Le Streptocoque de groupe B (GBS) est un important agent d’infection invasive pouvant mener à la mort et demeure la cause principale de septicémie néonatale à ce jour. Neuf sérotypes ont été officiellement décrits basés sur la composition de la capsule polysaccharidique (CPS). Parmi ces sérotypes, le type III est considéré le plus virulent et fréquemment associé aux maladies invasives graves, telle que la méningite. Malgré que plusieurs recherches aient été effectuées au niveau des interactions entre GBS type III et les cellules du système immunitaire innées, aucune information n’est disponible sur la régulation de la réponse immunitaire adaptative dirigée contre ce dernier. Notamment, le rôle de cellules T CD4+ dans l’immuno-pathogenèse de l’infection causée par GBS n’a jamais été étudié. Dans cet étude, trois différents modèles murins d’infection ont été développé pour évaluer l’activation et la modulation des cellules T CD4+ répondantes au GBS de type III : ex vivo, in vivo, et in vitro. Les résultats d’infections ex vivo démontrent que les splénocytes totaux répondent à l’infection en produisant des cytokines de type-1 pro-inflammatoires. Une forte production d’IL-10 accompagne cette cascade inflammatoire, probablement dans l’effort de l’hôte de maintenir l’homéostasie. Les résultats démontrent aussi que les cellules T sont activement recrutées par les cellules répondantes du système inné en produisant des facteurs chimiotactiques, tels que CXCL9, CXCL10, et CCL3. Plus spécifiquement, les résultats obtenus à partir des cellules isolées T CD4+ provenant des infections ex vivo ou in vivo démontrent que ces cellules participent à la production d’IFN-γ et de TNF-α ainsi que d’IL-2, suggérant un profil d’activation Th1. Les cellules isolées T CD4+ n’étaient pas des contributeurs majeurs d’IL-10. Ceci indique que cette cytokine immuno-régulatrice est principalement produite par les cellules de l’immunité innée de la rate de souris infectées. Le profil Th1 des cellules T CD4+ a été confirmé en utilisant un modèle in vitro. Nos résultats démontrent aussi que la CPS de GBS a une role immuno-modulateur dans le développement de la réponse Th1. En résumé, cette étude adresse pour la première fois, la contribution des cellules T CD4+ dans la production d’IFN-γ lors d’une infection à GBS et donc, dans le développement d’une réponse de type Th1. Ces résultats renforcent d’avantage le rôle central de cette cytokine pour un control efficace des infections causées par ce pathogène. / Group B Streptococcus (GBS) is an important agent of life-threatening invasive infections and remains the leading cause of neonatal sepsis to this day. Nine serotypes have been officially described based on capsular polysaccharide (CPS) composition. Among them, capsular type III is considered one of the most virulent and frequently associated with severe invasive diseases, such as meningitis. Although extensive research has been done on the interactions between GBS type III and various cells of the innate immune system, no information is available on the regulation of the adaptive immune response against this pathogen. In particular, the role of CD4+ T cells in the immuno-pathogenesis of the infection caused by GBS has never been assessed. In this study, three different models of murine infection were developed to evaluate activation and modulation of responding CD4+ T cells against GBS type III: ex vivo, in vivo, and in vitro. Ex vivo analysis of total splenocytes showed that GBS induces the release of type-1 pro-inflammatory cytokines. A strong IL-10 production follows this inflammatory cascade, indicating the host effort to maintain homeostasis. Results also indicate that T cells were actively recruited by responding innate immune cells via the release of chemotactic factors such as CXCL9, CXCL10, and CCL3. More specifically, results obtained from isolated CD4+ T cells from ex vivo or in vivo infections showed that they actively participate in the production of IFN-γ and TNF-α, as well as IL-2, suggesting a Th1 profile of activation. On the other hand, isolated CD4+ T cells were not main sources of IL-10. This observation suggests that this immuno-regulatory cytokine is produced mainly by cells of the spleen innate immune system of infected animals. The CD4+ Th1 cell profile was confirmed using an in vitro model of infection. Our results also suggest that the GBS CPS plays an immuno-modulatory role in the development of a Th1 response. In summary, this study addresses for this first time the contribution of CD4+ T cells in IFN-γ production during GBS infection, and thus, in the development of a Th1 response. Our data further highlight the central role of this cytokine for effective control of GBS infections.

Made available in DSpace on 2016-08-17T18:39:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3277.pdf: 7015864 bytes, checksum: 9834075e819d2bb62213cf25d21ce5e5 (MD5) Previous issue date: 2010-08-27 / Haemophilus influenzae type b (Hib) is a Gram negative bacterium responsible for causing meningitis worldwide. The capsular polysaccharide b, a polymer composed by repeating units of ribosyl-ribitol phosphate (PRP), is the major virulence factor and it is used in the formulation of the vaccine against this microorganism. Despite their high efficiency, the conjugated vaccine against Hib is a product of high production cost, which involves fermentation, purification and conjugation processes to obtain a final product within the specifications of the World Health Organization (WHO). The improvement of the culture medium and cultivation conditions can contribute to reduce the cost of this vaccine in order to facilitate its dissemination in developing countries. The main objective of this work was to identify culture conditions that result in higher production of capsular polysaccharide, helping to reduce costs in the steps of purification and conjugation. The experiments were carried out in shake flasks or in bioreactors with 7-13 liters of capacity. The temperature was maintained at 37 °C, pH controlled at 7.5 by adding NaOH 5M and the concentration of dissolved oxygen (CDO) maintained at 30% of air saturation. The specific flow rate of air ranged between 0.2 and 1 VVM. Samples were collected at regular time intervals to measure optical density (DO540nm), biomass concentration, capsular polysaccharide (PRP) production and concentrations of glucose and metabolites. Two possibilities for increasing polysaccharide production were studied: 1) different strategies of fed-batch cultivation consisting of: a) intermittent addition of glucose (FBIG), b) constant feeding (FBCF), c) exponential feeding (FBEF), e d) exponential feeding with cell recycle and perfusion (FBER + P); 2) improvement of culture media composition regarding the carbon/nitrogen ratio through the use of central composite rotational design (CCRD) methodology, having as independent variables: Soy Peptone (S), Yeast Extract (YE) and Glucose (G). Quality parameters were also evaluated to assess the molecular weight profile of the product (PRP) as well as morphological aspects of the microorganism. Economic analysis of different cultivation strategies was used to identify the more economically viable process. The results of the different cultivation strategies together with the outputs of the studied processes cost analysis showed that FBCF, with a cost of U.S.$ 425.50/g PRP and productivity of 88 mg/L.h, showed to be the best alternative among PRP production processes due to its lower cost with a good productivity. In the study of the culture media composition through the statistical analysis of the CCRD results showed that the best culture media composition (BCM) consisted of S 5 g/L; YE 5.5g /L and G of 15.25 g/L. DO540nm and PRP volumetric production values of 8.4 and 410 mg/L, respectively, were attained in validation experiments carried out in shake flasks at the BCM condition. For the bioreactor BCM validation experiment, biomass concentration of 3 g DW/L and polysaccharide production of 600 mg PRP/L were observed. Similar values were reached at validation runs performed in shake flasks and bioreactor for the central point CP condition, showing that both BCM and CP conditions belong to the optimum region. The analysis of quality parameters showed that the cultivation time influences strongly the size of the polysaccharide molecule. The longer the cultivation time, the lower molecular weight was found. The analysis by transmission electron microscopy (TEM) of H. influenzae cells revealed a predominance of round cells in the sixth hour of cultivation, whereas in the twelfth hour of cultivation the cells exhibited a more elongated morphology with the presence of cytoplasmic inclusions in the shape of granules, possibly due to the accumulation of some reserve material. Based on these results, the new composition of the culture medium resulted in an increased of cell growth and capsular polysaccharide production with half of the sources nitrogen (soybean peptone and yeast extract) concentrations, which reduces the production cost. The cultivations that resulted in higher production and productivity of polysaccharide were FBCF (1600 mg PRP/L and 88 mg PRP/(L.h)) and FBER+ P (1800 mg PRP/L and 129 mg PRP/(L.h)). The FBER+P reached 30% higher productivity of polysaccharide than the best result described in the literature (90 mg PRP/(L.h)). However, the FBCF cultivation was economically more viable. / Haemophilus influenzae tipo b (Hib) é uma bactéria Gram negativa responsável por causar meningite em todo o mundo. O polissacarídeo capsular b, um polímero composto por unidades repetidas de ribosil-ribitol-fosfato (PRP) e o principal fator de virulência, sendo utilizado na formulação da vacina contra este microrganismo. Apesar de sua elevada eficiência, a vacina conjugada contra Hib é um produto de alto custo de produção por envolver processos de fermentação, purificação e conjugação para obtenção de um produto final dentro das especificações da Organização Mundial da Saúde (OMS). O melhoramento do meio de cultura e das condições de cultivo pode contribuir para redução do custo desta vacina de forma a facilitar sua difusão nos países subdesenvolvidos. Assim, o principal objetivo deste trabalho foi identificar condições de cultivo que resultem em maior produção de polissacarídeo capsular, contribuindo para reduzir os custos nas etapas de purificação e conjugação. Os ensaios foram conduzidos em frascos agitados ou em biorreatores com 7 a 13 litros de capacidade nominal. A temperatura foi mantida em 37oC, o pH controlado em 7,5 através da adição de NaOH 5M e a concentração de oxigênio dissolvido (COD) mantida em 30 % da saturação do ar. A vazão especifica de ar variou entre 0,2 e 1 VVM. Amostras foram coletadas em intervalos regulares de tempo para mensurar densidade óptica (DO540nm), concentração celular, produção de polissacarídeo capsular (PRP) e concentrações de glicose e metabolitos. Duas possibilidades para aumentar a produção de polissacarídeo foram estudadas: 1) diferentes estratégias de cultivo descontinuo alimentado consistindo por: a) adição intermitente de glicose (CDAIG), b) vazão constante (CDAVC), c) vazão exponencial (CDAVE), e d) reciclo de células seguido de perfusão (CDAVE+P)); e 2) o melhoramento da composição do meio de cultura quanto à relação carbono/nitrogênio através do uso da metodologia de delineamento composto central rotacional (DCCR), tendo como variáveis independentes: Peptona de Soja (S), Extrato de Levedura (EL) e Glicose (G). Parâmetros de qualidade também foram avaliados para verificar o perfil da massa molecular do produto (PRP) e os aspectos morfológicos do microrganismo. Os resultados das diferentes estratégias de cultivo juntamente com os resultados da analise econômica do custo dos processos estudados mostraram que o CDAVC, com custo de US$ 425.50/g PRP por ano e produtividade de 88 mg/(L.h), demonstrou ser a melhor alternativa para o processo de produção de PRP por apresentar menor custo com boa produtividade. Já o estudo da composição do meio de cultura através da analise estatística dos resultados do DCCR mostraram que a melhor composição do meio de cultivo (MMC) consistia em S de 5 g/L, EL de 5,5 g/L e G de 15,25 g/L. Valores de DO540nm de 8,4 e de produção volumétrica de polissacarídeo de 410 mg PRP/L foram alcançados em experimentos de validação na condição MMC realizados em shaker. Para o ensaio de validação da condição MMC em reator, a concentração de biomassa de 3,0 g MS/L e a produção de polissacarídeo capsular de 600 mg PRP/L foram observadas. Valores semelhantes foram obtidos em experimentos de validação realizados em shaker e biorreator na condição CPC, mostrando que tanto a condição CPC como a MMC pertencem a região de ótimo. A analise dos parâmetros de qualidade mostrou que o tempo de cultivo influencia fortemente no tamanho da molécula do polissacarídeo, sendo que quanto maior o tempo de cultivo, menor a sua massa molecular. A analise por microscopia eletrônica de transmissão (MET) das células de H. influenzae mostrou a predominância de células com morfologia arredondada na sexta hora de cultivo, enquanto que, na décima segunda hora de cultivo, as células apresentaram morfologia mais alongada e exibiram a presença de inclusões citoplasmáticas na forma de grânulos, possivelmente devido ao acumulo de algum material de reserva. Diante dos resultados obtidos, a nova composição de meio resultou em maior crescimento celular e produção de polissacarídeo capsular, com metade das concentrações das fontes de nitrogênio (peptona de soja e extrato de levedura), o que reduz o custo de produção. Os cultivos que resultaram em maior produção e produtividade foram o CDAVC (1600 mg PRP/L e 88 mg PRP/L.h) e o CDAVE+P (1800 mg PRP/L e 129 mg PRP/L.h), sendo que este ultimo (CDAVE+P) atingiu produtividade 30 % maior que o melhor resultado ate então descrito na literatura (90 mg PRP/L.h). No entanto, o cultivo CDAVC apresentou maior viabilidade do ponto de vista econômico e de execução e passível de escalonamento.

Les bactéries possèdent une famille particulière de tyrosine-autokinases, les BY-kinases. Ces enzymes sont impliquées dans la régulation de plusieurs processus cellulaires dont la synthèse et l'export des polysaccharides extracellulaires qui jouent un rôle crucial dans la virulence de certaines bactéries pathogènes. Cependant, les mécanismes de régulation sous-jacents sont inconnus. L'objectif de ma thèse a été de caractériser d'un point de vue structural et fonctionnel le rôle des BY-kinases. Pour cela, j'ai réalisé trois études indépendantes dans trois modèles bactériens différents. Chez Escherichia coli, j'ai identifié et étudié la surface d'interaction entre la BY-kinase Wzc et sa phosphatase associée Wzb afin de comprendre comment Wzb déphosphoryle Wzc. Chez Staphylococcus aureus, j'ai participé à la caractérisation structurale de la pseudo-BY-kinase CapB1. Par comparaison avec la structure de son homologue actif CapB2, mes études ont permis de suggérer l'existence d'un mécanisme de régulation de la synthèse des polysaccharides extracellulaires impliquant CapB2 et CapB1. Enfin, chez Streptococcus pneumoniae, j'ai mis en évidence que si l'autophosphorylation de la BY-kinase CpsD était indispensable à la synthèse de la capsule polysaccharidique, elle était également indispensable à la division de la cellule. Ainsi, mes travaux ont permis de proposer l'existence d'un mécanisme de coordination de la production de la capsule et du cycle cellulaire du pneumocoque. D'un point de vue appliqué, l'ensemble de mes travaux représente une étape préalable et prometteuse au développement de nouvelles molécules, ciblant les BY-kinases de manière spécifique, afin de lutter contre la virulence de certaines bactéries pathogènes / Bacteria possess a particular family of tyrosine-autokinases named BY-kinases. These enzymes are involved in the regulation of numerous cellular functions including the synthesis and export of extracellular polysaccharides that play a critical role in the virulence of different bacterial pathogens. However, the mechanisms of these processes remain unknown. The aim of my thesis was to characterize the role of these BY-kinases by structural and functional approaches. For that, I have realized three independent studies in three bacterial models. In Escherichia coli, I have characterized the interaction surface between the BY-kinase Wzc and its cognate phosphatase Wzb to understand how Wzb dephosphorylates Wzc. In Staphylococcus aureus, I have studied structurally the pseudo-BY-kinase CapB1. By comparison with the structure of its active homologue CapB2, my studies have allowed to suggest the existence of a mechanism controlling capsular polysaccharides synthesis involving both CapB1 and CapB2. Last, in Streptococcus pneumoniae, I have showed that while the autophosphorylation of the BY-kinase CpsD is necessary for proper synthesis of capsular polysaccharides, it is also involved in cell division. Thus, my work shows that a mechanism coordinating capsule production and cellular cycle exists in the pneumococcus. These works constitute a preliminary and promising step toward the development of new molecules, targeting specifically BY-kinases and aim to combat the virulence of bacterial pathogens

Streptococcus suis et Streptococcus du groupe B (GBS) sont deux bactéries encapsulées qui induisent des pathologies similaires chez l’homme et/ou l’animal, incluant septicémies et méningites. La capsule polysaccharidique (CPS) est un facteur de virulence clé de ces deux pathogènes et les anticorps (Ac) anti-CPS présentent un bon potentiel protecteur. Néanmoins, ces molécules sont faiblement immunogéniques et les mécanismes de la génération de la réponse humorale anti-CPS demeurent méconnus. L’objectif principal de cette thèse était d’évaluer les caractéristiques et les mécanismes du développement de la réponse Ac dirigée spécifiquement contre les CPS de S. suis et GBS, ainsi que l’effet de la biochimie de la CPS dans cette réponse. Nous avons étudié S. suis types 2 et 14 et GBS types III et V, dont les CPS présentent plusieurs similarités dans leurs compositions et leurs structures, incluant la présence d’acide sialique, un sucre potentiellement immunosuppresseur, tout en possédant une antigénicité propre. Nous avons tout d’abord analysé la nature de la réponse Ac anti-CPS sérique face à la bactérie entière. Les souris infectées par S. suis développent une réponse très faible (S. suis type 2) voire insignifiante (S. suis type 14) de profil isotypique restreint à l’IgM et sont incapables de monter une réponse mémoire efficace face à une seconde infection. Un profil similaire est obtenu chez le porc infecté par S. suis type 2. On détecte des titres d’IgM anti-CPS significatifs chez les souris infectées par GBS (type III ou V). Toutefois, la magnitude de la réponse reste globalement faible et aucune commutation de classe n’est observée. Nous avons ensuite examiné l’influence de la biochimie de la CPS sur ces profils de réponse en conduisant des expériences avec la CPS hautement purifiée de ces pathogènes. Tandis que la CPS de GBS type III administrée aux souris conserve des propriétés immunogéniques similaires à celles observées durant l’infection par la bactérie intacte, les CPS de S. suis type 2 et GBS type V perdent toute capacité à induire une réponse Ac spécifique. L’analyse de l’interaction in vitro des CPS avec les cellules dendritiques (DC) murines, des acteurs clés dans la détection des pathogènes et l’orchestration des réponses immunitaires subséquentes, révèle que ces molécules stimulent la production de niveaux conséquents de chémokines via différents récepteurs. Néanmoins, les CPS sont inaptes à induire la sécrétion de cytokines et elles interfèrent avec la capacité des DC à exprimer BAFF, une cytokine clé dans la différenciation des lymphocytes B en plasmocytes. L’utilisation de CPS chimiquement désialylées démontre que l’acide sialique ne joue aucun rôle immunosuppresseur majeur dans le développement de la réponse Ac dirigée contre les CPS purifiées de S. suis ou GBS, ni sur l’interaction des CPS avec les DC in vitro, ni sur profil de la réponse in vivo. D’autres propriétés biochimiques intrinsèques à ces CPS seraient responsables de l’inaptitude de l’hôte infecté à monter une réponse Ac adéquate et les identifier constituera un outil précieux pour une meilleure compréhension de l’immunopathogénèse de S. suis et GBS ainsi que pour développer des moyens de lutte efficaces contre ces bactéries. / Streptococcus suis and Group B Streptococcus (GBS) are two encapsulated bacteria that induce similar pathologies in humans and/or animals, including septicemia and meningitis. The capsular polysaccharide (CPS) is a major virulence factor for both pathogens and CPS-specific antibodies (Ab) display a good protective potential. However, CPSs are weak immunogenic molecules and the mechanisms of the generation of the CPS-specific humoral response remain poorly known. Thus, the main objective of this thesis was to evaluate the characteristics and the mechanisms of the development of the Ab response directed against S. suis and GBS CPSs, as well as the influence of the biochemistry of the CPS on this response. We worked with S. suis types 2 and 14 and GBS types III and V, whose CPSs present several similarities in their compositions and structures, including the presence of sialic acid, a potentially immunosuppressive sugar, while being very distinct antigens. Initially, we analyzed the features of the CPS-specific serum Ab response to whole bacteria. S. suis-infected mice developed a very low (S. suis type 2) to undetectable (S. suis type 14) response restricted to the IgM isotype, and were unable to mount an efficient memory response after a secondary infection. A similar profile of response was obtained in S. suis type 2-infected pigs. We detected significant CPS-specific IgM titers in GBS-infected mice (type III or V). Nonetheless, the magnitude of the response remained globally low and no isotype switching was observed. Then, we examined the influence of the biochemistry of the CPS on these response profiles by conducting experiments with highly purified CPSs from these pathogens. Whereas the purified GBS type III CPS administrated to mice retained similar immunogenic properties as those observed during the infection with the intact bacteria, purified S. suis type 2 and GBS type V CPSs were no longer able to induce a specific Ab response. The analysis of the in vitro interaction between the CPSs and murine dendritic cells (DCs), crucial actors in the detection of pathogens and the orchestration of subsequent immune responses, revealed that these molecules stimulate the production of significant levels of chemokines through different receptors. Nevertheless, CPSs were unable to induce cytokine secretion and interfered with the ability of DCs to express BAFF, a key cytokine for B lymphocyte differentiation into plasma cells. The use of chemically desialylated CPSs demonstrated that sialic acid does not play a major immunosuppressive role in the development of the Ab response specific to purified S. suis or GBS CPSs, neither on the in vitro interaction between CPSs and DCs, nor on the profile of the in vivo response. Other biochemical properties intrinsic to these CPSs would be responsible for the inaptitude of the infected host to mount an adequate Ab response, and their identification will be a precious tool for a better understanding of the immunopathogenesis of S. suis and GBS, as well as for the development of efficient strategies to fight against these bacteria.

Le streptocoque du groupe B (GBS) est un agent causant des septicémies et des méningites chez les nouveaux nés et chez les adultes. Une réaction sérologique dirigée contre la capsule polysaccharidique (CPS) permet de différencier les 10 sérotypes de GBS, dont le sérotype III qui est le plus fréquemment isolé en cas de méningite. Actuellement l’efficacité de l’unique traitement disponible, l’antibioprophylaxie intrapartum, est controversée. Dans l’optique d’élargir les options de prévention, cette étude vise à mieux comprendre les interactions entre GBS III et le développement de la réponse adaptative, sujet qui est peu documenté. Cette étude a évalué, par cytométrie en flux (FACS), les sous-populations des lymphocytes B (LB) spléniques impliquées suite à l’infection systémique de GBS III dans un modèle in vivo. De plus, la réponse humorale contre GBS III et contre la CPS III purifiée ainsi que la formation des centres germinatifs (GCs) spléniques dans un contexte de multiples infections par GBS ont été évalués. Les résultats suggèrent que la première infection stimule la production d’anticorps contre GBS III mais peu contre sa CPS. De plus, GBS III activerait la différenciation des LB et induirait la formation des GCs liée au déclenchement d’une réponse mémoire permettant un meilleur contrôle lors des infections subséquentes. Malgré sa faible immunogénicité, la CPS ne semblerait pas interférer avec le développement de l’immunité adaptative humorale contre la bactérie. La production d’anticorps contre GBS III qui implique la commutation de classe serait principalement produite contre des épitopes différents de ceux composant la CPS III. / Group B Streptococcus (GBS) is an agent of septicemia and meningitis in newborns but also in adults. A serological reaction directed against the polysaccharide capsule (CPS) allows to differentiate 10 GBS serotypes, including serotype III which is the most frequently isolated in cases of meningitis. Currently the effectiveness of the only available treatment, intrapartum antibiotic prophylaxis, is controversial. To improve prevention strategies, this study aims to better understand the interactions between GBS and the development of the adaptive response, a subject that is poorly documented. This study evaluated, by flow cytometry (FACS), the splenic subpopulations of B lymphocytes (LB) involved following systemic GBS infection in an in vivo model. This study also evaluated the serum anti-GBS antibody response and against its purified capsule as well as the formation of splenic germinal centers (GCs) in the context of multiple GBS infections. Results suggest that the first infection stimulates the production of antibodies against GBS III but little against its capsule. Furthermore, results suggest that GBS activates B cell differentiation by inducing the production of GCs, which are linked to triggering a memory response allowing better control in subsequent infections. Despite its low immunogenicity, the CPS does not appear to interfere with the development of adaptive humoral immunity against the bacteria. Therefore, the production of antibodies against GBS III, involving class switching, would recognize different epitopes from those found on its capsule.

Streptococcus suis est un important pathogène bactérien causant de graves maladies invasives telles que la septicémie, l’endocardite, la méningite et la mort subite chez les porcs. La bactérie est également capable de causer des zoonoses, où la méningite, le choc septique et la mort pourront être observés. Comme il n’existe présentement aucun vaccin universel efficace disponible commercialement, les antibiotiques restent le seul outil efficace permettant de limiter et prévenir les infections par S. suis. Toutefois, une augmentation de la présence de résistance aux antimicrobiens est observée parmi les souches de S. suis. Cette situation est alarmante, d’autant plus que la bactérie pourrait potentiellement agir comme réservoir de gènes de résistance et les transmettre à d’autres streptocoques pathogènes, tels que Streptococcus pyogenes, Streptococcus pneumoniae et Streptococcus agalactiae, ce qui pourrait avoir de graves conséquences pour la santé animale et humaine. Il devient donc crucial d’améliorer les connaissances sur l’établissement de la réponse immunitaire contre S. suis pour pouvoir améliorer le développement de futurs vaccins efficaces. Ainsi, les objectifs de cette thèse sont d’étudier les interactions entre les cellules B et Streptococcus suis, et d’évaluer leur impact sur le développement de la réponse humorale. Dans un premier temps, une caractérisation globale de l’établissement de la réponse humorale et de l’activation des cellules B, ont été effectuées grâce à des infections expérimentales avec S. suis sérotype 2 (sérotype le plus important chez le porc et l’humain) dans un modèle murin. Ceci a permis d’observer que S. suis module la réponse des cellules B et cause un ralentissement de la formation des sites de spécialisation des cellules B activées, les centres germinatifs, accompagné d’une absence de gain d’avidité des IgG chez la souris. Également, il a été observé que les anticorps IgM ciblant la bactérie, et sa capsule polysaccharidique, étaient les plus impliqués dans l’élimination de S. suis sérotype 2 tandis que les IgGs semblaient jouer un rôle mineur. Par la suite, les cellules de la rate de souris, infectées ou non, ont été cultivées pour observer leur réponse, grâce à la production de cytokines, suite à une infection avec S. suis. Des co-cultures composées d’une combinaison de cellules dendritiques ainsi que des cellules T et B isolées à partir de la rate de souris, infectées ou non, ont également été employées pour déterminer la production spécifique des cellules T et B. Les cellules spléniques issues de souris infectées avec S. suis présentaient un profil de production de cytokines altéré, avec une plus forte production d’IL-10 que celles issues de souris naïves, ce qui pourrait partiellement expliquer la modulation de la réponse humorale observée précédemment. Les cellules B ont également été identifiées comme de fortes productrices d’IL-1β, IL-12p70 et IFN-γ, mais nécessitaient d’avoir été préalablement exposées aux antigènes bactériens pour atteindre la production maximale. Les cellules B étaient également capables d’agir de concert avec les cellules dendritiques, et produire plus de cytokines. De plus, il a été observé que la capsule polysaccharidique de la bactérie modulait la production de cytokines par les cellules du système immunitaire. Finalement, le rôle joué par la structure de la capsule polysaccharidique de la bactérie sur l’établissement et le rôle de la réponse immunitaire humorale a été évalué en comparant les capsules des sérotypes 2, 3, 4, 7, 8, 9 et 14 de S. suis. Il a été déterminé que la structure de la capsule influence la protection offerte contre la réponse immunitaire chez la souris. De plus, la CPS influence également la détection des antigènes sous-capsulaires par les anticorps, ce qui entraînerait des conséquences sur l’élimination induite grâce à ceux-ci. Également, la structure de la capsule polysaccharidique de certains sérotypes de S. suis offrirait une protection supérieure à celle d’autres sérotypes, ce qui pourrait influencer la virulence des isolats en plus d’affecter l’efficacité vaccinale grâce au masquage des antigènes de surface. Les résultats obtenus lors de cette thèse apportent de nouvelles connaissances sur le développement des anticorps contre S. suis et sur l’identité des anticorps utiles contre S. suis. De plus, des informations nouvelles ont été obtenues sur la réponse des cellules B face au contact avec S. suis et sur l’impact qu’à la capsule polysaccharidique, ainsi que sa structure, sur la détection de la bactérie par les cellules B et les anticorps. Les connaissances apportées à la communauté scientifique grâce aux travaux décrits dans cette thèse permettent d’élucider des questions importantes au sujet de S. suis et établir les bases permettant de développer des vaccins efficaces contre Streptococcus suis. / Streptococcus suis is an important bacterial pathogen that causes severe invasive diseases such as septicemia, endocarditis, meningitis, and sudden death in pigs. The bacterium is also able to cause zoonosis where meningitis, septic choc and death can be observed. Since there is currently no universal effective vaccine commercially available, antibiotics remain the sole tool available to prevent and limit S. suis infections. However, an increase in S. suis strains showing resistances has been observed. This situation is preoccupying since the bacteria could serve as a reservoir for resistance genes and could pass these genes to other pathogenic streptococci, such as Streptococcus pyogenes, Streptococcus pneumoniae and Streptococcus agalactiae, which could have dire consequences for animal and human health. Thus, it becomes crucial to deepen our knowledge on how the immune response is established against S. suis to help improve the development of future effective vaccines. The objectives of this thesis are to study the interactions between B cells and Streptococcus suis and evaluate their impact on the development of the humoral response. First, a global characterisation of the establishment of the humoral response and the activation of B cell was performed following experimental infections with S. suis serotype 2 (the most important serotype in both pigs and humans) in a mouse model. This permitted the observation that S. suis was able to modulate the response of B cells by impairing the formation of germinal centers, the specialisation sites for activated B cells, and was paired with a lack of IgG avidity increase. Additionally, it was observed that IgM antibodies that target the bacterium, and its CPS, are the ones mainly involved in the elimination of S. suis serotype 2 and IgGs played a lesser role. Following this, the cells from the spleens of mice, infected or naïve, were cultivated to observe their response, by monitoring cytokine production, following infections with S. suis. Co-culture systems comprised of a combination of dendritic cells and T and B cells isolated from the spleens of mice, infected or naïve, were also employed to determine the specific production of cytokines by T and B cells. Splenic cells isolated from mice infected with S. suis presented a cytokine production profile that was altered, and showcased a strong production of IL-10, which could explain the modulation of the humoral response previously reported. B cells were identified as strong producers of IL-1β, IL-12p70 et IFN-γ but needed to be pre-exposed to bacterial antigens to reach maximal production. Additionally, B cells were able to act in synergy with dendritic cells and produce higher amounts of cytokines. It was also observed that the capsular polysaccharide of the bacteria played a significant role and modulated the production of cytokines by immune cells. Next, the role played by the structure of the capsular polysaccharide of the bacteria on the establishment and role of the humoral response was evaluated by comparing the capsules of S. suis serotypes 2, 3, 4, 7, 8, 9 and 14. It was determined that the structure of the capsule influences the protection offered against the immune response of mice and influenced the detection of sub-capsular antigens by antibodies which could limit elimination induced by them. Additionally, the structure of the capsular polysaccharide of some serotypes of S. suis could provide higher levels of protection than other serotypes, which could have implications in the virulence of isolates and vaccine efficacy by masking surface antigens. The results obtained during this thesis bring new knowledge on the development of antibodies targeting S. suis and on the identity of useful antibodies to fight S. suis infections. Additionally, new informations have been obtained on the response of B cells following contact with S. suis and the impact that the capsular polysaccharide, and it’s structure, has on the detection of the bacteria by cells and antibodies. The knowledge brought to the scientific community thanks to the work described in this thesis bring answers to important questions surrounding S. suis and set foundations to help develop efficacious vaccines against Streptococcus suis.

Streptococcus du Groupe B (GBS) et Streptococcus suis sont deux pathogènes encapsulés qui induisent des pathologies similaires dont la méningite et la septicémie chez les animaux et/ou les humains. Les sérotypes III et V du GBS et les sérotypes 2 et 14 du S. suis (utilisés dans cette étude) sont parmi les plus prévalents et/ou les plus virulents. La capsule polysaccharidique (CPS) définit le sérotype et est considérée comme un facteur de virulence essentiel pour les deux espèces bactériennes. Malgré que plusieurs études aient été réalisées au niveau des interactions entre ces streptocoques et les cellules de l’immunité innée, aucune information n’est disponible sur la régulation de la réponse immunitaire contre ces pathogènes par les cellules dendritiques (DCs) et leur interactions avec d’autres cellules, notamment les cellules ‘natural killer’ (NK). Dans cette étude, différentes approches (in vitro, ex vivo et in vivo) chez la souris ont été développées pour caractériser les interactions entre les DCs, les cellules NK et GBS ou S. suis. L’utilisation de mutants non encapsulés a permis d’évaluer l’importance de la CPS dans ces interactions. Les résultats in vitro avec les DCs infectées par GBS ou S. suis ont démontré que ces deux pathogènes interagissent différemment avec ces cellules. GBS est grandement internalisé par les DCs, et ce, via de multiples mécanismes impliquant notamment les radeaux lipidiques et la clathrine. Le mécanisme d’endocytose utilisé aurait un effet sur la capacité du GBS à survivre intracellulairement. Quant au S. suis, ce dernier est très faiblement internalisé et, si le cas, rapidement éliminé à l’intérieur des DCs. GBS et S. suis activent les DCs via différents récepteurs et favorisent la production de cytokines et chimiokines ainsi que l’augmentation de l’expression de molécules de co-stimulation. Cette activation permet la production d’interferon-gamma (IFN-y) par les cellules NK. Cependant, GBS semble plus efficient à activer les DCs, et par conséquent, les cellules NK que S. suis. La production d’IFN-y, en réponse à la stimulation bactérienne, est principalement assurée par un contact direct entre les DCs et les cellules NK et ne dépend qu’en partie de facteurs solubles. De plus, nos résultats in vivo ont démontré que ces deux streptocoques induisent rapidement la libération d'IFN-y par les cellules NK lors de la phase aiguë de l'infection. Ceci suggère que les interactions entre les DCs et les cellules NK pourraient jouer un rôle dans le développement d’une réponse immune T auxiliaire de type 1 (T ‘helper’ 1 en anglais; Th1). Cependant, la capacité de S. suis à activer la réponse immunitaire in vivo est également plus faible que celle observée pour GBS. En effet, les CPSs de GBS et de S. suis jouent des rôles différents dans cette réponse. La CPS de S. suis empêche une activation optimale des DCs et des cellules NK alors que c’est l’opposé pour la CPS de GBS, indépendamment du sérotype évalué. En résumé, cette étude adresse pour la première fois la contribution des DCs et des cellules NK dans la réponse immunitaire innée lors d’une infection à GBS ou à S. suis et, par extension, dans le développement d’une réponse Th1. Nos résultats renforcent davantage le rôle central des DCs dans le contrôle efficace des infections causées par des bactéries encapsulées. / Group B Streptococcus (GBS) and Streptococcus suis are two encapsulated pathogens that induce similar pathologies, including septicemia and meningitis in animals and/or humans. Serotypes III and V of GBS and serotypes 2 and 14 of S. suis (evaluated in this study) are the most prevalent and/or virulent types. The capsular polysaccharide (CPS) defines the serotype and is considered as a key virulence factor for both bacterial species. Although several studies have addressed the interactions of these streptococci and various cells of the innate immune system, no information is available on the regulation of the immune response against these pathogens by dendritic cells (DCs), and their interactions with other cells, including natural killer (NK) cells. In this study, different approaches (in vitro, ex vivo and in vivo) in mice were developed to characterize the interactions between DCs, NK cells and GBS or S. suis. Non-encapsulated mutants were used to evaluate the importance of the CPS in these interactions. In vitro results with GBS- or S. suis-infected DCs showed that these two pathogens differently interact with these cells. GBS is largely internalized by DCs through multiple endocytosis mechanisms, mainly involving lipid rafts and clathrin. The use of a specific endocytosis pathway might help GBS to survive intracellularly. In contrast, S. suis is poorly internalized and, if the case, rapidly eliminated within the DCs. GBS and S. suis activate DCs through different receptors leading to the release of cytokines and chemokines and increased expression of co-stimulatory molecules. This activation allows the production of IFN- by NK cells. Yet, S. suis capacity to activate DCs and NK cells is lower than that observed for GBS. IFN- release in response to bacterial stimulation was mainly mediated by direct DC-NK cell contact and only partially dependant on soluble factors. In addition, our in vivo results showed that these two streptococcal species rapidly induce the release of IFN- by NK cells during the acute phase of the infection. This suggests that the DC-NK crosstalk might play a role in the development of a T helper 1 (Th1) response. Yet, S. suis capacity to activate the in vivo immune response was also lower than that observed for GBS. In fact, GBS and S. suis CPSs play different roles in this response. S. suis CPS prevents optimal activation of DCs and NK cells whereas it is the opposite for GBS, independently of the serotype tested. In summary, this study addresses for the first time the contribution of DCs and NK cells to the innate immune response against GBS and S. suis infections, and by extension, to the development of a Th1 response. Our results further highlight the central role of DCs in the effective control of infections caused by encapsulated bacteria.

Streptococcus suis est un important pathogène porcin et agent zoonotique responsable de méningites et de septicémies. À ce jour, les mécanismes impliqués dans la réponse immunitaire de l’hôte lors de l’infection par S. suis sont peu connus; et il en est de même pour les stratégies utilisées par S. suis afin de déjouer cette réponse. L’augmentation de l’incidence et de la sévérité des cas humains souligne le besoin d’une meilleure compréhension des interactions entre S. suis et le système immunitaire afin de générer une réponse immunitaire efficace contre ce pathogène. Les cellules dendritiques (DCs) sont de puissantes cellules présentatrices d’antigènes qui stimulent les lymphocytes T et B, assurant la liaison entre l’immunité innée et l’immunité adaptative. L’objectif principal de ce projet était d’évaluer le rôle joué par différents facteurs de virulence de S. suis sur la modulation de la fonction des DCs et de la réponse T-dépendante. Nous avons examiné l’effet des facteurs clés pour la virulence de S. suis, dont la capsule polysaccharidique (CPS), les modifications de la paroi cellulaire (D-alanylation de l’acide lipotéichoïque et N-déacétylation du peptidoglycane) et la toxine suilysine, sur l’activation et la maturation de DCs murines dérivées de la moelle osseuse (bmDCs). Suite à l’infection par S. suis, les bmDCs sont activées et subissent un processus de maturation caractérisé par l’augmentation de l’expression de molécules de co-stimulation et la production de cytokines pro-inflammatoires. La CPS est le principal facteur interférant avec la production de cytokines, même si les modifications de la paroi cellulaire et la suilysine peuvent également moduler la production de certaines cytokines. Enfin, la CPS, les modifications de la paroi cellulaire et la suilysine interfèrent avec la déposition du complément à la surface des bactéries et, en conséquence, avec le « killing » dépendant du complément. Les résultats ont été confirmés à l’aide de bmDCs porcines. Nous avons aussi voulu identifier les récepteurs cellulaires impliqués dans la reconnaissance de S. suis par les DCs. Nous avons démontré que la production de cytokines et l’expression des molécules de co-stimulation par les DCs sont fortement dépendantes de la signalisation par MyD88, suggérant que les DCs reconnaissent S. suis et deviennent activées majoritairement via la signalisation par les récepteurs de type Toll (TLRs). En effet, on remarque une diminution de la production de plusieurs cytokines ainsi que de l’expression de certaines molécules de co-stimulation chez les DCs TLR2-/- ou TLR2-/- et TLR9-/- double négatives. Finalement, le récepteur NOD2 semblait jouer un rôle partiel dans l’activation des DCs suite à une infection par S. suis.Enfin, nous avons évalué les conséquences de la modulation des fonctions des DCs sur le développement de la réponse T-dépendante. Les splénocytes totaux produisent plusieurs cytokines en réponse à S. suis. Des analyses in vivo et ex vivo ont permis d’observer l’implication des cellules T CD4+ et le développement d’une réponse de type « T helper » 1 (TH1) bien que la quantité de cytokines TH1 produites lors de l’infection in vivo par S. suis demeure assez basse. La CPS de S. suis interfère avec la production de plusieurs cytokines par les cellules T in vitro. Expérimentalement, l’infection induite par S. suis résulte en de faibles niveaux de production d’anticorps anti-S. suis, mais aussi d’anticorps dirigés contre l’ovalbumine utilisée comme antigène rapporteur. Cette interférence est corrélée avec la sévérité des signes cliniques, suggérant que S. suis interfère avec le développement d’une réponse immunitaire adaptative appropriée qui serait requise pour contrôler la progression de l’infection. Les résultats de cette étude mèneront à une meilleure compréhension de la réponse immunitaire de l’hôte lors de l’infection par S. suis. / Streptococcus suis is an important swine pathogen and an emerging zoonotic agent of septicemia and meningitis. Knowledge of host immune responses towards S. suis, and strategies used by this pathogen for subversion of these responses is scarce. Increased severity of S. suis infections in humans underscores the critical need to better understand the interactions between S. suis and the immune system to generate an effective immune response against this pathogen. Dendritic cells (DCs) are powerful antigen-presenting cells. Once activated, they stimulate T cells and B cells, linking innate and adaptive immunity. Thus, the main objective of this project was to evaluate the role of different S. suis virulence factors on the modulation of DC functions and the T cell-dependent response. Initially, we investigated the effect of S. suis key virulence factors, including the capsular polysaccharide (CPS), the cell wall modifications (D-alanylation of the lipoteichoic acid and N-deacetylation of the peptidoglycan) and the toxin suilysin, on the activation and maturation of mouse bone-marrow derived DCs (bmDCs). We observed that following S. suis infection, bmDCs are activated and go through a complex maturation process characterized by the up-regulation of the surface expression of costimulatory molecules and the production of pro-inflammatory cytokines. The CPS is the main virulence factor interfering with cytokine production, even if cell wall modifications and suilysin can also modulate the production of cytokines. Finally, CPS, cell wall modifications and suilysin were shown to interfere with complement deposition on S. suis, and consequently with complement-dependent killing. Results were confirmed using porcine bmDCs. We also aimed to identify the cellular receptors involved in S. suis recognition by DCs. Production of cytokines and expression of co-stimulatory molecules by DCs were shown to strongly rely on MyD88-dependent signaling pathways, suggesting that DCs recognize S. suis and become activated mostly through Toll-like receptor (TLR) signaling. Supporting this fact, TLR2-/- or double negative TLR2-/- and TLR9-/- DCs were severely impaired in the release of several cytokines and the surface expression of certain costimulatory molecules. In addition, NOD2 receptor also seems to play a partial role in DC activation by S. suis. Finally, we evaluated the consequences of the modulation of DC functions on T cell activation. In response to S. suis infection, total splenocytes readily produced several cytokines ex vivo. Ex vivo and in vivo analysis revealed the involvement of CD4+ T cells and development of a T helper 1 (TH1) response. Nevertheless, levels of TH1-derived cytokines during S. suis infection were very low. The bacterial CPS was shown to interfere with the release of several T cell-derived cytokines in vitro. As a consequence, a clinical infection resulted in low levels of not only anti-S. suis antibodies but also of those directed against ovalbumin, used as reported antigen. This interference was correlated with the presence of severe clinical signs of S. suis disease. These data suggest that S. suis impairs the development of an efficient adaptive immune response, which is required to control the infection progress. Overall, these results will permit a better comprehension of the host immune response during S. suis infection.