Les amibes se nourrissent principalement de bactéries. Certaines bactéries pouvant résister à la digestion dans la voie phagocytique amibienne s’y retrouvent enrobées et sécrétées dans l’environnement par la suite. Cet enrobage augmente la résistance bactérienne à différents stress. Les bactéries enrobées pourraient favoriser la propagation de maladies infectieuses, mais aucune donnée n’est disponible à ce sujet. Les bactéries pathogènes Escherichia coli O157:H7, Salmonella typhimurium et Pseudomonas aeruginosa sont capables de résister à la digestion amibienne, mais leur capacité à être enrobée est inconnue. L’étude de la résistance de ces bactéries face à l’amibe Dictyostelium discoideum et l’analyse de la viabilité de cette dernière en présence des bactéries ont été réalisées pour mieux cibler les souches bactériennes potentiellement enrobables. Des essais d’enrobage ont été tentés, mais aucune bactérie enrobée n’a été observée en microscopie électronique. D’autres analyses seront requises pour comprendre la propagation des maladies infectieuses via les bactéries enrobées. / Amoebae mainly feed bacteria. Many bacteria are resistant to the digestion in the phagocytic pathway of amoebae. There they can be packaged and then secreted into the environment. Packaging increases the resistance of bacteria to different stresses. Packaged bacteria could improve the spread of infectious diseases, but no data is available regarding that so far. The pathogenic bacteria Escherichia coli O157:H7, Salmonella typhimurium and Pseudomonas aeruginosa are able to resist to digestion by amoeba digestion, but their ability to be packaged is unknown. The study of the bacteria resistance to the amoeba Dictyostelium discoideum and the analysis of the viaibility of the latter in the presence of bacteria were done to better target the bacterial isolates that can be packaged. Assays of packaging of bacteria were done, but no packaged bacteria were observed by electron microscopy. Other analyzes are required to understand the spread of infectious diseases by packaged bacteria.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2015-2016 / Plusieurs protozoaires se nourrissant de bactéries peuvent sécréter des corps multilamellaires (CML) dans lesquels se retrouvent certaines bactéries pathogènes ayant résisté à la digestion par la cellule hôte. Ces bactéries enrobées dans des CML bénéficient de protections supplémentaires contre divers stress et sont susceptibles d’être aérosolisées et inhalées par l’humain. La présente étude visait à élucider le rôle physiologique des CML et les mécanismes de leur formation chez l’amibe modèle Dictyostelium discoideum. L’analyse en spectrométrie de masse du contenu protéique des CML a révélé la présence de quatre protéines majeures, incluant SctA communément associée aux pycnosomes. La fonction biologique des CML reste inconnue, mais il a été déterminé que les amibes et autres protozoaires pouvaient réinternaliser les CML sécrétés. Ces résultats permettent d’orienter les recherches afin d’élucider le véritable rôle des CML et ainsi mieux comprendre leur implication dans la transmission de bactéries pathogènes d’origine environnementale. / Many protozoa that feed on bacteria secrete multilamellar bodies (MLBs). MLBs have been found to harbour pathogenic bacteria that are resistant to degradation by the host cell. MLBs serve to protect these bacteria from various external stresses and could be aerosolized and subsequently inhaled by humans. The aim of this study was to elucidate the physiological role of MLBs and the mechanisms governing their formation in the model amoeba Dictyostelium discoideum. Mass spectrometric analyses of purified MLBs revealed the presence of four major proteins, including SctA, a protein generally associated with pycnosomes. The biological function of MLBs remains unclear, but we demonstrated that the amoeba and another protozoan can reinternalize secreted MLBs. These results provide new insight into the role of MLBs in the cell and deepen our understanding of the involvement of MLBs in the transmission of environmental pathogenic bacteria.

Le lait cru constitue un milieu de culture favorable au développement de microorganismes dès la ferme. Malgré les différentes actions comme les nettoyages, la conservation au froid et les traitements thermiques utilisés pour limiter le développement ou détruire les bactéries pathogènes et responsables de l'altération du lait, ces dernières peuvent persister, parfois grâce à la formation de biofilms. Elles vont pouvoir s'établir sur les surfaces des équipements laitiers et seront responsables de pertes financières importantes. L'objectif de ce projet était de former des modèles de biofilms mixtes reproductibles à partir de bactéries isolées de l'environnement laitier afin d'étudier leur capacité à former des biofilms et caractériser ces derniers. Pour cela, six souches bactériennes thermorésistantes responsables d'altérations ont été sélectionnées. Leur capacité à former des biofilms a été évaluée par méthode statique avec des microplaques de 96 puits. Ensuite, les interactions entre les bactéries ont été étudiées grâce à des tests sur géloses. Enfin, la formation de biofilms a été reproduite par méthode dynamique avec un bioréacteur de type CDC. Les résultats de cette étude ont permis de mettre en évidence que des souches de Pseudomonas aeruginosa, Bacillus licheniformis, Streptococcus thermophilus et Enterococcus faecalis sont de fortes productrices de biofilms alors que les souches Clostridium tyrobutyricum et Rothia kristinae sont de faibles productrices de biofilm. En condition mixte, les bactéries fortement productrices de biofilms sont dominantes. Il ne semble pas y avoir de réactions antagonistes entre les bactéries à l'exception de P. aeruginosa qui pourrait freiner la croissance de B. licheniformis et E. faecalis. Les connaissances sur les biofilms mixtes acquises lors de cette étude, ainsi que les interactions observées entre les bactéries, permettront d'envisager des stratégies de contrôle impliquant notamment des phénomènes de compétition au sein des biofilms. / Raw milk is a rich culture medium allowing the development of microorganisms from the farm. Despite the various actions such as cleaning, cold storage and heat treatments used to limit the development of milk pathogenic and spoilage bacteria, they can persist due to the formation of biofilms. They will be able to establish themselves on the surfaces of dairy equipment and will be responsible for significant financial losses. The objective of this project was to establish reproducible multi-species biofilm models from bacteria isolated from the dairy environment in order to study their ability to form biofilms and characterize them. To do this, six heat-resistant bacterial strains responsible of milk adulteration were selected. Their ability to form biofilms was evaluated by a static method with 96-wells microtiter plates. Then, interactions between bacteria were studied through agar tests. Finally, the formation of biofilms was dynamically reproduced with a CDC biofilm reactor. The results of this study have shown that strains such as Pseudomonas aeruginosa, Bacillus licheniformis, Streptococcus thermophilus and Enterococcus faecalis are strong biofilm producers while Clostridium tyrobutyricum and Rothia kristinae are weak biofilm producers. In multi-species biofilms, bacteria producing strong biofilms take over weak producers. There do not appear to be any antagonistic reactions between bacteria except P. aeruginosa which may inhibit the growth of B. licheniformis and E. faecalis. The knowledge on multispecies biofilms acquired during this study, thanks to the model formed as well as the interactions observed between bacteria, will make it possible to consider control strategies involving competition phenomena within biofilms.

Streptococcus pneumoniae est le pathogène bactérien le plus important des voies respiratoires chez les adultes et les enfants causant la pneumonie, la bronchite et l’otite de l’oreille moyenne. Cette bactérie est responsable d’une morbidité et d’une mortalité importante, entre autres, chez les jeunes enfants. La prévalence générale des souches de pneumocoques résistants et multirésistants est en hausse dans le monde compliquant la thérapie antimicrobienne vis-à-vis cette bactérie. Face à cette problématique, nous avons voulu caractériser les mécanismes de résistance à la ciprofloxacine (CIP), la tétracycline (TC) et la tigécycline (TGC) chez des mutants sélectionnés en laboratoire et des souches cliniques afin de potentiellement découvrir de nouvelles cibles diagnostiques de la résistance vis-à-vis ces molécules. L’approche génomique utilisée dans cette thèse (séquençage de génome et transformation) a permis de faire la caractérisation génotypique et phénotypique des mutants résistants aux trois antibiotiques utilisés dans l’étude. Cette approche, en plus de préciser le rôle des mutations dans les gènes parC et gyrA dans la résistance à la CIP, a permis de déterminer que le pneumocoque peut mettre en place des mécanismes de résistance secondaires le rendant résistant à la CIP et à la TC. En effet, l’acquisition d’une mutation dans le gène spr1902 protège la bactérie contre les dérivés réactifs à l’oxygène (ROS) induit par la CIP. De plus, la surexpression de PatA/PatB ainsi que la présence de mutations dans l’opéron du transporteur PatA/PatB induit de faibles niveaux de résistance à la CIP et à la TC, en absence de tetM et tetO. Un lien a également été établi entre la résistance à la TC et la surexpression de gènes de la voie de biosynthèse de la thiamine chez des souches de S. pneumoniae non-sensibles à la TC. Finalement, les mécanismes de résistance à la TGC ont été décrit, pour la première fois, chez le pneumocoque (mutations dans la protéine ribosomale S3 (rpsC ; spr0195), S10 (rpsJ; spr0187), l’ARNr 16S et une méthyltransférase de l’ARNr 16S hypothétique (spr1784). Ceuxi-ci causent une résistance croisée aux TCs de première et deuxième génération. Dans cette thèse, nous avons mis en lumière de nouveaux marqueurs de la résistance aux antibiotiques chez S. pneumoniae. / Streptococcus pneumoniae is a Gram-positive pathogen responsible for pneumonia, bronchitis and otitis media leading to considerable morbidity and mortality among children and adults. The prevalence of resistant and multi-resistant strains increases worldwide impairing antimicrobial treatments toward this bacterium. We characterised resistance to ciprofloxacin (CIP), tetracycline (TC) and tigecycline (TGC) in laboratory-derived resistant mutants and unsusceptible clinical isolates to further our comprehension of resistance mechanisms and potentially uncover new therapeutic and diagnostic targets toward these drugs. The genomic approaches used in this thesis (genome sequencing and DNA transformation) allowed the phenotypic and genotypic characterisation of mutants resistant to three antibiotics. By this approach, the role of parC and gyrA mutations in CIP resistance was confirmed and even extended and it was also possible to determine that S. pneumoniae may select secondary mechanisms of resistance to CIP and TC besides target-site mutations. Acquisition of a mutation in spr1902 is shown to protect the bacteria against oxygen-reactive species induced by CIP. Furthermore, overexpression of the ABC transporter PatA/PatB and mutations in the coding region of this transporter confer low-level resistance to CIP and TC. A link was also established between TC resistance and overexpression of genes involved in the thiamine biosynthesis and salvage pathway in S. pneumoniae TC non-susceptible isolates. Finally, for the first time, the mechanisms of resistance to TGC in S. pneumoniae were described (mutations in ribosomal protein S3 (rpsC; spr0195), S10 (rpsJ: spr0187), 16S ribosomal RNA (rRNA) and a putative 16S rRNA methyltransferase). These confer cross-resistance to first and second generation TCs. This work highlights new markers of antibiotic resistance in S. pneumoniae.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Le projet de recherche vise à répondre aux nécessités des productions avicoles. La coccidiose aviaire cause chaque année de lourdes pertes économiques. En plus d'être un facteur de risque important de l'entérite nécrotique, elle diminue les performances zootechniques des poulets de chair (Gallus gallus). Elle est d'autant plus préoccupante qu'elle engendre des fientes liquides infectantes, ce qui demande aux aviculteurs une gestion de leur production plus consciencieuse. Avec les anticoccidiens toujours utilisés aujourd'hui, les phénomènes de résistance sont de plus en plus fréquents chez le parasite Eimeria. Aujourd'hui, de nombreuses alternatives naturelles sont en cours de caractérisation. Cette étude a permis l'évaluation de nouveaux produits ainsi que d'outils permettant aux aviculteurs de mieux évaluer l'efficacité des traitements en fonction du statut de résistance observé dans leur production. Le projet de recherche a permis de montrer l'efficacité anticoccidienne du produit naturel Entero-V, un produit commercialisé contenant un mélange d'huiles essentielles. Le produit a permis de montrer son efficacité en combinaison avec un programme de vaccination. Il a aussi permis de mettre en application de nouvelles méthodes d'analyse in vitro, telles que les tests d'invasion, de viabilité, mais aussi de sporulation, et de prouver leur utilité pour évaluer l'efficacité anticoccidienne d'un produit. Il a été montré que les souches de champs à l'étude avaient un risque d'être devenues au cours du temps résistantes à différents traitements : l'amprolium et le zoalène. / The research project aims to meet the needs of poultry production. Avian coccidiosis causes heavy economic losses every year. In addition to being an important risk factor for necrotic enteritis, it decreases the zootechnical performance of broiler chickens (Gallus gallus). It is even more worrying as it generates infective liquid droppings, which requires poultry farmers to manage their production more conscientiously. Anticoccidials are still used today, but resistance phenomena are more and more frequent with the Eimeria parasite. Today many natural alternatives are being characterized. This study allowed the evaluation of new products and tools for poultry farmers to better assess the anticoccidials efficacy according to the resistance status observed in their production. The research project demonstrated the anticoccidial efficacy of the natural product Entero-V, an essential oil blend. It has demonstrated its effectiveness in conjunction with a vaccination program. It also made it possible to use in vitro tests for the anticoccidial property of a natural product. Regarding the resistance status of the Eimeria field strains, it was shown that the field strains had a risk of becoming resistant to different treatments over time: amprolium and zoalene.

Thèse en cotutelle, doctorat en sciences des aliments : Université Laval, Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.) et Museum national d'histoire naturelle,75005 Paris, France / L'émergence de bactéries multirésistantes (BMR) est un risque majeur pour la santé humaine et animale. Le problème est exacerbé par le besoin croissant de produits alimentaires, poussant l'industrie agricole à utiliser de plus en plus d'antibiotiques en réponse à la demande. De multiples pistes de recherche sont explorées pour répondre à l'urgence croissante de la situation, dont celle des bactériocines. Ces peptides antimicrobiens d'origine bactérienne présentent des spectres d'activité étroits et leur présence naturelle dans le microbiote de nombreux mammifères en font des candidats prometteurs. Actuellement, le potentiel des microcines, bactériocines des Enterobacteriaceae, est peu étudié. Ces peptides exercent leur activité antibactérienne sur d'autres Enterobacteriaceae qui sont considérées comme des menaces urgentes et sérieuses par le « Centre for Disease Control » (CDC). Par conséquent, l'objectif principal de cette thèse est de déterminer si les microcines sont une solution pertinente à la crise des antibiotiques, que ce soit comme remède provisoire ou comme mesure plus durable. Quatre microcines différentes ont été choisies pour ce projet : la microcine C (McC= un peptide nucléotidique inhibiteur de l'aspartyl ARNt synthase ; la microcine B17 (MccB17) un peptide portant des cycles thiazole et oxazole inhibiteur de l'ADN gyrase ; la microcine J25 (MccJ25) un peptide lasso inhibiteur de l'ARN polymérase et enfin la microcine E492 (MccE492) un peptide sidérophore qui cible la membrane interne par association avec le transporteur de mannose ManYZ. Dans un premier temps, nous avons produit et purifié les microcines. Ensuite, nous avons caractérisé l'efficacité des microcines contre une collection d'Enterobacteriaceae composée de différents pathogènes et BMR. Ces dernières regroupaient des souches Escherichia coli, Salmonella enterica et Klebsiella pneumoniae provenant de différents environnements, humain, animal, hôpitaux etc... Il a été observé qu'aucune des souches utilisées dans l'étude n'ait capable de résister aux quatre microcines, dans la marge de concentrations testée (jusqu'à 50 μg/mL). McC a montré le spectre d'activité le plus large, alors que la MccJ25 a montré la plus faible concentration minimale inhibitrice. Nous avons ensuite testé l'activité inhibitrice de différentes combinaisons de microcines ou de microcines avec des antibiotiques ayant des mécanismes d'action différents dont le but d'identifier des consortia à effet synergique ou additif. Aucun antagonisme n'a été observé alors que plusieurs combinaisons ont présenté des effets partiellement synergiques. Sur la base de cette étude phénotypique, aucune corrélation n'a été observée entre la résistance aux microcines et les phénotypes de résistance aux antibiotiques. Une étude génomique a été menée pour mieux évaluer la relation entre la résistance aux antibiotiques et la résistance aux microcines. Les séquences des génomes globaux de toutes les souches cibles ont été déterminées et analysées en utilisant différents programmes bio-informatiques. Les séquences de tous les gènes codant des protéines impliquées dans la biosynthèse des microcines et leurs mécanismes d'action ont été comparées. On a constaté que 48,5% de tous les phénotypes résistants aux microcines observés sont corrélés avec des changements significatifs des gènes codant pour les cibles de la microcine dans la cellule inhibée. Une étude non ciblée a été menée pour explorer tout nouvel élément génétique responsable de la résistance aux microcines. Il a été confirmé qu'aucun gène de virulence ou AMR n'était impliqué dans la résistance aux microcines. En outre, 28,5% de tous les phénotypes de résistance aux microcines observés étaient liés à de nouveaux éléments génétiques impliqués dans la réponse au stress, le métabolisme du sucre et / ou les systèmes toxine/anti-toxine. Enfin, nous avons analysé l'impact des microcines et par extension des bactériocines sur l'hôte dans un modèle in vivo porcin. L'impact de la microcine J25 et la nisine ont été étudié sur des porcelets en sevrage en comparaison avec deux traitements contrôles (antibiotique et sans traitement). Les traitements par antibiotique et MccJ25 ont montré les meilleures performances de croissance chez les porcelets, suivi du traitement par la nisine. Aucune différence significative dans la composition du microbiote n'a été observée au niveau des phyla. Cependant, le traitement nisine a présenté un impact négatif sur le genre Streptococcus. Parallèlement, les différents traitements n'avaient pas d'impact sur la composition des acides gras à chaîne courte. Le traitement ATB a montré le plus fort impact au niveau du métabolome fécal des porcelets. En conclusion, cet ensemble de travaux représente une approche holistique de l'évaluation du potentiel des microcines en tant qu'alternative aux antibiotiques. Ainsi, les spectres d'activité, les mécanismes de résistance et l'impact des microcines ont été caractérisés avec un haut niveau de précision, plus approprié pour les antimicrobiens à spectre étroit. / The emergence of multidrug-resistant (MDR) bacteria is a major risk to human and animal health. The problem is exacerbated by the growing need for food, pushing the agricultural industry to use more and more antibiotics in response to an increasing human population. Multiple avenues of research are being explored to respond to the growing urgency of the situation, including bacteriocins. They exhibit narrow activity spectra and their natural presence in the microbiota of many mammals make them promising candidates. Currently the potential of microcins, a member of the bacteriocin family, is poorly studied. They are generally produced from Enterobacteriaceae to target other Enterobacteriaceae that are considered urgent and serious threats by the (CDC) Center for Disease Control. Therefore, the main objective of this thesis is to determine whether microcins are a plausible solution to the antibiotic crisis, either as an interim remedy or as a more durable measure. Four different microcins were chosen for this project; McC a nucleotide peptide and inhibitor of tRNA synthase; MccB17 a thiazole oxazole modified microcin (TOMM) that inhibits DNA Gyrase; MccJ25 a lasso peptide and RNA polymerase inhibitor and finally MccE492 a siderophore peptide that targets the inner membrane through stable association with the mannose transporter ManYZ. Initially, the effectiveness of microcins was characterized against a collection of Enterobacteriaceae composed of different pathogens and MDR strains. These were natural isolates of the medically pertinent Escherichia coli, Salmonella enterica and Klebsiella pneumoniae species, and from a variety of environments such as human, animal, hospitals, etc. It was observed that none of the strains used in the study were able to with stand all four microcins, within the tested range of concentrations (up to 50 μg/mL). McC had the widest activity spectra and MccJ25 had the lowest minimum inhibitory concentration. Furthermore, microcin inhibition varied between bacteriostatic and bactericidal for all tested microcins. Moreover, we tested whether these microcins can be combined with each other or with other antibiotics of different mechanisms of action to increase their activity. No antagonism was observed, and multiple partially synergistic effects were recorded, mostly in microcin antibiotic consortia. Based on this phenotypic study, no correlation was observed between microcin resistance and antibiotic resistance phenotypes. Second, a genomic study was conducted to better assess the relationship between antibiotic resistance and microcin resistance to confirm whether there is potential crossover. The genetic sequences of all genes involved in microcin biosynthesis, and their mechanisms of action were compared. It was found that 48.5% of all observed microcin-resistant phenotypes correlated with significant changes in genes encoding microcin partners in the target cell. Then a (GWAS) Genome Wide Association Study was conducted to explore any novel genetic element responsible for resistance to microcins. It was confirmed that no virulence or (AMR) antimicrobial resistance genes were involved in microcin resistance. In addition, 28.5% of all microcin resistance phenotypes observed were related to novel genetic elements involved in stress response, sugar metabolism and/or (TA) toxin-antitoxin systems. Finally, we sought to analyse the impact of microcins and by extension bacteriocins on the host in an in vivo porcine model. The impact of two bacteriocin treatments (NIS, Nisin and MIC, MccJ25) were studied on weaning piglets compared with two control treatments (ATB, antibiotic) and (SAB, without treatment). The ATB and MIC treatments showed the strongest growth in piglet weights, followed by the NIS and SAB treatment. No significant shifts to the microbiota compositions were observed on the phyla level, albeit with a negative impact of NIS on the Streptococcus genus. Additionally, there was no significant impact of the treatments on the composition of Short Chain Fatty Acids(SCFAs), yet the ATB treatment presented the most distinct metabolome profile. This suggest that both MccJ25 and Nisin are able to yield similar health benefits to weaning pigs as antibiotics while better preserving their gut homeostasis. In conclusion, this body of work represents a holistic approach to the evaluation of the potential of microcins as an alternative to antibiotics. Whereby, the activity spectra, resistance mechanisms and impact of microcins was characterised with a high level of precision, more appropriate for narrow spectrum antimicrobials.

Titre de l'écran-titre (visionné le 31 octobre 2023) / Selon divers organismes de santé publique, la résistance aux antibiotiques représente un enjeu majeur de santé du XXIème siècle. Pour lutter contre ce phénomène, plusieurs acteurs mettent en place des procédures relatives à une utilisation stricte et adéquate des antibiotiques, que ce soit dans un cadre clinique ou dans la vie quotidienne. De plus, les méthodes diagnostiques actuelles des infections bactériennes présentent des limites de temps d'analyse, de spécificité et de coût pouvant entraîner des conséquences dans la mise en place d'un traitement efficace. Une autre solution pour lutter contre l'antibiorésistance consiste à développer des méthodes rapides et efficaces permettant le diagnostic des infections bactériennes. C'est dans cette optique que le laboratoire du Pr. Droit a mis en place en 2019 une stratégie combinant la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse (acquisitions à haute résolution) avec des algorithmes d'intelligence artificielle permettant l'identification de bactéries dans 10 millilitres d'urine dans le cas des infections urinaires. Le premier objectif de cette maîtrise était de transférer cette stratégie sur un instrument en spectrométrie de masse permettant des acquisitions à basse résolution pour son utilisation en routine dans les hôpitaux. Pour cela, nous avons simplifier le protocole de préparations d'échantillons en diminuant le volume d'urine utilisé (10mL à 1mL) dans le cas de l'identification de bactéries dans l'urine. Le deuxième objectif a consisté à adapter cette stratégie pour l'identification de bactérie dans le lait dans le cas de la mammite bovine. Ces travaux ont permis la mise en place d'une méthodologie expérimentale rapide (<5h) permettant : i) l'élimination de la matière grasse et des caséines dans le lait cru pouvant altérer le signal en spectrométrie de masse, ii) l'identification d'un grand nombre de peptides bactériens (500-1000) dans un temps d'analyse court (14 min) dans le lait permettant l'extraction d'une signature peptidique spécifique

Les bactéries du genre Flavobacterium sont retrouvées dans des types d’habitats très divers. Ce genre contient trois espèces ichtyopathogènes : columnare, branchiophilum et psychrophilum qui est responsable de pertes économiques importantes pour l’élevage des salmonidés. Un projet de séquençage et de comparaison des génomes de plusieurs flavobactéries pathogènes de poissons ainsi qu’isolées de différents environnements a été mis en place pour améliorer les connaissances sur ce genre. Les objectifs étaient l’identification des déterminants de virulence et la caractérisation de différents marqueurs moléculaires des traits phénotypiques associés à leur mode de vie. L’analyse des génomes de F. psychrophilum a permis de mettre en évidence une diversité des structures chromosomiques au sein de l’espèce et d’identifier des cibles moléculaires prometteuses pour le développement de tests de diagnostic ainsi que des cibles vaccinales potentielles. Le génome de F. branchiophilum a permis d’identifier des mécanismes moléculaires de virulence originaux. Les caractéristiques du génome de F. indicum révèlent un mode de vie environnemental : sa petite taille et ses faibles capacités de dégradation des bio-polymères suggèrent que F. indicum est adapté à une niche écologique restreinte. Ces nouvelles données ont permis de caractériser in silico des marqueurs moléculaires de caractères phénotypiques. En particulier, un groupe de gènes (dnd) rare et responsable d’une modification étonnante de la molécule d’ADN a été décrit pour la première fois chez les Flavobacteriaceae. Ce projet a permis d’enrichir les connaissances sur les bactéries du genre Flavobacterium et a contribué au développement d’outils pour la santé animale. / Flavobacterium species occur in a wide range of habitats. This genus includes three fish-pathogenic species, namely F. columnare, F. branchiophilum and F. psychrophilum. The latter is responsible for serious economic losses for salmonids farming in France and worlwide. A comparative genomics project including several fish-pathogenic flavobacteria as well as various environmental species has been set up in order to improve the knowledge on this poorly studied genus. Our aims were the identification of virulence determinants associated with pathogenicity and the characterization of various molecular elements reflecting phenotypes associated with their life-style. Analysis of the genomes of several F. psychrophilum isolates revealed the diversity of chromosomal structures within the species and identified in silico promising molecular targets for the development of diagnostic tests as well as potential vaccines targets. Analysis of the F. branchiophilum genome enabled to identify particular molecular virulence mechanisms. The features of the F. indicum genome reflected its environmental lifestyle : its small size and its limited bio-polymers degrading abilities suggested that F. indicum is adapted to a quite narrow ecological niche. These new data have allowed the in silico identification of many molecular elements reflecting phenotypic traits. In particular, a rare gene cluster (dnd) responsible for an unusual DNA structure modification was described for the first time within members of the family Flavobacteriaceae. This project enriched the knowledge on Flavobacterium species and contributed to the development of tools for animal health.

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 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.