L'émergence de pathogènes multi-résistants ne cesse d'augmenter et présente un problème majeur dans le secteur alimentaire et de santé. La recherche d'une nouvelle classe d'agents antimicrobiens considérée comme solutions de rechange aux antibiotiques conventionnels est rendue quasi-obligatoire et d'une importance cruciale. Une des alternatives prometteuses est l'utilisation des peptides antimicrobiens (PAM). L'utilisation des PAM d'origine bactérienne, appelés bactériocines, comme une option prometteuse dans la lutte contre ce phénomène de résistance est d'un intérêt potentiel à l'heure actuelle. Des études ont mis en évidence la relation structure-fonction de ces molécules anti-pathogènes. Cependant, les modèles utilisés dans les études d'activités antimicrobiennes contre des souches bactériennes à Gram négatif et à Gram positif, s'avèrent insuffisants. La présente étude vise à développer des modèles in silico simulant les caractéristiques physicochimiques et structurales des membranes bactériennes d'Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus et Listeria monocytogenes. Pour ce faire, les données relatives à la composition de la membrane de chaque bactérie ont été rassemblées, ensuite les composantes sélectionnées ont été construites grâce au logiciel «Chemdoodle» et regroupées dans une bibliothèque tridimensionnelle constituée des différentes unités nécessaires au développement des modèles. Une étape d'assemblage a été effectuée à l'aide du logiciel «Molsoft icm-pro». Ces modèles permettront d'étudier les interactions bactériocines-membranes ainsi que de prédire et sélectionner les séquences peptidiques ayant une activité antimicrobienne optimale.

La résistance développée par les bactéries aux antibiotiques est un problème d'échelle mondiale qui a récemment attiré beaucoup d'intérêt. En effet, particulièrement chez les bactéries à Gram-négatif, on constate une depletion rapide de la quantité d'antibiotiques efficaces. De nos jours, les programmes de recherche de nouveaux antibiotiques commencent souvent par le criblage de cibles cellulaires. Les enzymes Mur, impliquées dans la biosynthèse de la paroi, sont uniques aux cellules bactériennes et nécessaires à leur survie. Le présent mémoire décrit l'utilisation des méthodes de bio-informatique structurale pour mettre en lumière un possible mécanisme d'action pour deux inhibiteurs des Mur ligases précédemment découverts : MurDpl etMurFpl. De plus, les recherches ici présentées ont permis de découvrir une grande similarité entre MurDpl et une famille de peptides antimicrobiens naturels, les tigerinines. Leur capacité à pénétrer les cellules bactériennes et la difficulté pour les bactéries de développer une résistance aux peptides antimicrobiens en général en font des composés de départ prometteurs. Nous suggérons que MurD pourrait être une cible intracellulaire des tigerinines et proposons un mécanisme d'action. De plus, par des moyens informatiques, nous évaluons les possibilités de raffiner MurDpl, MurFpl et les tigerinines de façon à augmenter leur activité.

Les bifidobactéries sont des bactéries probiotiques exerçant différents effets bénéfiques sur la santé de l’hôte. Parmi les effets revendiqués, la modulation des différentes fonctions immunitaires demeure l’un des effets les plus intéressants. Plusieurs travaux sont rapportés dans la littérature sur les effets immunomodulateurs de certaines souches probiotiques. Cependant, les résultats sont parfois controversés et les mécanismes impliqués dans cet effet immunomodulateur sont encore très peu élucidés. Le but de ce projet est d’évaluer le potentiel immunomodulateur de certaines souches de bifidobactéries isolées à partir de fèces de bébé, et d’identifier les mécanismes moléculaires par lesquels ces bifidobactéries exercent leurs effets sur les différentes fonctions immunitaires. Trois souches de bifidobactéries d’origine fécale productrices d’exopolysaccharides (B. thermoacidophilum RBL81, RBL82 et RBL64), une souche de Bifidobacterium lactis Bb12 et des souches ATCC (B. animalis, B. breve, B. longum, B. infantis, B. bifidum et B. pseudolongum) ont été utilisées. Les résultats obtenus montrent que la paroi cellulaire induit la plus forte stimulation de la prolifération cellulaire (splénocytes), accompagnée d’une forte production de IFN-γ et d’une augmentation de la sécrétion de IL-10. Une stimulation des fonctions immunitaires a également été observée avec le contenu cytoplasmique mais à un niveau moindre par rapport à la paroi. Par contre, les exopolysaccharides bruts ou fractionnés n’ont induit aucun effet. Une étude plus approfondie utilisant B. lactis Bb12 comme modèle a démontré que l’activité immunomodulatrice du contenu cytoplasmique est associée à la présence de peptides et/ou protéines acides, de poids moléculaire très variable et de faible hydrophobicité. Par ailleurs, le pouvoir immunogène de la paroi de bifidobactéries a été mise à profit pour produire des anticorps monoclonaux spécifiques capables de détecter les espèces du genre Bifidobacterium. Ces anticorps semblent être spécifiques à une protéine majeure d’environ 58 kDa de poids moléculaire (PM) commune à plusieurs bifidobactéries. Une fois purifiés, ces anticorps ont été utilisés pour développer un test d’immuno-culture original permettant la détection spécifique et sensible des bifidobactéries. / Bifidubaktiri d iprubyuteken (probiotiques) i yetwassnen atas assagi, yeεni ţ-ţibaktiryin mara twarnunt i tgulliyin ţţakent ayen yelhan i tdawsa. Tibaktiriyin agi zemrent ad snernint kra n tsuγnin yeţhuddun γef tfekka mgal atanan n uεebbud d izerman n bnadem. D acu kan, ar assa, ur nessin ara amek tibaktiriyin stanent tafekka. Iswi n usenfar agi d anelmud n unezmar n usnerni n ustan n bifidubaktiri. Ayagi i wakken a d-naf isemduyen n kra n tsegrin n tsiluliyin (cellules) am iferdisen (éléments) yellan daxel, s-ufella neγ i d-deggirent ar berra γef tririt n uhuddu. Krad (3) n ccetlat n bifidubaktiri id-yekkan seg izerman llufan ţwalmendent ţwasdemrent ar yiwet n ccetla tamselγut Bifidobacterium lactis Bb12. Agmuden i d-nessufeγ qqaren-d d akken asnerni yelhan n ufadi n tsiluliyin n udihan (rate) n amumad, i d- yettabaε unerni amuqran n IFN-γ yakw d usennerni n usufeγ (sécrétion) n IL-10, yefkaten-id ulesi n tsilulit (paroi cellulaire). Ayen yellan daxel n tsilulit d tazunin-ines (ipeptidiyen yak tiprutiniyin) snernayent drus γef ulesi. Ma d ayen yεenan EPS (exopolysaccharides) ulac asnnerni i d-yekkan segsen. Ma d tiprutiniyin n ulesi n bifidubakiri (B. animalis, B. breve, B. longum, B. infantis, B. bifidum et B. pseudolongum) banent-ed d timesnerniyin timuqranin n uhareb γef tfekka n umumad (Balb/c) ssutuyent afares amuqran n tfekkamgalin. Tifekkamgalin i d-yeffγen d yiwet n txellalt (IgG) mgal B. longum ţwafursent-ed s trennawet u sknent-ed tasedmirt tanmidagt (réaction croisée) yakw d ccetlat nniden n bifidubakiri. Anecta yekka-d seg yiwet n teprutint (protéine) tamsihart i yezzayen 58 kd. Tulmist n tfekkamgalin i d-yefursen yeţwasentem-ed s usadez (test) ibaw i d- yelummzen mi ţ-nerεed yakkw d cctali nniden n tbaktiriyin. Tufin n bifidubaktiri yeddren s tfekkamgalin i d-yedran yefursen yedra-d s usadez n immuno-culture. Tifekkamgalin tulmisin i-d yekkan seg yiwet n txellayt id-nessenfel zemrent ad ţwaqedcent i tifin n cctali n bfidobktiri di tgwellyin. / Probiotic bifidobacteria are known to have beneficial effects on host health. One of the interesting properties of these bacteria is their capacity to modulate the host immune function. However, the mechanisms by which the bifidobacteria influence the immune response are not well known. This project aimed to evaluate the immunodulatory potential of some bifidobacterial strains isolated from newborn feces. We tried to determine the cellular and molecular mechanisms involved in immune response induced by cytoplasmic content, cell wall and exopolysaccharides from bifidobacteria. Three exopolysaccharide-producing fecal strains of bifidobacteria (B. thermoacidophilum RBL81, RBL82, and RBL64) and a commercial available strain (Bifidobacterium lactis Bb12) were tested using mouse splenocytes. The results demonstrate that a high stimulation of cell proliferation and interferon-gamma (IFN-γ) production were induced by cell wall. In addition, a concomitant stimulation of interleukin-10 (IL-10) secretion was observed. The cytoplasmic content was also shown to be immunostimulating, but less than cell wall. However, the effects observed were dose or strain-species-dependent. B. lactis Bb12 was found to be significantly more immunostimulating than other bifidobacterial strains used. Partially fractionated peptides and acidic fraction from B. lactis Bb12 showed a low hydrophobicity and appeared heat stable and mitogenic. In contrast, no immunostimulating effects were induced by exopolysaccharides. The mitogenic properties of cell wall protein were then explored to develop specific monoclonal antibodies (Mab) able to detect bifidobacteria species in food. Common proteins were revealed in cell wall extracts from bifidobacteria (B. animalis, B. breve, B. longum, B. infantis, B. bifidum et B. pseudolongum). The proteins obtained were found to be immunonogenic in Balb/c mouse. Monoclonal antibodies (IgG) -anti-B. longum- produced cross-reacted with all bifidobacteria tested. The shared antigenicity shown by bifidobacteria was revealed by an epitope supported by a common protein of 58 kDa. This was confirmed by immune-transmission electron microscopy observation, which showed the specific interaction of these antibodies with bifidobacterial cell wall proteins. The Mab produced was also shown to be sensitive (105 cfu/ml) and specific to members of the bifidobacterial genus. The Mab developed allowed detection of viable cells of bifidobacteria using immuno-culture test.

Largement répandu dans l'Arctique canadien, l'Omble chevalier (*Salvelinus alpinus*) est une espèce nordique clé pour les Inuits, car il constitue la principale source de protéines et d'acides gras polyinsaturés. Aujourd'hui, avec le changement climatique et les activités anthropiques, cette espèce fait face à de multiples facteurs de stress qui menacent leur santé, leur productivité et les fonctions du microbiote. Chez les Poissons, il existe trois microbiotes dans la peau, les intestins et les branchies, qui participent au maintien de la santé, du système immunitaire et du métabolisme de leur hôte. Ce projet se concentre sur les relations complexes existant entre l'Omble chevalier et son consortium microbien symbiotique dans les branchies, un organe central chez les Poissons. Ce dernier permet la respiration, l'osmorégulation, et il est une barrière semi-perméable qui filtre l'eau, mais aussi les agents pathogènes et les contaminants. Ce sont pour toutes ces raisons que nous nous sommes particulièrement intéressés à la dynamique des populations de bactéries actives vivant dans le microbiote des branchies. De manière générale, ce projet de thèse est la première caractérisation du microbiote des branchies dans des populations sauvages d'Omble chevalier en Arctique. Une approche intégrative a été utilisée pour étudier ces interactions hôte-microbiote afin de déterminer les facteurs environnementaux et génétiques qui expliquent la diversité de composition du microbiote le long d'un gradient latitudinal en Arctique. Dans un premier temps, nous avons caractérisé la composition des communautés bactériennes actives du microbiote des branchies de population sauvages d'Omble chevalier situées dans cinq communautés inuites différentes : Ekaluktutiak (Nunavut), Salluit, Akulivik, Inukjuak, et Kangiqsualujjuaq (Nunavik). Nous avons trouvé des Protéobactéries et des Bactéroidetes en forte activité dans chacun des groupes, suggérant qu'ils font partie des phylums cœur du microbiote chez l'Omble chevalier. Cependant, au niveau du genre, la composition bactérienne était différente selon les groupes géographiques. La latitude, la température de l'air et le type d'eau (eaux douces ou eaux salées) expliquaient cette distinction. D'un point de vue de la dynamique, les groupes Ekaluktutiak et Kangiqsualujjuaq semblaient avoir une structure stable du microbiote avec beaucoup d'interactions entre les taxons alors qu'Inukjuak et Salluit présentaient plutôt une structure faible avec une potentielle dysbiose détectée. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés aux effets de la pollution aux métaux lourds sur le microbiote des branchies. Le mercure, un contaminant neurotoxique et persistant, se retrouve en Arctique par les courants atmosphériques et, après son dépôt sur les terres, se retrouve dans les lacs par ruissèlements. Nous avons mesuré les concentrations de mercure dans les foies et les muscles et regardé si le mercure exerçait une influence sur le microbiote. Nous n'avons trouvé aucune concentration alarmante dans les tissus des poissons pêchés, cependant, le groupe Ekaluktutiak comprenait des concentrations significativement plus élevées et nos analyses statistiques ont montré que le mercure influençait la composition du microbiote. De surcroit, l'abondance de certains taxons était positivement ou négativement corrélée à la concentration de mercure et nous suspectons plusieurs bactéries trouvées dans les branchies de jouer un rôle dans le cycle du mercure. Finalement, nous avons essayé d'évaluer l'effet du génotype de l'hôte sur la composition du microbiote des branchies de l'Omble chevalier. Les études montrant un effet du génotype de l'hôte sur la composition des microbiotes ou suspectant un recrutement de bactéries bénéfiques de l'hôte augmentent dans ce domaine. Ici aussi, nous avons trouvé une corrélation significative entre le génotype de l'Omble chevalier et la composition bactérienne du microbiote actif des branchies dans l'ensemble de notre jeu de données. Cependant, cette corrélation était assez faible. De plus, aucune corrélation significative n'a été trouvée entre ces deux variables dans le groupe Inukjuak, indiquant que le génotype de l'hôte n'a pas d'influence sur le microbiote dans ce groupe-là alors que des corrélations significatives ont été trouvées dans les autres groupes. Même si un effet génétique a été trouvé dans la plupart des groupes l'effet environnemental pourrait jouer un rôle plus fort sur la modulation des communautés bactériennes dans le microbiote. En conclusion, nous avons mis en évidence dans cette thèse que les facteurs environnementaux et génétiques avaient leurs importances dans la modulation du microbiote des branchies de l'Omble chevalier qui différaient selon les groupes géographiques. / Widespread in the Canadian Arctic, Arctic char (*Salvelinus alpinus*) is a key northern species for the Inuit, as they are the primary source of protein and polyunsaturated fatty acids. Today, with climate change and anthropogenic activities both local and distant, this species is faced with a rapidly changing environment. They face multiple stressors, such as changes in water chemistry, bioaccumulation of pollutants, and migration of exotic pathogen populations. This threatens their health and productivity and negatively impacts microbiota functions linked to host immune response and metabolism. In fish, there are three microbiota in the skin, intestines, and gills, and all play a part in maintaining the health of their host. This project focuses on the complex relationships between Arctic char and their symbiotic microbial consortium in the gills. Gills are a central organ in fish. They allow respiration and osmoregulation, and they are a semi-permeable barrier that filters water, including pathogens and contaminants, and contain many immune molecules and commensal microorganisms. For all these reasons, we are particularly interested in the population dynamics of active bacteria living in the gill microbiota. Overall, this thesis project is the first characterization of gill microbiota in wild Arctic Arctic char populations. An integrative approach was used to study these host-microbiota interactions to determine the environmental and genetic factors that explain the diversity of microbiota composition across a latitudinal gradient in the Arctic. First, we characterized the composition of the active bacterial communities of the microbiota in five geographic zones located in five different Inuit communities in Nunavut (Ekaluktutiak) and Nunavik (Salluit, Akulivik, Inukjuak, and Kangqisualujjuaq). We found Proteobacteria and Bacteroidetes in high abundance in each group, suggesting that they are part of the core phylum of the Arctic char microbiota. However, at the genus level, bacterial composition differed between geographic groups. This distinction was explained by latitude, air temperature, and water type (freshwater or saltwater). From a dynamic point of view, the Ekaluktutiak and Kangqisualujjuaq groups seemed to have a stable microbiota structure, with many interactions between taxa. In contrast, Inukjuak and Salluit had a weak structure, with potential dysbiosis detected. Secondly, we looked at the correlation between mercury and gill microbiota. Mercury, a neurotoxic and persistent contaminant, reaches the Arctic via atmospheric currents and, once deposited on land, finds its way into lakes via runoff or snow/ice/ice melt. We measured mercury concentrations in the livers and muscles of individuals and looked to see if mercury correlated with microbiota. We found no alarming concentrations in the tissues of the fish caught. Still, the Ekaluktutiak group had significantly higher concentrations, and our statistical analyses showed that mercury was correlated with the microbiota composition. Furthermore, the abundance of specific taxa was positively or negatively correlated with mercury concentration, and several bacteria found in the gills could play a role in mercury cycling. Finally, we attempted to assess the correlation between host genotype and the composition of Arctic char gill microbiota. Studies showing an impact of host genotype on microbiota composition and suspecting recruitment of beneficial host bacteria are increasing in this field. We also found a significant correlation between the Arctic char genotype and the bacterial composition of the active gill microbiota in our entire dataset. However, this correlation was relatively weak. Furthermore, no significant correlation was found between these two variables in the Inukjuak group, indicating that host genotype does not influence microbiota in this group. In contrast, significant correlations were found in the other four groups. Although a genetic correlation was found in most groups, the environmental impact could play a stronger role in modulating bacterial communities in the microbiota. In conclusion, this thesis has demonstrated the importance of environmental and genetic factors in modulating Arctic char gill microbiota, which differed according to geographical group.