LC DSCG de la phase isotrope à la phase anisotrope. Ces mesures ont d’abord confirmé que, dans un milieu anisotrope, les bactéries se déplacent en ligne droite et renverse leur mouvement plutôt que d’effectuer une marche aléatoire comme dans des milieux isotropes. L’observation du comportement bactérien a également démontré la présence d’une zone de prétransition dans les solutions isotropes de DSCG. À ces concentrations de DSCG, les molécules commencent à s’organiser sous forme de bâtonnets. Cette organisation explique pourquoi les bactéries deviennent collantes (via la force de déplétion), et pourquoi la viscosité augmente dans la zone de prétransition. Pour comprendre comment les bactéries peuvent renverser leur mouvement dans des milieux anisotropes, les filaments ont également été étudiés. Ces observations ont démontré que, durant le change de direction de la bactérie, le crochet n’est plus capable de jouer son rôle de joint universel et se bloque momentanément, permettant ainsi de changer l’orientation du filament. Cette réorientation du filament permet non seulement le renversement du mouvement de la bactérie dans le LC, mais également la réorientation du filament dans d’autres milieux comme dans des milieux poreux. Ce constat agrémenté de résultats provenant de la littérature nous permet de croire que le crochet bloqué est un phénomène universel se produisant dans tous les milieux. Pour terminer, la microscopie à champ sombre par guidage de lumière ainsi qu’une technique de microrhéologie seront exposées. Ces techniques ont été utilisées durant la caractérisation de la zone de prétransition. Tout au long de ce travail, il sera également souligné en quoi notre approche multidisciplinaire a été bénéfique. / Bacteria play an essential role in nature. We can simply think of their impact on human health to convince ourselves. To be able to play their role in the environment, bacteria often need to reach specific locations. The most common bacterial locomotion system is the flagellar motor. To propel themselves, the flagellated bacteria possess one (or few) rotary motor anchored in their membrane. This motor transfers its rotation to a long helical filament located outside the bacterium thanks to a universal joint called the hook. This motor was the first biological rotary motor discovered. Furthermore, several studies have shown the importance of the flagellar motor during bacterial infections. Thus, it has been the subject of intensive studies for several decades. Most of these studies, however, have been conducted in simple media that represent only a small fraction of natural biological environment. Indeed, bacteria often move in anisotropic media, where the physical properties depend on the direction. For example, mucus found throughout the human body, synovial fluid that lubricates our joints, skin and biofilms are all media that can be anisotropic and where bacteria proliferate. This thesis by article presents our study of the motility of flagellar bacteria in anisotropic media. Since natural biological media are difficult to manipulate in the laboratory, a synthetic medium was first chosen to mimic the properties of natural anisotropic media. Two types of anisotropic media were tested, the liquid crystals (LCs) 5CB and DSCG. Only the LC DSCG has been used since bacteria cannot penetrate the LC 5CB. To create the DSCG LC, molecules of disodium cromoglycate (DSCG) are dissolved in a water-based solvent. At low concentration, the medium is isotropic, and at high concentration the medium becomes anisotropic (a LC). First, the speed and the orientation of the body of the bacteria were recorded while changing the concentration of the DSCG LC to bring the solution from the isotropic phase to the anisotropic phase. These measurements first confirmed that, in an anisotropic environment, the bacteria move in a straight line and reverse their movement rather than performing a random walk as in isotropic media. Observation of bacterial behavior also demonstrated the presence of a pretransition zone in isotropic solutions of DSCG. At these concentrations of DSCG, the molecules begin to organize into rods. This organization explains why bacteria become sticky (via the depletion force), and why the viscosity increases in the pretransition zone. To understand how bacteria can reverse their motion in anisotropic media, the filaments have also been studied. These observations have shown that during the change of direction of the bacteria, the hook is no longer a universal joint and momentarily locks, thus changing the orientation of the filament. This reorientation of the filament does not only reverse the movement of the bacteria in the LC, but it also triggers the reorientation of the filament in other media as in porous media. This observation, supplemented by results from literature, suggests that the blocked hook is a universal phenomenon occurring in all environments. Finally, light-guided dark field microscopy and a microrheological technique will be exposed. These techniques were used during the characterization of the pretransition zone. Throughout this work, it will also be highlighted how our multidisciplinary approach has been beneficial.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / La résistance aux antibiotiques chez les bactéries pathogènes représente un obstacle majeur dans notre bataille contre les maladies infectieuses. La cause principale est la production par les bactéries de β-lactamases, des enzymes capables de cliver les antibiotiques à noyau β-lactame. TEM-1 est la β-lactamase la plus fréquemment en cause et elle est la source prédominante de résistance aux pénicillines et céphalosporines. Bien que cette protéine soit très étudiée, certaines subtilités de son mécanisme d’action demeurent incomprises. Cette thèse présente les résultats obtenus de sa caractérisation par RMN. Nous avons effectué l’attribution des déplacements chimiques des résonances des atomes de cette protéine qui compte 263 résidus (28,9 kDa). Comme l’analyse de la dynamique interne des enzymes est essentielle à la compréhension des processus impliqués dans leurs mécanismes d’action, nous avons étudié les propriétés dynamiques de TEM-1. Les données expérimentales enregistrées (R1, R2 et NOE {¹H}-15N) nous ont permis de calculer les paramètres caractérisant les mouvements internes de la protéine. Nos résultats mettent en évidence l’extrême rigidité de TEM-1 sur l’échelle de temps des picosecondes-nanosecondes. Par ailleurs, nous avons observé la présence de mouvements lents (μs-ms) affectant la relaxation de résidus présents dans la boucle Ω ainsi que dans le site actif. La détermination de la structure de TEM-1 en solution nous a fourni d’autres indices de la présence de ces mouvements qui sont probablement impliqués dans la catalyse. Comme il a été proposé que la Tyr105 ait un rôle à jouer dans la reconnaissance et la fixation des substrats chez TEM-1, nous avons étudié les effets de différentes mutations de ce résidu par RMN. Nos résultats indiquent que l’environnement ainsi que les mouvements de plusieurs autres résidus ont été altérés suite à ces mutations. Comme certains de ces résidus sont éloignés du site actif, nous croyons que des mouvements concertés entre les résidus situés à proximité et ceux éloignés du site actif puissent jouer un rôle important pour la fonction de TEM-1. Ces travaux apportent de toutes nouvelles données sur TEM-1 et possiblement sur les autres β-lactamases de classe A, contribuant ainsi significativement à l’amélioration des connaissances dans le domaine de la résistance aux antibiotiques. / Antibiotic resistance in pathogenic bacteria represents a major obstruction in our struggle against infectious diseases. The main cause of this resistance is the production by bacteria of enzymes called β-lactamases which possess the ability to hydrolyse the amide bond of β lactam antibiotics. TEM-1 β-lactamase is the most frequently implicated and is the major source of resistance to penicillins and cephalosporins. Although being extensively studied, subtleties in the mechanism of action of this protein remain misunderstood. This thesis presents the results obtained from TEM-1 characterisation by NMR. We carried out resonance assignment for this 263 residues protein (28.9 kDa). As the analysis of internal dynamics of enzymes is essential for the understanding of processes implicated in their mechanism of action, we studied the dynamic properties of TEM-1. Experimental data (R1, R2, and {¹H}-15N-NOE) allowed us to characterize internal motions. Our results highlight the extreme rigidity of TEM-1 on the picosecond to nanosecond timescale. In addition, we observed the presence of slow motions (μs-ms) affecting the relaxation of residues located in the Ω-loop and in the vicinity of the active site. Elucidation of TEM-1’s 3-D structure in solution provided us with additional evidences of the presence of these movements which may be involved in catalysis. As it was proposed that Tyr105 could play a role in substrate recognition and binding in TEM-1, we studied the effects of several mutations at this position. Our results indicate that the environment as well as motions of several other residues were affected by these changes. As some of these residues are far from the active site, we believe that concerted motions between residues located in the vicinity and those further from the active site can play an important functional role in TEM-1. This work brings new data on TEM-1 and possibly on other class A β-lactamases, thus contributing significantly to the improvement of knowledge in the domain of antibiotic resistance.

En considérant la problématique grandissante des résistances bactériennes, cette étude avait pour but d’évaluer l’utilisation des antibiotiques et des tests diagnostiques microbiens en thérapie parodontale afin de vérifier si les pratiques cliniques actuelles des parodontistes canadiens concordent avec la littérature disponible. La collecte de données a été effectuée par l’entremise d'un questionnaire électronique acheminé par courriel et rempli de façon anonyme. Parmi les 322 parodontistes contactés, 64 ont participé à cette étude. Un taux de participation de 19,88 % a alors été atteint. Les résultats obtenus ont révélé que 59,38 % des parodontistes canadiens utilisent les antibiotiques locaux. Toutefois, les participants rapportent y avoir recours rarement et principalement pour la prise en charge de la parodontite réfractaire (39,47 %) et la parodontite chronique sévère localisée (21,05 %). D’ailleurs, la minocycline est l’antibiotique local le plus fréquemment utilisé. Pour ce qui est de l’antibiothérapie systémique, la majorité des parodontistes canadiens ont démontré des pratiques cliniques similaires pour les différentes conditions parodontales évaluées, et ce, autant pour les fréquences d’utilisation que les choix d’antibiotiques. La combinaison d’amoxicilline et de métronidazole est l’antibiothérapie systémique sélectionnée le plus fréquemment pour différentes conditions parodontales. Finalement, 82,81 % des participants n’utilisent jamais les tests diagnostiques microbiens dans leur pratique et cette non-utilisation a été justifiée par l’absence d’avantages associés à leur utilisation. En conclusion, une certaine similarité entre les habitudes de pratique a été dénotée pour l’antibiothérapie et les tests diagnostiques. Ainsi, en ce qui a trait à l’utilisation globale de l’antibiothérapie, les parodontistes canadiens respectent les évidences scientifiques actuelles. Pour ce qui est des tests diagnostiques, l’absence de littérature démontrant clairement les bénéfices cliniques d’avoir recours à ce type de test en thérapie parodontale a été reflétée par la faible utilisation de ceux-ci rapportée dans ce projet. / Considering the emerging problem of bacterial resistance, this study was designed to evaluate the use of antibiotics and microbial diagnostic tests in periodontal therapy to determine whether the current clinical practices of Canadian periodontists are consistent with available literature. The data were collected through an electronic questionnaire sent by email and completed anonymously. There are 64 of the 322 periodontists contacted who participated in this study. A participation rate of 19.88 % was then obtained. The results show that 59.38 % of periodontists practicing in Canada use local antibiotics. However, participants mentioned using it rarely and mainly for the management of refractory periodontitis (39.47 %) and localized severe chronic periodontitis (21.05 %). Moreover, minocycline is the most frequently used local antibiotic. For systemic antibiotic therapy, the majority of Canadian periodontists demonstrated similar clinical practices. In fact, similarities were observed for frequency of use and antibiotic choice in various periodontal conditions evaluated. The combination of amoxicillin and metronidazole is the most frequently selected systemic antibiotic therapy for different periodontal conditions. Finally, 82.81 % of participants never use microbial diagnostic tests in their practice and this non-use was justified by the lack of benefits associated with these tests. In conclusion, a certain similarity between the practice habits was denoted for antibiotic therapy and diagnostic tests. Thus, the overall use of antibiotic therapy by Canadian periodontists respects current scientific evidence. The low use of diagnostic tests reported in this project reflects the lack of literature clearly supporting the clinical benefits of using these tests in periodontal therapy.

Escherichia coli et Enterococcus faecalis sont deux principaux agents pathogènes impliqués dans les infections du tractus urinaire (ITU) en médecine de ville et à l’hôpital. Ces espèces bactériennes sont responsables d’ITU aigües avec des phénomènes de récurrence et dans des ITU chroniques. La consommation d'antibiotiques est directement corrélée à la résistance des bactéries uropathogènes ce qui montre l'importance de contrôler l'utilisation des antibiotiques et de développer des traitements préventifs et curatifs alternatifs pour les infections urinaires.La consommation alimentaire de cranberry et de leurs extraits est traditionnellement associée avec le maintien en bonne santé des voies urinaires. Par ailleurs, certaines études cliniques semblent montrer un effet préventif des ITU associé à la consommation alimentaire de cranberry. In vitro et ex vivo, la consommation de ces extraits par l’homme réduit l’adhérence de certaines souches d’E. coli aux cellules épithéliales urinaires et la formation de biofilm de différentes espèces. L’hypothèse de travail est que la consommation alimentaire d’extraits de cranberry conduise à la formation de métabolites urinaires qui diminuent l'adhérence des bactéries uropathogènes à l’épithélium urinaire. Ce mécanisme serait à la base de la prévention des ITU par consommation d’extraits de cranberry. Cependant, les métabolites bioactifs restent largement méconnus. / Escherichia coli and Enterococcus faecalis are two main pathogens involved in urinary tract infections (ITU) in town medicine and in the hospital. These bacterial species are responsible for acute UTIs with recurrence phenomena and in chronic ITUs. The consumption of antibiotics is directly correlated with the resistance of uropathogenic bacteria, which shows the importance of controlling the use of antibiotics and of developing alternative preventive and curative treatments for urinary infections.Cranberry consumption of their extracts is traditionally associated with the maintenance of healthy urinary tract. In addition, some clinical studies seem to show a preventive effect of ITUs associated with cranberry consumption. In vitro and ex vivo, the consumption of these extracts by humans reduces the adhesion of certain E. coli strains to urinary epithelial cells and biofilm formation of different species. The working hypothesis is that the consumption of cranberry extracts leads to the formation of urinary metabolites that decrease the adhesion of uropathogenic bacteria to the urinary epithelium. This mechanism would be the basis for the prevention of ITU by consumption of cranberry extracts. However, bioactive metabolites remain largely unknown.