Les infections causées par les staphylocoques, streptocoques et entérocoques sont en constante augmentation, en particulier dans les infections nosocomiales. Ainsi, une identification rapide et précise des bactéries responsables de ces infections est primordiale pour l'administration d'un traitement antimicrobien adapté. Cependant, dans les laboratoires de microbiologie clinique, les méthodes d'identification bactérienne actuelles requièrent plusieurs jours. Dans ce contexte, mon projet de doctorat a eu pour but de développer des outils de diagnostic moléculaire rapides pour identifier ces différentes espèces. Pour cela, nous avons mis au point, pour la première fois, un essai PCR en temps réel pour identifier spécifiquement l'espèce Streptococcus pseudopneumoniae. Nous avons, par la suite, élaboré une puce à ADN pour identifier, en moins d'lh30, 59 espèces bactériennes impliquées dans les septicémies, directement à partir d'hémocultures positives. Au cours de ce projet, nous avons en outre isolé et caractérisé deux nouvelles espèces d'entérocoques provenant d'échantillons d'eau. Les analyses phylogénétiques ont montré que ces bactéries font partie du groupe E. faecalis. La première espèce a été nommée Enterococcus quebecensis sp. nov. tandis que la deuxième a été désignée Enterococcus ureasum sp. nov.. Nos travaux ont ainsi permis de développer de nouveaux outils de diagnostic rapides pour identifier les espèces appartenant aux genres Staphylococcus, Streptococcus et Enterococcus et ont permis de décrire deux nouvelles espèces d'entérocoques retrouvées dans l'eau potable.

La validité analytique et clinique des analyses de diagnostic moléculaire est régulièrement remise en doute. Parmi les modalités d’analyse d’acides nucléiques les plus répandues en laboratoire clinique, le génotypage par PCR allèle-spécifique et le séquençage massivement parallèle pour la détection prénatale non-invasive d’aneuploïdies (DPNI) représentent deux des applications les plus importantes en termes de volume. La perte allélique (« allele drop-out »), d’une part, ainsi que l’identification des variables déterminant la performance diagnostique, la disponibilité de matériel de référence et l’estimation de la fraction d’ADN fœtal, d’autre part, sont autant d’enjeux de validité analytique et clinique dont l’impact et la prise en compte dans la translation clinique demeurent à évaluer pour chacune de ces applications respectivement. Des cas représentatifs de ces deux applications furent donc sélectionnés afin d’étudier certains aspects pertinents à chacun de ces enjeux. En accord avec les doutes soulevés par plusieurs auteurs, des lacunes de validité analytique et clinique furent notées pour tous les aspects examinés. En particulier, la plupart des erreurs diagnostiques causées par les événements de perte allélique étaient dues à des phénomènes stochastiques ne pouvant être prévenus par un design d’amorces méticuleux, et les niveaux de précision de la PCR limitent la validité analytique et clinique de la DPNI par séquençage, bien que ce paramètre ne soit pas toujours quantifié et rapporté de façon rigoureuse dans la littérature. Malgré des impacts cliniques potentiels relativement faibles lorsqu’évalués au niveau populationnel, des impacts significatifs peuvent néanmoins affecter les patients au niveau individuel. Des solutions sont disponibles afin de corriger certaines des lacunes identifiées, alors que d’autres posent des défis plus importants. Les causes possibles de ces lacunes de validité affectant le domaine du diagnostic moléculaire sont en partie communes aux causes impliquées dans le problème de reproductibilité des résultats scientifiques en général et en partie le résultat de la complexité technique, relative nouveauté et de la nature historiquement qualitative des méthodes de génétique moléculaire. Une intégration des standards cliniques en amont du processus de découverte pourrait contribuer à améliorer la validité analytique et clinique des tests de diagnostic moléculaire et iii possiblement augmenter le rendement translationnel de la recherche vers la clinique. / The analytical and clinical validity of molecular diagnostic assays are regularly questioned. Among the most commonly used nuclei acid analysis modalities in clinical laboratories, genotyping by allele-specific PCR and non-invasive prenatal aneuploidy testing (NIPT) by massively parallel sequencing, represent two of the most important applications in terms of volume. Allele drop-out on the one hand, as well as identification of variables determining diagnostic performances, reference material availability and fetal fraction estimation on the other, are all examples of analytical and clinical validity issues for which both the impact, and how well they are taken into account, remain to be evaluated for each of these applications respectively. Representative cases of both applications were therefore selected in order to study certain aspects relevant to each of these issues. In accordance with the doubts raised by several authors, lack of analytical and clinical validity was noted for all aspects examined. In particular, most diagnostic errors caused by allele dropout events were due to stochastic phenomena that cannot be prevented by careful primer design, and PCR precision levels were a limiting factor for analytical and clinical validity of NIPT assays, even though this parameter is seldomly adequately quantified and reported in the literature. Although potential clinical impacts were likely modest at the population level, at the individual level, some of the impacts may nevertheless be significant. Solutions to correct some of these problems are available, while others raise more difficult challenges. The possible causes of this lack of validity affecting molecular diagnostics are partly shared with the general problem of lack of repeatability of scientific results and are partly the result of the technical complexity, relative novelty, and the historically qualitative nature of molecular genetic methods. Integrating clinical standards upstream of the discovery process could contribute to improve analytical and clinical validity of molecular diagnostic tests and possibly to increase “bench-to-bedside” translational yield.

Des algorithmes de conception automatisée d’amorces PCR et de sondes d’hybridation aux fins de diagnostic moléculaire ont été créés et implémentés. La vitesse de recherche d’amorces PCR à la fois spécifiques, ubiquitaires et sensibles s’est avérée considérablement accrue par le calcul et l’emploi de consensus binaires d’alignements multiples de séquences d’ADN. La recherche de sondes d’hybridation spécifiques et l’analyse du potentiel d’hybridation en général entre deux séquences a été facilitée par la synthèse de données empiriques d’hybridation trouvées dans divers articles publiés. D’autres programmes servant à faciliter ou automatiser l’exécution de diverses tâches utiles ont également été créés. Tous les programmes résultants ont permis de valider les algorithmes créés et de confirmer leur utilité dans l’exécution des tâches désirées par les membres de l’équipe de recherche auxquels ils étaient prioritairement destinés. / Algorithms for automatic design of PCR primers and of hybridization probes for molecular diagnostics have been created and implemented. The search speed for PCR primers that were at the same time specific, ubiquitary and sensitive was greatly improved by both computation and use of binary consensus of multiple alignments of DNA sequences. The search for specific hybridization probes and also analysis of hybridization potential in general between two sequences was facilitated by synthesis of empirical data gathered from different published papers. Other software for facilitating or automating the execution of different useful tasks were also created. All resulting software allowed both for the validation of algorithms and for the confirmation of their usefullness in executing desired tasks by the members of the research team for which they were written in the first place.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Le chancre bactérien de la tomate causé par Clavibacter michiganensis (Cm) est l'une des maladies bactériennes les plus dévastatrices affectant l'industrie de la tomate dans le monde entier. Actuellement, aucun cultivar résistant n'est commercialement disponible et les contrôles chimiques et biologiques offerts sont inefficaces. Afin d'augmenter nos outils disponibles pour lutter contre cet agent pathogène, cette étude a permis de développer une méthode d'inoculation artificielle pour induire le chancre bactérien sur les plants de tomate en serre afin d'uniformiser les résultats des différentes études sur Cm. Nous avons comparé deux méthodes d'inoculation, le scalpel et la seringue, avec deux niveaux de fertilisation faible et élevé. Après avoir évalué le pourcentage de feuilles nécrosées et la hauteur des plants, les résultats ont montré que l'inoculation à la seringue avec une faible fertilisation était la méthode d'inoculation la plus efficace, permettant le développement d'une échelle à plusieurs niveaux qui peut être utilisée pour étudier l'interaction entre les plants de tomate et les isolats de Cm. Dans cette étude, nous avons également développé un multiplexe TaqMan qPCR spécifique et sensible pour détecter Cm. Une détection précise est une étape cruciale pour confirmer les foyers de la maladie et permettre le développement de stratégies de gestion. Les résultats faussement positifs et négatifs constituent un problème majeur des méthodes de détection existantes. Ainsi, deux gènes chromosomiques liés à la virulence de Cm, rhuM et tomA, ont été utilisés comme cibles spécifiques. Le gène, α-tubuline, a été inclus dans chacun des multiplexes comme contrôle interne afin d'améliorer la fiabilité du test. La spécificité a été évaluée avec 12 souches de Cm et 15 souches bactériennes, y compris d'autres Clavibacter spp. et des bactéries pathogènes de la tomate provenant de différents lieux géographiques. Notre test a détecté spécifiquement toutes les souches de Cm et jusqu'à 10 copies d'ADN plasmidique pour toutes les paires d'amorces et les sondes. Le test a été validé sur des échantillons de tissus et de semences infectés artificiellement. Il a détecté avec précision la présence de Cm dans tous les échantillons infectés analysés. Le test de diagnostic développé est hautement spécifique, sensible et fiable pour la détection de Cm et peut être adapté à des fins multiples telles que les programmes de certification des semences, la surveillance, la biosécurité, les études épidémiologiques et l'évaluation de nouvelles méthodes de lutte.