Une véritable cascade d'événements - des attentats du 11 septembre 2001 à la crise du SRAS, sans compter le spectre de la grippe aviaire - a conduit le gouvernement du Canada à intégrer, parmi les six enjeux stratégiques clefs de sa première Politique de sécurité nationale (2004), la santé publique. Ni ce document, ni la documentation existante, portant directement ou indirectement sur l'association entre santé publique et sécurité nationale, n'offrent une explication satisfaisante du processus par lequel la santé publique, au cours des dix dernières années, est perçue comme un enjeu de sécurité nationale. Aucune approche théorique en Relations internationales n'offre également les outils adéquats qui permettraient la formulation de cette explication. L'objectif de ce mémoire consiste donc à élaborer une approche théorique inspirée par la théorie de la sécurisation de l'école de Copenhague, mais qui puise certains éléments dans le champ de l'Analyse des politiques publiques, puis d'appliquer cette approche au cas du Canada, pour la période 1995-2006. Dans le cadre de cet exercice, la mise à l'agenda politique et décisionnel de deux menaces qui pèsent sur la santé publique selon la Politique de sécurité nationale est donc soumise à observation, soit le terrorisme chimique, biologique, radiologique et nucléaire et les maladies infectieuses. Cette double mise à l'agenda est examinée dans le cadre des discours et activités du Solliciteur général du Canada, devenu Sécurité publique Canada, ainsi que de Santé Canada, à partir duquel a été créée l'Agence de santé publique du Canada. À terme, cet exercice démontre la nature compartimentée et les incohérences du processus de sécurisation de la santé publique au Canada. Cette conclusion invite dès lors à réfléchir sur son impact pratique, plus particulièrement quant à la satisfaction du premier objectif de Protéger une société ouverte, assurer la sécurité des Canadiens et du Canada. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Sécurité nationale, Sécurité publique, Canada, Terrorisme CBRN, Maladies infectieuses.

Cette thèse de doctorat présente quatre études portant sur la détection des agents bactériens aéroportés associés au bioterrorisme. Tout d’abord, un rappel historique des guerres biologiques et du bioterrorisme permettra de mieux comprendre cette menace. Pour cibler la problématique actuelle, les agents biologiques, les procédures d’intervention des organisations de sécurité et de santé publique ainsi que les méthodes de détection seront ensuite introduites. La capacité de détection rapide des agents biologiques est une des lacunes importantes des procédures d’intervention. La détection et l’identification de ces agents biologiques nécessitent plusieurs étapes critiques interreliées. Elles consistent en l’échantillonnage, la préparation des analytes contenues dans des matrices complexes et finalement l’identification du micro-organisme en décodant des macromolécules signatures, et ce, notamment par des méthodes génotypiques. Certaines particules peuvent potentiellement être employées pour la préparation d’armes biologiques aéroportées. De plus, des poudres inoffensives (p. ex., farine) peuvent être utilisées pour terroriser certains individus, des organisations ou la population. Ces composés peuvent toutefois interférer avec les méthodes de détection moléculaire. C’est pourquoi la première étude traite de l’interférence sur la détection par la PCR de 23 échantillons poudreux ou environnementaux autres. Cet article présente une méthode séparant des spores de Bacillus de matrices poudreuses afin d’enlever ces particules nuisibles à la détection. La procédure conceptualisée est simple d’exécution (10 étapes), rapide (≤ 10 minutes), peu coûteuse (~ 10 $) et permet de traiter une plus grande variété d’échantillons par rapport à l’art antérieur. En second lieu, une lyse de spores bactériennes basée sur la sonication rapide (45 secondes) a permis d’extraire l’ADN génomique avec des rendements comparables à une autre méthode de lyse commercialisée performante nécessitant cinq minutes. Le Module fluidique de lyse ultrasonique a été confectionné pour être décontaminé et transféré d’une zone contaminée à une zone sécurisée, ce qui est un avantage important dans le contexte du bioterrorisme. Le troisième projet concerne le développement d’un essai de détection basé sur l’amplification PCR de type large spectre du gène tuf et l’identification sur biopuce de séquences d’ADN signatures grâce à une hybridation en microfluidique. Cet essai a permis de détecter rapidement (75 minutes) 12 des 13 agents bactériens aéroportés associés au bioterrorisme listés par les CDC. Finalement, les analyses de séquences du gène cible, tuf, chez le genre Yersinia, ont montré un haut niveau de divergence entre les gènes dupliqués intragénomiques, tufA et tufB (8,3 à 16,2 %). Ce résultat inattendu pourrait montrer les circonstances particulières permettant à des gènes dupliqués d’acquérir de nouvelles fonctions. De plus, cette étude a permis de faire une analyse phylogénétique de 14 des 17 espèces décrites du genre Yersinia et d’apporter des informations sur leur classification taxonomique. Prochainement, il serait intéressant de juxtaposer les différentes étapes de détection des agents biologiques présentées ici dans un système intégré d’analyse totale. Par conséquent, l’automatisation pourrait faciliter leur utilisation sur le terrain pour détecter et identifier rapidement (~1 h) des agents biologiques associés au bioterrorisme permettant de prendre en charge les victimes plus efficacement et de contribuer à enrayer la propagation. / This doctoral thesis presents four studies regarding the detection of airborne bacterial biothreat agents. First of all, a historical review of biological warfare and bioterrorism will allow for better understanding of this threat. To focus on the current problematic, biological agents, intervention procedures of public security and health organisations, as well as detection methods will then be introduced. The lack of systems for the reliable and rapid detection of biological agents is an important limitation of intervention procedures. Many interrelated steps are required to detect and identify biological agents. They consist of sampling, sample matrix processing, and finally, microbial identification by decoding macromolecule signatures, notably using genotyping methods. Some particles potentially employed to produce airborne biological weapons could interfere with molecular detection methods. Moreover, inoffensive powders (e.g. flour) can be used as hoaxes to terrorise individuals, organisations, or the population. Therefore, the first article studied the interference on PCR detection of 23 powdery or other environmental samples. This study presents a method to separate Bacillus spores from powdery matrices to alleviate the impact of these interfering compounds. The developed procedure is fast (≤10 minutes), inexpensive (~ 10$), allows easy handling (10 steps) and treatment of a wider sample variety compared to prior art. Secondly, a bacterial spore lysis based on rapid sonication (45 seconds) allowed extraction of genomic DNA in yields comparable to a robust commercialised lysis procedure requiring 5 minutes. The Fluidic Ultrasonic Lysis Module can be decontaminated and transferred from a contaminated to a secured area, which is advantageous in the context of bioterrorism. The third project shows the development of a detection assay based on a bacterial broad-spectrum PCR amplification of the target gene tuf and the identification of signature DNA sequences using a microfluidic microarray system. This assay allowed the rapid (75 minutes) detection of 12 of the 13 airborne bacterial biothreat agents listed by the CDC. Finally, analyses of tuf gene sequences from the Yersinia genus showed a high level of divergence between intra-genomic tufA and tufB sequences (8.3 to 16.2 %). This unexpected result could reveal particular circumstances allowing duplicated genes to acquire new functions. Moreover, this study allowed a phylogenetic analysis of 14 of the 17 described Yersinia species and added information about their taxonomical classification. In the near future, it would be interesting to combine the different biothreat detection steps presented here into a total analysis system. Hence, automation could facilitate its utilisation in the field to detect and identify (~1 h) biothreat agents resulting in more efficient medical management of victims and contribute to stop propagation.

Le virus de la vaccine (VACV) est un grand virus à ADN, modèle du genre orthopoxvirus, et partage plus de 97% d'identité de séquence avec le virus de la variole (VARV), un pathogène humain majeur éradiqué en 1977 grâce au programme de vaccination mondial avec le VACV. Celle-ci ayant été stoppée dans les années 80, un pourcentage significatif de la population mondiale est aujourd'hui considérée comme immunologiquement naïf vis à vis du virus de la variole, ce qui fait de lui un agent bioterroriste potentiel. De plus, la vaccination implique un grand nombre de complications, particulièrement graves chez les personnes immunodéprimées ; et les antiviraux disponibles sont peu développés, ce qui souligne le besoin de nouvelles molécules. Le complexe de réplication apparait comme étant une cible privilégiée, de par son importance dans le cycle viral mais aussi par sa localisation cytoplasmique qui le rend plus accessible aux molécules antivirales. Nous nous sommes intéressés à 4 protéines essentielles de ce complexe : l'ADN polymérase E9, le facteur de processivité composé de la protéine A20 et de l'uracile ADN glycosylase D4 et l'hélicase-primase D5. Nous avons pu exprimer ces protéines de manière recombinante, seules ou en complexe ainsi que les caractériser biochimiquement et biophysiquement. Nous avons finalement abouti à une reconstruction strcuturale du complexe A20D4E9 à basse résolution grâce à la technique de SAXS, ce qui nous a permis de proposer le premier modèle structural de la fourche de réplication du virus de la vaccine. / Vaccinia virus (VACV) is a large DNA virus, prototypic virus of the orthopoxvirus genus, and shows over 97% amino acid sequence identity with the variola virus (VARV), a major human pathogene eradicated in 1977 thanks to the universal vaccination program with VACV. As this vaccination was halted in the 1980s, a significant percentage of the world population is now immunologically naïve, which makes the VARV a potent bioterrorist agent. Vaccination against smallpox may result in a variety of complications, particularly in immunologically depressed patients, and the available antiviral therapeutics are rare, which enhance the need of new molecules. The replication complex appears as an ideal target because of its importance in the viral cycle and its cytoplasmic localization, more accessible for the molecules. We have focused our study on 4 essential proteins of this complex: the DNA polymerase E9, the processivity factor composed by the A20 protein and the uracil DNA glycosylase D4 and the helicase-primase D5. We could express these recombinant proteins, alone and in complex, and characterize them biochemically and biophysically. Using the SAXS technic, we finally reached a low resolution model of the A20D4E9 complex which allow us to propose the first structural model of the vaccinia virus replication fork.

Les anticorps recombinants représentent une approche prometteuse pour améliorer le traitement et la prophylaxie des maladies causées par les armes biologiques. De tels anticorps peuvent être isolés à partir de primates non humains, dont l'immunisation est plus facile à concevoir et à réaliser que l'immunisation d'humains. Des chimpanzés (Pan troglodytes) et des macaques (Macaca mulatta et M. fascicularis) ont été utilisés pour de tels travaux, et notre analyse de séquences a démontré que l'utilisation de chimpanzés n'apporte pas d'avantage significatif malgré leur plus grande proximité phylogénétique avec l'Homme. La suite de ce travail a donc utilisé des macaques, plus facilement accessibles en France que les chimpanzés. Dans le cadre du projet européen AntiBotABE, des banques immunes exposées àla surface de phages ont été construites à partir de macaques (M. fascicularis) immunisés puis criblées, et des scFv neutralisant simultanément les toxines botuliques (BoNT) A1 et A2 en ciblant leurs chaines lourdes, et BoNT/E3 en ciblant sa chaine légère ont été isolés. D'autre part, un anticorps neutralisant de façon croisée la toxine létale et la toxine oedémateuse de Bacillus anthracis avait été précédemment isolé. Ses épitopes ont été localisés au cours de la présente thèse par une méthode tirant partie de cette réactivité croisée. Ils correspondent à la région [229-230]-[234-236] de la sous-unité LF (Lethal Factor) et à la région [229-230]-[234-236] de la sous-unité EF (Edema Factor). Le principe de cette localisation d'épitope pourrait être ré-employé pour localiser les épitopes des scFv neutralisant les BoNT. / Recombinant antibodies represent a promising approach to improve the treatment andprophylaxis of diseases caused by bioweapons. Such antibodies may be isolated from nonhumanprimates, whose immunization is much easier to conceive and realized thanimmunization of humans. Chimpanzees (Pan troglodytes) and macaques (Macaca mulattaand M. fascicularis, particularly) have been utilized for such purposes, and our sequenceanalysis has demonstrated that using chimpanzees does not bring a significant advantagedespite their closer phylogenetic proximity with humans. The rest of this thesis has thusutilized macaques, easier to access in France than chimpanzees. In the context of theEuropean AntiBotABE project, phage-displayed immune libraries have been constructed fromimmunized macaques (M. fascicularis) then screened, and scFv simultaneously neutralizingbotulinum toxins (BoNT) A1 and A2 by targeting their heavy chains, and BoNT/E3 bytargeting its light chain were isolated. On the other side, an antibody cross-neutralizing thelethal toxin and the edema toxin of Bacillus anthracis had been formerly isolated. Its epitopeshave been mapped in the course of the present thesis by a method taking advantage of itscross-reactivity. They correspond to the [229-230]-[234-236] region of LF (Lethal Factor)subunit and to the [229-230]-[234-236] region of EF (Edema Factor) subunit. The principle ofthis epitope mapping could be re-employed to map the epitopes of BoNT-neutralizing scFv.

La multiplication des résistances aux antibiothérapies actuelles et l’utilisation potentielle de bactéries pathogènes dans le cadre d’attentats bioterroristes rendent nécessaire la recherche de nouvelles cibles biologiques et la découverte de nouvelles stratégies antibiotiques. Dans ce contexte, les mécanismes d’assimilation du fer chez les bactéries à Gram négatif sont des cibles particulièrement prometteuses. Le fer est en effet un élément essentiel à la vie, mais peu biodisponible. Les bactéries ont donc développé des mécanismes efficaces pour subvenir à leurs besoins en fer. Ces mécanismes de transport nécessitent un apport d’énergie fourni par une machinerie bactérienne complexe, la machinerie TonB. La protéine TonB, qui joue un rôle central dans le fonctionnement de cette machinerie, est la cible de notre approche. Nous souhaitons séquestrer cette protéine dans le périplasme grâce à des composés peptidiques fonctionnalisés par des hétérocycles de type isoindole ou 1,2,4-triazine. La conception et la synthèse de ces molécules sont présentées dans ce manuscrit, ainsi que leurs perspectives de vectorisation en utilisant une stratégie dite du "cheval de Troie". Notre contribution à la mise au point d’un test d’affinité in vitro est également abordée. / The increasing resistances to the current antibiotherapies, and the potential use of pathogenic bacteria as biological weapons led us to the absolute necessity of discovering new biological targets and new antibiotic strategies. In this context, iron uptake pathways of Gram negative bacteria are promising targets. Indeed, iron is an essential nutrient, but it has a low bioavailability. Bacteria have developed efficient iron uptake pathways in order to proliferate. Iron is transported in the bacterial cell by specific outer membrane transporters and thanks to the energy provided by a complex molecular machinery, called TonB. The TonB protein, which is the keystone of this machinery, is a key target for the development of new antibiotics. We would like to sequester this protein in the periplasm thanks to molecules constituted of a peptidic moiety and a heterocyclic moiety such as isoindole or 1,2,4-triazine. The conception and the synthesis of these compounds are presented in this document, as well as their possibilities to be vectorized using a “Trojan Horse” strategy. Our contribution to the development of an in vitro test of affinity is presented as well.

Les microorganismes représentent la forme de vie la plus diverse et abondante sur Terre et jouent un rôle fondamental dans tous les processus biologiques. Cependant, du fait de la grande diversité des communautés microbiennes, la caractérisation fine des environnements complexes reste difficile par les approches moléculaires actuelles de PCR et de métagénomique. En effet, ces approches ne conduisent qu’à une caractérisation partielle des communautés et ne permettent pas systématiquement d’associer la structure des communautés aux fonctions métaboliques réalisées. L’approche de capture de gènes par hybridation appliquée à des échantillons métagénomiques complexes a démontré son intérêt pour révéler toute la diversité connue mais aussi inconnue des biomarqueurs fonctionnels ciblés, ainsi que pour enrichir leurs régions flanquantes sur quelques centaines de permettant en évidence des associations de gènes. Ainsi, les travaux de thèse ont visé à développer une nouvelle méthode de capture de gènes par hybridation capable d’enrichir de façon ciblée de larges régions génomiques à partir d’échantillons complexes, permettant ainsi de faire le lien entre structure et fonction des communautés microbiennes. Ces développements ont nécessité la détermination de sondes de capture, l’utilisation d’une méthode d’extraction d’ADN de haut poids moléculaire et la mise au point d’un protocole de capture permettant de piéger des fragments nucléiques de grande taille (jusqu’à 50 kb). La validation de la méthode de capture par hybridation sur un échantillon environnemental de sol a permis de révéler tout son potentiel. Appliquée au gène exprimant l’ARNr 16S, cette stratégie a permis de révéler une diversité microbienne non accessible par les approches moléculaires conventionnelles, avec une résolution d’identification jusqu'au niveau de l’espèce rendue possible grâce à la reconstruction de la séquence complète de ce marqueur phylogénétique. Appliquée à un gène fonctionnel, elle a conduit à la reconstruction de la séquence du biomarqueur et de ses régions flanquantes pouvant atteindre plusieurs dizaines de kb, permettant d’identifier les microorganismes possédant les capacités métaboliques d’intérêt. Ainsi, la capture par hybridation représente une approche alternative prometteuse pour le diagnostic environnemental en conduisant à une meilleure caractérisation des communautés microbiennes. / Microorganisms are the most diverse and abundant life forms on Earth and are key players in thefunctioning of all biological processes. Nevertheless, PCR and metagenomics strategies aiming to describemicrobial communities are hampered by their huge diversity. Indeed, these molecular methods only drive to apartial description of communities and do not systematically allow linking functions back to the identities of themicroorganisms. Hybridization capture applied to complex metagenomic samples has demonstrated its efficiency to reveal all known and unknown diversity of targeted biomarkers, and to enrich their flanking regions over a few hundred bp facilitating the discovery of gene associations.Thus, this work aimed at developing a new hybridization capture method capable of specifically enrichinglarge genomic regions from complex samples allowing to associate structure and functions of communities. Thedevelopment of this method required the design of capture probes, the use of a high molecular weight DNAextraction method, and the elaboration of a capture protocol dedicated to the enrichment of large genomicfragments (up to 50 kbp).The validation of the hybridization capture method on an environmental soil sample uncovered all itspotential. Applied to the 16S rRNA gene, this strategy revealed greater microbial diversity than conventionalmolecular methods and improved phylogenetic resolution up to the species level thanks to the reconstruction offull-length genes. Applied to a functional gene, the method enabled the reconstruction of large genomic regionscarrying the targeted biomarker and its flanking regions over several tens of kbp, leading to the identification ofmicroorganisms with specific metabolic functions. Hybridization capture thus appears as a promising alternativemethod for environmental diagnosis, through providing a better knowledge of microbial communities.