Tous les écosystèmes contiennent des phages, ces virus qui infectent spécifiquement les bactéries. Les écosystèmes microbiens des produits laitiers ne font pas exception. Malgré les nombreuses recherches dans le domaine, les phages virulents spécifiques aux souches de Lactococcus lactis utilisées pour la fermentation du lait menacent encore la qualité des fromages et la constance des lots de production. Le phage p2 est un modèle pour l’étude des phages virulents de lactocoques, mais près de la moitié de ses gènes codent pour des protéines aux fonctions encore inconnues. L’étude des phages virulents constitue un défi de taille puisque la modification de leur génome est limitée par le court passage du génome viral dans la cellule bactérienne. Le premier objectif de cette thèse était d’adapter un outil génétique basé sur la technologie CRISPR-Cas9 afin d’inactiver des gènes d’intérêt du phage p2. Cette technologie est dérivée d’un système antiviral naturel qui permet à certains procaryotes de se défendre contre l’invasion par de l’ADN étranger. La bactérie hôte du phage p2, L. lactis MG1363, est normalement dépourvue de ce système. Le deuxième objectif était d’étudier les protéomes phagiques et bactériens lors de l’infection virale par des analyses de spectrométrie de masse à haute résolution. Enfin, le troisième objectif était d’étudier les rôles des gènes inactivés sur la multiplication des phages et des bactéries infectées, incluant l’impact sur leurs protéomes. Entre autres, par une approche intégrative combinant des analyses génomiques, phénotypiques et protéomiques, j’ai comparé le phage mutant p2Δ47, dont le gène orf47 avait été inactivé, au phage sauvage p2. Ces analyses m’ont permis de formuler une hypothèse quant à la fonction de la protéine virale ORF47. Les phages sont ubiquitaires, abondants et peuvent se multiplier rapidement. Malgré leur importance et plus d’un siècle de recherches, plusieurs aspects de la biologie des phages demeurent mal compris. En concevant un outil pour la modification des génomes de phages virulents et en optimisant des protocoles d’analyses protéomiques, j’ai développé des méthodes efficaces pour la caractérisation des protéines phagiques et pour l’étude des interactions phage-bactérie. / Phages are viruses that specifically infect and kill bacteria. They can be found in every ecosystem, including milk products. Despite decades of research, virulent phages infecting Lactococcus lactis strains used for milk fermentation still threatens the production process and cheese quality. Phage p2 is a model for the study of virulent lactococcal phages, but almost half of its genes encode proteins of unknown functions. The study of virulent phages is a challenge in itself because the modification of their genome is limited to the short infection cycle within a bacterial host. The first objective of this thesis was to adapt a CRISPR-Cas9-based genetic tool to inactivate genes of interest in the genome of phage p2. The CRISPR-Cas9 technology is derived from a natural antiviral system that allows some prokaryotes to defend themselves against invasive nucleic acids. The bacterial host of phage p2, L. lactis MG1363, is naturally deprived of this system. The second objective was to study the viral and bacterial proteomes during phage infection, making use of high throughput mass spectrometry-based proteomics. Lastly, the third objective was to study the roles of inactivated genes on phage replication and bacterial growth, including the impact on their proteomes. Amongst other, with an integrative approach combining genomic, phenotypic and proteomic analysis, I compared the mutant phage p2Δ47, lacking a functional orf47 gene, to the wild-type phage p2. These analyses allowed me to hypothesize about protein ORF47 function. Phages are ubiquitous, abundant and can replicate quickly. Despite their importance and over a century of research, many aspects of phage biology are still poorly understood. By designing a tool for the modification of virulent phages and by optimizing protocols for proteomic analysis, I developed a robust pipeline to investigate uncharacterized phage proteins and to study phage-host interactions.

Dans l’industrie laitière, la présence de bactériophages dans du lait destiné à la fabrication de fromage peut retarder ou arrêter le processus de fermentation par les bactéries lactiques. La bactérie Lactococcus lactis, largement utilisée comme levain de départ, est la proie de plusieurs de ces virus, dont le phage p2, du groupe sk1-like de la famille des Siphoviridae. À ce jour, le mécanisme d’infection des bactériophages reste incompris. La prise de contrôle de la machinerie cellulaire par les phages est assurée par les gènes précoces et médians de ces derniers. La structure du phage p2 est connue, mais ses gènes précoces et médians codent pour des protéines qui ne possèdent pas d’homologues de structure ou de fonction connue. Ces gènes ont été clonés dans des systèmes d’expression bactériens afin de les exprimer, purifier, et en déterminer la structure par cristallographie aux rayons X. Parallèlement, la protéine codée par le gène orf47 a été synthétisée commercialement pour déterminer sa structure par résonance magnétique nucléaire. Nous espérons que l'obtention de la structure de ces protéines aidera à leur suggérer un rôle par recherche d’homologie structurale avec des protéines de rôle connu. Des cristaux ont été obtenus pour les protéines ORF-24, SaV (exprimée du gène orf26) et ORF-37, mais plus de travaux sont nécessaire afin de pouvoir obtenir leur structure. La structure d’ORF-47 a été déterminée par résonance magnétique nucléaire et démontre une homologie structurale avec les domaines B, C et E de la protéine staphylococcale SpA, domaines liant les immunoglobulines G de l’homme. La liaison de protéines similaires chez L. lactispar ORF-47 reste à être vérifié expérimentalement. / Cheese fermentation is a process in which milk is fermented by the Gram-positive bacteria Lactococcus lactis. However, the fermentation can be slowed or even stopped if specifi lactococcal bacteriophages are present in the medium. To this day, the infection mechanism of bacteriophages is still not fully known. The hijacking of the cell’s molecular machinery is carried out by proteins expressed by the phages’ early- and mid-expressed genes. The phage studied in this thesis is phage p2, of the Caudovirales order, Siphoviridae family and sk1-like group. The structure of phage p2 is known, but most early-and mid-expressed proteins do not have homologues of known structure or function in the public databases. These genes were cloned in a bacterial expression system in order to be expressed and the proteins purified and crystallized to determine their structure by X-ray crystallography. The protein encoded by the gene orf47 was commercially synthesized to be studied by nuclear magnetic resonance. Our overall goal is to suggest roles for these proteins by obtaining their structure and performing a structural homology query. Crystals were obtained for the proteins ORF-24, SaV (expressed from the gene orf26) and ORF-37 but more work is required in order to determine their structure. The structure of ORF-47 was obtained by nuclear magnetic resonance and has been found to have a fold highly similar to domains B, C and E of staphylococcal protein SpA. These domains bind human immunoglobulin G. The binding of similar proteins in L. lactis by ORF-47 has yet to be experimentally confirmed.