Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Titre de l'écran-titre (visionné le 9 mai 2008). Bibliogr.

Chemnitz, Techn. Univ., Studienarb., 2004.

CRISPR-Cas systems are highly diverse and canonically function as prokaryotic adaptive immune systems. The canonical resistance mechanism relies on spacers that are complementary to the invaders' nucleic acids. By accidental incorporation or other mechanisms, prokaryotes can also acquire self-targeting spacers that are complementary to their own genome. As self-targeting commonly leads to lethal autoimmunity, the existence of self-targeting spacers poses a paradox. In Chapter 1, we provide an overview of the prevalence of self-targeting spacers, summarize how they can be incorporated, and which means can be employed by the host to evade lethal self-targeting. In addition, we outline alternative functions of CRISPR-Cas systems that are associated with self-targeting spacers. Whether CRISPR-Cas systems can efficiently target their own genome depends heavily on the presence of protospacer adjacent motifs (PAMs) next to the target region. In Chapter 2, we developed a method to determine PAM requirements. Thereby, we specifically focused on type I systems that engage multi-protein complexes, which are challenging to assess. Using the cell-free transcription-translation (TXTL) system, we developed an enrichment-based binding assay and validated its reliability by examining the well-known PAM requirements of the E. coli type I-E system. In Chapter 3, we applied the TXTL-based PAM assay to assess 16 additional CRISPR-Cas systems. These 16 systems included three CRISPR-Cas associated transposons (CASTs). CASTs are recently discovered transposons that employ CRISPR-Cas systems in a non-canonical function for the directed integration of the transposon. To further characterize CASTs in TXTL outside their PAM requirements, we reconstituted the transposition of CASTs in TXTL. In Chapter 4, we turned to non-canonical self-targeting CRISPR-Cas systems, which were already discussed in Chapter 1. While investigating how the plant pathogen Xanthomonas albilineans survives self-targeting by its two endogenous CRISPR-Cas systems, we identified multiple putative anti-CRISPR proteins (Acrs) in the genome of X. albilineans. Two of the Acrs, named AcrIC11 and AcrIF12Xal, inhibited degradation by their respective CRISPR-Cas systems but still retained Cascade-binding ability, and appear responsible for the lack of autoimmunity in X. albilineans. In summary, we developed new technologies that eased the investigation of non-canonical multi-component systems and, if applied to additional systems, might reveal unique properties that could be implemented in new CRISPR-Cas based tools. / CRISPR-Cas-Systeme sind sehr vielfältig und funktionieren kanonisch als prokaryotische adaptive Immunsysteme. Der kanonische Resistenzmechanismus basiert auf Spacern, die komplementär zu den Nukleinsäuren der Eindringlinge sind. Durch zufällige Inkorporation oder andere Mechanismen können Prokaryoten auch Spacer integrieren, die komplementär zu ihrem eigenen Genom sind. Da Selbst-targeting in der Regel zu letaler Autoimmunität führt, stellt die Existenz von selbst-targeting Spacern ein Paradoxon dar. In Kapitel 1 geben wir einen Überblick über die Verbreitung von selbst-targeting Spacern, fassen zusammen, wie sie eingebaut werden können und welche Mittel der Wirt einsetzen kann, um sich dem letalen Selbst-targeting zu entziehen. Darüber hinaus werden alternative Funktionen von CRISPR-Cas-Systemen skizziert, die mit selbst-targeting Spacern in Verbindung gebracht werden. Ob CRISPR-Cas-Systeme Ziele in ihrem eigenen Genom erkennen können, hängt stark davon ab ob bestimmte Motive neben der Zielregion (protospacer adjacent motifs, PAMs) vorhanden sind. In Kapitel 2 haben wir eine Methode entwickelt, um die Anforderungen an PAMs zu bestimmen. Dabei konzentrierten wir uns speziell auf Typ I Systeme, deren Erforschung durch Nutzung von Multiproteinkomplexen erschwert wird. Unter Verwendung des zellfreien Transkriptions-Translations-Systems (TXTL) entwickelten wir einen Test der zur Anreicherung erkannter PAMs führt. Seine Zuverlässigkeit validierten wir, indem wir die bekannten PAM-Anforderungen des E. coli Typ I-E Systems untersuchten. In Kapitel 3 wendeten wir den TXTL-basierten PAM-Assay an, um 16 weitere CRISPR-Cas-Systeme zu untersuchen. Zu diesen 16 Systemen gehörten drei CRISPR-Cas-assoziierte Transposons (CASTs). CASTs sind kürzlich entdeckte Transposons, die CRISPR-Cas-Systeme in einer nicht-kanonischen Funktion für die gerichtete Integration des Transposons einsetzen. Um CASTs in TXTL außerhalb ihrer PAM-Anforderungen weiter zu charakterisieren, haben wir die Transposition von CASTs in TXTL rekonstruiert. In Kapitel 4 wandten wir uns den nicht-kanonischen, selbst-targeting CRISPR-Cas-Systemen zu, die bereits in Kapitel 1 behandelt wurden. Während wir untersuchten, wie das Pflanzenpathogen Xanthomonas albilineans Selbst-targeting durch seine beiden endogenen CRISPR-Cas-Systeme überlebt, identifizierten wir mehrere mutmaßliche Anti-CRISPR-Proteine (Acrs) im Genom von X. albilineans. Zwei dieser Acrs, AcrIC11 und AcrIF12Xal, hemmten die Degradation durch ihre jeweiligen CRISPR-Cas-Systeme, erlaubten aber dennoch DNA-Bindung durch Cascade. Diese beiden Acrs scheinen für das Fehlen von Autoimmunität bei X. albilineans verantwortlich zu sein. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass wir neue Technologien entwickelt haben, die die Untersuchung von nicht-kanonischen Mehrkomponentensystemen erleichtert haben und bei Anwendung auf weitere Systeme einzigartige Eigenschaften offenbaren könnten, die in neue CRISPR-Cas-basierte Tools implementiert werden könnten.

Allogenic hematopoietic stem cell transplantation (allo-HCT) is a curative therapy for the treatment of malignant and non-malignant bone marrow diseases. The major complication of this treatment is a highly inflammatory reaction known as Graft-versus-Host Disease (GvHD). Cyclosporin A (CsA) and tacrolimus are used to treat GvHD which limits inflammation but also interferes with the anticipated Graft-versus-Leukemia (GvL) effect. These drugs repress conventional T cells (Tcon) along with regulatory T cells (Treg), which are important for both limiting GvHD and supporting GvL. Both of these drugs inhibit calcineurin (CN), which dephosphorylates and activates the nuclear factor of activated T-cells (NFAT) family of transcription factors. Here, we make use of our Cd4cre.Cas9+ mice and developed a highly efficient non-viral CRISPR/Cas9 gene editing method by gRNA-only nucleofection. Utilizing this technique, we demonstrated that unstimulated mouse T cells upon NFATc1 or NFATc2 ablation ameliorated GvHD in a major mismatch mouse model. However, in vitro pre-stimulated mouse T cells could not achieve long-term protection from GvHD upon NFAT single-deficiency. This highlights the necessity of gene editing and transferring unstimulated human T cells during allo-HCT. Indeed, we established a highly efficient ribonucleoprotein (RNP)-mediated CRISPR/Cas9 gene editing for NFATC1 and/or NFATC2 in pre-stimulated as well as unstimulated primary human T cells. In contrast to mouse T cells, not NFATC1 but NFATC2 deficiency in human T cells predominantly affected proinflammatory cytokine production. However, either NFAT single-knockout kept cytotoxicity of human CD3+ T cells untouched against tumor cells in vitro. Furthermore, mouse and human Treg were unaffected upon the loss of a single NFAT member. Lastly, NFATC1 or NFATC2-deficient anti-CD19 CAR T cells, generated with our non-viral ‘one-step nucleofection’ method validated our observations in mouse and human T cells. Proinflammatory cytokine production was majorly dependent on NFATC2 expression, whereas, in vitro cytotoxicity against CD19+ tumor cells was undisturbed in the absence of either of the NFAT members. Our findings emphasize that NFAT single-deficiency in donor T cells is superior to CN-inhibitors as therapy during allo-HCT to prevent GvHD while preserving GvL in patients. / Die allogene hämatopoetische Stammzelltransplantation (allo-HCT) ist eine kurative Therapie zur Behandlung bösartiger und nicht bösartiger Knochenmarkerkrankungen. Die Hauptkomplikation dieser Behandlung ist eine hochgradige Entzündungsreaktion, die als Graft-versus-Host-Disease (GvHD) bekannt ist. Zur Behandlung der GvHD werden Cyclosporin A (CsA) und Tacrolimus eingesetzt, die die Entzündung eindämmen, aber auch den gewünschten Graft-versus-Leukämie-Effekt (GvL) beeinträchtigen. Diese Medikamente unterdrücken sowohl konventionelle T-Zellen (Tcon) als auch regulatorische T-Zellen (Treg), die sowohl für die Begrenzung der GvHD, als auch für die Unterstützung der GvL wichtig sind. Beide Medikamente hemmen Calcineurin (CN), das die Transkriptionsfaktoren der Familie der Nuclear Factor of Activated T-Cells (NFAT) dephosphoryliert und aktiviert. Hier nutzten wir unsere Cd4cre.Cas9+-Mäuse und entwickelten eine hocheffiziente, nicht-virale CRISPR/Cas9-Geneditierungsmethode mittels reiner gRNA-Nukleofektion. Mithilfe dieser Technik konnten wir zeigen, dass unstimulierte T-Zellen der Maus nach Ablation von NFATc1 oder NFATc2 die GvHD in einem Major-Mismatch-Mausmodell mildern. In vitro vorstimulierte T-Zellen von Mäusen konnten jedoch keinen langfristigen Schutz vor GvHD bei NFAT-Einzeldefizienz erreichen. Dies unterstreicht die Notwendigkeit der Gen-Editierung und des Transfers unstimulierter menschlicher T-Zellen während einer allo-HCT. In der Tat konnten wir ein hocheffizientes Ribonukleoprotein (RNP)-vermitteltes CRISPR/Cas9 gene-editing für NFATC1 und/oder NFATC2 nicht nur in vorstimulierten, sondern auch in unstimulierten primären menschlichen T-Zellen etablieren. Im Gegensatz zu T-Zellen von Mäusen wirkte sich der Mangel an NFATC2, nicht aber so sehr an NFATC1, in menschlichen T-Zellen überwiegend auf die Produktion proinflammatorischer Zytokine aus. Bei beiden NFAT-Single-Knockouts blieb jedoch die Zytotoxizität menschlicher CD3+ T-Zellen gegen Tumorzellen in vitro unangetastet. Darüber hinaus wurden die Treg von Maus und Mensch durch den Verlust eines einzelnen NFAT-Mitglieds nicht beeinträchtigt. Schließlich bestätigten NFATC1- oder NFATC2-defiziente Anti-CD19-CAR-T-Zellen, die mit unserer nicht-viralen "Ein-Schritt-Nukleofektionsmethode" erzeugt wurden, unsere Beobachtungen zu T-Zellen von Maus und Mensch. Die Produktion proinflammatorischer Zytokine hing hauptsächlich von der NFATC2-Expression ab, während die In-vitro-Zytotoxizität gegen CD19+-Tumorzellen in Abwesenheit eines der beiden NFAT-Mitglieder ungestört war. Unsere Ergebnisse unterstreichen, dass der Mangel eines einzelnen NFAT-Mitglieds in Spender-T-Zellen einer Therapie mit CN-Inhibitoren während einer allo-HCT überlegen ist. Hier könnten wir eine GvHD verhindern und gleichzeitig den GvL-Effekt in allo-HCT-Patienten erhalten.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

CRISPR-Cas systems use CRISPR RNAs (crRNAs) to recognize and clear invading nucleic acids. In type II and some type V systems, a trans-activating crRNA (tracrRNA) binds to crRNAs to drive their maturation and subsequent interference by Cas9 and Cas12, respectively. Despite the diversified distribution of tracrRNA and its wide use for genome editing, a few related questions remain to be elucidated. Does crRNA solely derive from CRISPR loci? Could the tracrRNA hybridize with other cellular RNAs containing repeat-like sequences, resulting in crRNA-like RNA? Could we even engineer tracrRNA to sense any RNA-of-interest? To answer these questions, we analyzed the RNAs co-immunoprecipitated with Cas9 from Campylobacter jejuni, and unexpectedly found that tracrRNA hijacked some cellular RNAs as noncanonical crRNAs, which can guide DNA targeting by Cas9. We then demonstrated that the tracrRNA can be reprogrammed to sense any RNA-of-interest. We exploited this RNA sensing capability to develop an in vitro multiplexed RNA detection platform LEOPARD and an in vivo RNA recording platform TIGER. We further combined Rptrs with collateral cleavage of single-stranded DNA by Cas12 nucleases to create a direct RNA detection platform with signal amplification. Finally, we provided a detailed protocol for Rptrs design. My work establishes a new mode of crRNA biogenesis, created a new framework for RNA detection and recording, and would open more opportunities and applications for transcription-dependent editing, regulation and therapy. / CRISPR-Cas Systeme nutzen CRISPR RNAs (crRNAs) um eindringende Nukleinsäuren zu erkennen und abzuwehren. In Typ II und manchen Typ V Systemen, bindet eine trans-aktivierende crRNA (tracrRNA) an crRNAs, um deren Reifung und darauffolgende Interferenz durch Cas9 bzw. Cas12 voranzutreiben. Trotz der diversifizierten Verbreitung von tracrRNA und deren breite Anwendung für Genom-Editierung, bestehen weiterhin ungeklärte Fragen. Stammen crRNAs ausschließlich von CRISPR loci ab? Könnte die tracrRNA mit anderen zellulären RNAs, die Repeat-artige Sequenzen enthalten, hybridisieren und crRNA-ähnliche RNA bilden? Könnte man sogar trcrRNA konstruieren, um beliebige RNAs von Interesse zu erkennen? Um diese Fragen zu beantworten, analysierten wir RNAs die mit Cas9 von Campylobacter jejuni co-präzipitierten. Dabei stellten wir unerwarteter Weise fest, dass tracrRNAs bestimmte zelluläre RNAs als nicht-kanonische crRNAs kaperten und folglich Cas9 zu DNS-Zielsequenzen steuern konnten. Als nächstes demonstrierten wir, dass trcrRNAs umprogrammiert werden können, um beliebige RNAs von Interesse zu erkennen. Wir nutzten dieses RNA Wahrnehmungsvermögen, um eine in vitro Multiplex RNA Erkennungsplattform LEOPARD und eine in vivo RNA Aufzeichnungsplattform TIGER zu entwickeln. Zusätzlich kombinierten wir Rptrs mit der kollateraler Spaltung von Einzelstrang-DNS durch Cas12 Nukleasen, um eine direkte RNA Detektierungsplattform mitsamt Signalamplifikation zu entwickeln. Zum Schluss stellten wir ein detailliertes Protokoll für das Entwerfen von Rptrs bereit. Meine Arbeit etabliert eine neue Art der crRNA Biogenese, schafft ein neues Rahmenwerk für die Detektion und Aufzeichnung von RNA und eröffnet mehr Möglichkeiten und Anwendungen für transkriptionsabhängige Editierung, Regulation und Therapie.

CRISPR-Cas systems are a versatile tool in genetic engineering because they can be easily reprogrammed to cut a specific chromosomal region or RNA transcript. The choice of nuclease, gRNA design, and target region all influence targeting efficiency, so the appropriate CRISPR components should be chosen depending on the desired application. This thesis examines factors that influence targeting in both DNA- and RNA-targeting CRISPR systems. Chapter 1 discusses the importance of target RNA abundance in shaping the immunity of type VI CRISPR systems. In bacteria, the Cas13 nuclease is known to degrade RNA specifically and non-specifically, leading to cell growth arrest, also known as dormancy. In this chapter, the factors that determine dormancy are investigated by targeting genome- and plasmid-encoded transcripts in E. coli. The observations are extended to a gRNA library targeting the entire coding genome and gRNA design rules are extrapolated. Finally, the role of Cas13 in defense is investigated by testing how the system behaves during viral infection or plasmid transformation. Chapter 2 also looks at the factors that characterize targeting efficiency, but focuses on the Cas12a DNA-targeting system in K. pneumoniae. The ultimate goal is to develop CRISPR antimicrobials as alternatives to antibiotics to eliminate multidrug-resistant and hypervirulent bacteria. Several nucleases are tested for antimicrobial activity, the Cas12a nuclease is selected and the same gRNAs are used against different strains to understand the robustness of the method. Rules for gRNA design are also investigated by looking at secondary structure and testing a gRNA library across several genomic regions in two different strains. This information is used to develop a machine-learning algorithm to predict gRNA activity. In addition, the CRISPR-Cas systems are also packaged in a T7-like phage with engineered tail fibers and delivered to K. pneumoniae. While Chapter 2 uncovers various factors that improve targeting efficiency, Chapter 3 aims to reduce targeting by the Cas9 and Cas12a nucleases to favor homology-directed repair for genome editing in E. coli. Targeting is slowed down so that some copies of the chromosomes remain intact, allowing the bacterium to survive and integrate the desired edit. To reduce targeting, different gRNA formats or nuclease variations are used, gRNA expression is modulated, or gRNAs with attenuated targeting are designed. Attenuated gRNAs are tested to introduce point mutations as well as whole gene deletions and substitutions, and the method is extended to Klebsiella oxytoca and Klebsiella pneumoniae, where it is applied to block transcription of an antibiotic resistance gene in the genome, restoring sensitivity to ampicillin. Overall, this work discusses how changing the CRISPR components alters the outcome of targeting and highlights strategies to achieve efficient or attenuated targeting depending on the desired application. / CRISPR-Cas-Systeme sind ein vielseitiges Werkzeug in der Gentechnik, da sie leicht umprogrammiert werden können, um eine bestimmte chromosomale Region oder ein RNA-Transkript zu schneiden. Die Wahl der Nuklease, das Design der gRNA und die Zielregion beeinflussen alle die Effizienz des Targetings, so dass die richtigen CRISPR-Komponenten je nach gewünschter Anwendung ausgewählt werden sollten. In dieser Arbeit werden die Faktoren untersucht, die das Targeting sowohl bei DNA-targeting als auch bei RNA-targeting CRISPR-Systemen beeinflussen. In Kapitel 1 wird erörtert, wie die Häufigkeit der Ziel-RNA die Immunität von Typ VI CRISPR-Systemen ausprägt. In Bakterien ist von der Cas13-Nuklease bekannt, dass sie RNA spezifisch und unspezifisch abbaut, was zu einem Stillstand des Zellwachstums führt, der auch als Dormanz bezeichnet wird. In diesem Kapitel werden die Faktoren untersucht, die Dormanz determinieren, indem genom- und plasmidkodierte Transkripte in E. coli ins Visier genommen werden. Die Beobachtungen werden auf eine gRNA-Bibliothek ausgeweitet, die auf das gesamte kodierende Genom abzielt, und es werden gRNA-Designregeln extrapoliert. Schließlich wird die Rolle von Cas13 bei der Verteidigung untersucht, indem getestet wird, wie sich das System während einer Virusinfektion oder Plasmidtransformation verhält. Kapitel 2 befasst sich ebenfalls mit den Faktoren, die die Targeteffizienz charakterisieren, konzentriert sich jedoch auf das Cas12a-DNA-Targeting-System in K. pneumoniae. Das Endziel ist die Entwicklung von CRISPR-Antimikroben als Alternative zu Antibiotika, um multiresistente und hypervirulente Bakterien zu eliminieren. Mehrere Nukleasen werden auf ihre antimikrobielle Aktivität getestet, die Cas12a-Nuklease wird ausgewählt und dieselben gRNAs werden gegen verschiedene Stämme eingesetzt, um die Robustheit der Methode zu verstehen. Außerdem werden die Regeln für das Design von gRNAs untersucht, indem die Sekundärstruktur betrachtet und eine gRNA-Bibliothek, die verschiedenen genomische Regionen in zwei verschiedenen Stämmen umfasst, getestet wird. Diese Informationen werden zur Entwicklung eines Algorithmus für maschinelles Lernen verwendet, um die gRNA-Aktivität vorherzusagen. Darüber hinaus werden die CRISPR-Cas-Systeme auch in einen T7-ähnlichen Phagen mit manipulierten Schwanzfasern verpackt und an K. pneumoniae übertragen. Während in Kapitel 2 verschiedene Faktoren aufgedeckt werden, die die Effizienz des Targetings verbessern, zielt Kapitel 3 darauf ab, das Targeting durch die Cas9- und Cas12a-Nukleasen zu reduzieren, um homology directed repair für Genom-Editierung in E. coli zu begünstigen. Das Targeting wird verlangsamt, so dass einige Kopien der Chromosomen intakt bleiben und das Bakterium überleben und die gewünschte Veränderung integrieren kann. Um das Targeting zu reduzieren, werden verschiedene gRNA-Formate oder Nuklease-Variationen verwendet, die gRNA-Expression wird moduliert, oder es werden gRNAs mit abgeschwächten Targeting entwickelt. Abgeschwächte gRNAs werden getestet, um Punktmutationen, Deletionen und Substitutionen ganzer Gene einzuführen, und die Methode wird auf Klebsiella oxytoca und Klebsiella pneumoniae ausgeweitet, wo sie zur Blockierung der Transkription eines Antibiotikaresistenzgens im Genom eingesetzt wird, um die Empfindlichkeit gegenüber Ampicillin wiederherzustellen. Insgesamt wird in dieser Arbeit erörtert, wie die Veränderung der CRISPR-Komponenten die Folgen des Targetings verändert und es werden Strategien hervorgehoben, um effizientes oder abgeschwächtes Targeting, je nach der gewünschten Anwendung, zu erreichen.

Titre de l'écran-titre (visionné le 15 mai 2023) / La métagénomique virale a permis l'identification de milliers de nouvelles séquences de phages dans une variété d'écosystèmes. Leur caractérisation est limitée par leur grande diversité, puisque la majorité des nouvelles séquences virales ne ressemble à aucun phage connu et répertorié. Pour faire face à ce défi, de nouveaux outils de la bio-informatique doivent être développés permettant de mieux comprendre les interactions phages-bactéries et ainsi élucider le rôle des phages dans leur écosystème. Une approche pour étudier les interactions phages-bactéries repose sur l'exploitation des systèmes CRISPR-Cas. Chez les bactéries et les archées, ces systèmes servent de mécanismes de défense contre le matériel génétique envahisseur comme le génome des phages. Grâce à de courtes séquences appelées espaceurs, incorporées dans leur locus CRISPR, les bactéries qui portent ce système peuvent reconnaître rapidement un génome de phage, le couper et ainsi bloquer l'infection. Les espaceurs sont archivés et continuent d'être ajoutés au fil des infections, rendant le locus CRISPR très dynamique. Pour les analyses bio-informatiques, les espaceurs ont plusieurs utilités, notamment pour le typage de souches bactériennes et pour la prédiction des hôtes bactériens de séquences virales. Cependant, les quelques outils existants ont été développés avant l'accélération massive dans la découverte de nouvelles séquences de phages offerte par la métagénomique virale. Ainsi, beaucoup de travail répétitif, manuel et non standardisé était requis pour utiliser les espaceurs CRISPR dans le contexte d'études de métagénomique. Les deux premiers chapitres de cette thèse sont dédiés au développement d'outils bio-informatiques exploitant les loci CRISPR. Dans un premier temps, le logiciel CRISPRStudio a été développé pour automatiser la création de figures représentant les loci CRISPR. Ce logiciel offre une grande polyvalence, tout en accélérant la production de figures. Dans un deuxième temps, un second logiciel a été créé pour prédire les hôtes bactériens des phages. Celui-ci s'appuie sur une base de données d'espaceurs de plus de 11 millions de séquences et d'une série de critères fondés sur la biologie des systèmes CRISPR-Cas pour sélectionner l'hôte bactérien le plus probable d'un phage. Cet outil a permis d'améliorer les performances, la standardisation et la facilité d'utilisation des approches de prédiction de l'hôte utilisant les espaceurs CRISPR. Puis, les deux outils ont été mis à profit dans le troisième chapitre pour l'étude spécifique des interactions phages-bactéries entre Escherichia coli et ses phages, dans le contexte du microbiote intestinal. La caractérisation des loci CRISPR a permis d'élucider le rôle probable du système CRISPR-Cas chez cette espèce, soit un mécanisme anti-prophages. À ma connaissance, il s'agit également de la première étude identifiant une aussi grande proportion des cibles des espaceurs, en trouvant l'origine de 60 % des proto-espaceurs. / Viral metagenomics has allowed the identification of thousands of new phage sequences in various ecosystems. Yet, their characterization is still limited by their great diversity, as the majority of new viral sequences resembles no known phages in reference databases. To tackle this challenge, new bioinformatic tools are needed to better understand phage-bacteria interactions and to elucidate the role of phages in their ecosystem. One approach to study phage-bacteria interactions consists in taking advantage of CRISPR-Cas systems. In bacteria and archaea, these systems act as defense mechanisms against invading genetic material, such as phage genomes. Thanks to short sequences called spacers incorporated in their CRISPR locus, bacteria that carry this system can rapidly recognize a phage genome and block its infection, analogous to an adaptive immune system. Spacers are archived and continue to be added upon phage infection, which makes the CRISPR locus highly dynamic. In bioinformatics analyses, spacers can be utilized to perform strain typing and to predict the bacterial hosts of phages. However, the few existing tools were developed before the metagenomics era and the massive discovery of new phage sequences. Thus, exploiting CRISPR loci for viral metagenomics projects requires repetitive, manual, and non-standardized work. The first two chapters of this thesis are dedicated to developing bioinformatics tools exploiting CRISPR loci. First, a software was developed to automatize the creation of figures representing CRISPR loci. CRISPRStudio offers versatility, is user-friendly and accelerates the figure production. Second, another software was created to predict the bacterial hosts of phages. It relies on a spacer database containing more than 11 million sequences and on a set of criteria inspired by CRISPR-Cas biology to select the most likely bacterial host for a phage genome. This tool improved the performances, the standardization, and the ease of use of host prediction approaches using CRISPR spacers. In the third chapter, the two tools were used to specifically study phage-bacteria interactions between Escherichia coli and its phages, present in the gut microbiota. CRISPR characterization allowed us to uncover the probable role of the CRISPR-Cas system in this species, being an anti-prophage mechanism. To my knowledge, this is the first study that identified a large proportion of spacer targets, by finding the origin of 60% of the protospacers.

L'infirmière-chef (IC) et l'infirmière clinicienne spécialisée (ICS) ont un rôle à jouer sur le plan de la qualité de soins. À l'aide de la théorie d'adaptation de Roy (2009) et du Nursing role effectiveness model d'Irvine, Sidani et McGillis Hall (1998) inspiré de la conception de Donabedian (1966), une étude de cas multiples a permis d'identifier les éléments de complémentarité et les facteurs qui facilitent et contraignent la complémentarité des rôles de l'IC et de l'ICS sur le plan de la qualité des soins. Trois études de cas ont été réalisées : un centre hospitalier (cas 1) où les éléments de processus, structure et résultats (Donabedian, 1966) qui influencent la complémentarité des rôles de l'IC et de l'ICS ont été examinés et deux dyades IC-ICS (cas 2 et 3) oeuvrant sur deux unités de soins pouvant être situées dans deux unités de soins de deux hôpitaux d'un même centre hospitalier. Les données sont issues de neuf entrevues individuelles (n=9), deux groupes de discussion (n=8), deux périodes d'observation et une consultation de documents officiels. Les résultats suggèrent que l'IC et l'ICS sont complémentaires pour réaliser des activités demandées par la structure organisationnelle visant des soins de qualité (l'analyse des incidents et accidents, la planification des besoins de formation et la mise en oeuvre d'un projet clinique). Pour la complémentarité de leur rôle, l'expertise clinique de l'ICS et de l'IC et leur proximité sont facilitantes, mais les multiples dossiers sont contraignants.