Le sol est essentiel à toute société humaine notamment pour la production d'aliments. Son fonctionnement repose sur des réseaux d'interactions entre les éléments qui le composent et toute perturbation modifie ces réseaux. Les microorganismes eucaryotes représentent une composante importante de l'écosystème édaphique car ils sont impliqués dans des processus essentiels comme la régulation de populations de procaryotes. Mais paradoxalement, ils restent peu étudiés comparés aux bactéries notamment lorsqu'on s'intéresse aux cycles biogéochimiques autres que celui du carbone comme par exemple ceux des métaux. Suite à une pollution par des métaux, certains de ces microorganismes eucaryotes développent des mécanismes « de résistance » cellulaires. Dans ce contexte, le laboratoire d'accueil a isolé, directement à partir d'extraits d'ARN de sol, des gènes eucaryotes impliqués dans la résistance cellulaire au Cd. Ces nouveaux gènes forment une famille codant des protéines riches en cystéines dont les positions sont conservées au sein de cette famille. Mon projet de thèse a eu pour but de caractériser l'origine taxonomique et la fonction de cette famille de gènes. Dans un premier temps, la purification de cinq de ces protéines produites dans Escherichia coli et leurs caractérisations biochimiques par des méthodes spectrométriques ont permis de montrer que cette famille génique constitue une nouvelle famille de métallothionéines capables de chélater in vitro le Zn, le Cu et le Cd. Dans un second temps, une méthode de quantification par PCR quantitative de l'expression de ces gènes, extraits à partir de sol provenant de microcosmes, a été mise au point. Dans un troisième temps, nous avons tenté d'obtenir les régions génomiques bordant ces gènes environnementaux afin d'affilier les organismes qui les portent à un groupe taxonomique et d'analyser les régions promotrices de ces gènes par capture ciblée de gènes / Soil is essential to human societies, especially for food production. Its functioning relies on interaction networks sensitive to environmental alterations. Eukaryotic microorganisms are an important component of the soil ecosystem where they are involved in essential processes such as the regulation of prokaryotic populations. However, they remain poorly studied compared to bacteria, especially concerning their roles in biogeochemical cycles other than the carbon one such as metal cycles. In response to soil metal contamination, some of these eukaryotic microorganisms develop cellular "resistance" mechanisms. In this context, the host laboratory has previously isolated, directly from soils, eukaryotic genes able to confer Cd resistance. These genes form a family coding for cysteine-rich proteins whose cysteine positions are conserved within this sequences. My thesis project aimed at characterizing the function and taxonomic origin of this gene family. First, the purification of five of these proteins produced in Escherichia coli and their biochemical characterizations by spectrometric methods demonstrated that this gene family constitutes a new family of metallothioneins capable of chelating in vitro Zn, Cu and Cd. Some of these proteins are also able to confer Zn resistance when expressed in a sensitive yeast strain. In a second step, quantitative PCR methods for measuring expression levels of these genes in soil microcosms were developed. This will allow to evaluate the level of expression of these genes as a function of an increasing supply of exogenous metal. In a third step, we tried to obtain the genomic regions flanking these environmental genes in order to be able to associate the organisms from which they originate to a taxonomic group and to analyze the promoter regions of these genes using targeted capture

Le carcinome épidermoïde cutané (CEC) représente un enjeu important par sa fréquence et sa gravité potentielle.L’agressivité de ce cancer est liée à l’invasion péri-nerveuse (IPN), mode d’envahissement tumoral reconnu comme un facteur de mauvais pronostic.L’objectif de ce travail est de s’intéresser aux mécanismes favorisant l’IPN, en comparant 2 groupes appariés de CEC humains, avec et sans IPN.Pour cela nous avons réalisé une étude de facteurs et récepteurs neurotrophiques, de marqueurs de la transition épithélio-mésenchymateuse (TEM), et de la molécule NCAM1, par analyse immunohistochimique à partir de pièces chirurgicales de CEC et par analyse moléculaire en droplet digital PCR sur des cellules tumorales microdisséquées.L’analyse immunohistochimique a trouvé une forte expression de BDNF, TrkB, p75NGFR, Snail 1 et NCMA1 dans les cellules tumorales péri-nerveuses, contrastant avec une faible expression de ces marqueurs dans les cellules tumorales à distance du nerf. L’E-cadhérine était diminuée dans les cellules tumorales péri-nerveuses.L’analyse moléculaire en ddPCR montrait une diminution d’expression de l’E-cadhérine et une surexpression de BDNF, TrkB, p75NGFR, Snail1, Slug, Zeb2, Twist1 et NCAM1 dans les cellules tumorales péri-nerveuses par rapport aux cellules tumorales distantes du nerf.Nous avons démontré dans ce travail que l’invasion péri-nerveuse dans les CEC humains est liée aux neurotrophines, à la TEM et implique NCAM1. / Cutaneous squamous cell carcinoma (SCC) is an important issue because of its frequency and potential severity.The aggressiveness of this cancer is related to perineural invasion (PNI), a mode of tumor dissemination recognized as a poor prognosis factor.The aim of this work is to study the mechanisms of PNI, comparing 2 matched- groups of human SCC with and without PNI.For this, we studied neurotrophins, epithelial-mesenchymal transition (EMT) markers, and the NCAM1 molecule, by immunohistochemistry analysis on surgical pieces of SCC and by molecular analysis with digital-droplet PCR on laser-microdissected tumor cells.Immunohistochemistry analysis found strong expression of BDNF, TrkB, p75NGFR, Snail 1 and NCMA1 in perineural tumor cells, contrasting with weak expression of these markers in tumor cells distant from the nerves. E-cadherin was decreased in perineural tumor cells.Molecular analysis in ddPCR showed decreased expression for E-cadherin and overexpression of BDNF, TrkB, p75NGFR, Snail1, Slug, Zeb2, Twist1 and NCAM1 in perineural tumor cells compared to tumor cells distant from the nerves.We have demonstrated in this work that PNI in human SCC is linked to neurotrophins and EMT, and involves NCAM1.

L’ADN tumoral circulant (ADNtc) porte des altérations spécifiques de la tumeur des patients, qui sont détectables par un acte minimalement invasif. L’ADNtc représente donc un biomarqueur d’intérêt pour le suivi de l’évolution du cancer. Sa détection requière une technique hautement sensible et quantitative. Dans ce contexte, ce travail de thèse a porté sur la quantification et le suivi de l’ADNtc par PCR digitale en gouttelettes (PCRdg). Cet outil permet la détection d’altérations à l’échelle d’un ADN unique, offrant ainsi une sensibilité allant jusqu’à 0.001%. La détection de cet ADNtc a été réalisée par l’évaluation des biomarqueurs tels qu’une mutation spécifique de la tumeur, la fragmentation de l’ADNtc et l’hyperméthylation de séquences cibles. D’une part, nous avons observé que chez les patients atteints de cancer, l’ADN muté circulant est plus fragmenté que l’ADN non muté, et que cet ADN circulant de patients est globalement plus fragmenté que chez les sujets sains. D’autre part, une corrélation entre les pourcentages d’ADN muté et d’ADN hyperméthylé circulants a été observée au cours du suivi de patients. Ceci suggère la possibilité d’un suivi précis et quantitatif de l’ADNtc par l’évaluation de l’hyperméthylation en alternative à la détermination du statut mutationnel. Nous avons ensuite appliqué nos tests de détection de l’ADNtc dans le cadre de deux études cliniques. L’étude PLACOL, incluant 82 patients atteints de cancer colorectal métastatique, a permis de mettre en évidence deux facteurs pronostiques : un seuil de 0.1 ng/mL et la mesure de la pente de décroissance de la concentration en ADN muté ou hyperméthylé circulant. Dans la seconde étude, portant sur le mélanome métastatique dans le contexte d’une thérapie ciblée (vémurafenib), une corrélation inverse entre les concentrations d’ADNtc et de vémurafenib a été observée. Ces résultats suggèrent le potentiel clinique de l’ADNtc pour l’orientation thérapeutique des patients atteints de cancer avancé. / Circulating tumor DNA (ctDNA) carries tumor-specific alterations that are detectable by minimally invasive sampling. It represents a highly pertinent marker for cancer monitoring during patients’ follow-up. CtDNA detection requires a highly sensitive and quantitative technique. In this context, this project focused on ctDNA quantification and monitoring by picoliter-droplet digital PCR. Thanks to the compartmentalization in millions of picoliter droplets, this tool allowed the detection of single DNA molecule with a sensitivity reaching 0.001%. Testing of ctDNA was performed through the evaluation of different potential biomarkers: specific mutations, ctDNA fragmentation, and hypermethylation of target sequences. On one hand, we observed in cancer patients that ctDNA is more fragmented than wild-type DNA, and, globally more fragmented than circulating DNA in healthy individuals. On the other hand, a strong correlation between percentages of hypermethylated and mutated DNA was observed during the follow-up of patients. Such results suggest the feasibility to precisely and quantitatively monitor ctDNA by the evaluation of hypermethylation as an alternative to the determination of mutational status. We have applied such ctDNA detection strategies in the context of two clinical studies. The PLACOL study, enrolling 82 metastatic colorectal cancer patients, allowed to highlight two prognostic factors: a ctDNA concentration threshold of 0.1 ng / mL, and the evaluation of ctDNA decreasing slope. In the second study, ctDNA was monitored in 11 melanoma patients in the context of a targeted therapy (vemurafenib). An inverse correlation between the concentrations of vemurafenib and ctDNA was demonstrated. These results suggest the clinical relevancy of ctDNA in advanced cancer patients, for the optimization of therapeutic management.

Wastewater surveillance for SARS-CoV-2 has been demonstrated to be a valuable tool in monitoring community-level virus circulation and assessing new outbreaks. It may become a useful tool in the early detection and response to future pandemics, enabling public health authorities to implement timely interventions and mitigate the spread of infectious diseases with the fecal excretion of their agents. It also offers a chance for cost-effective surveillance. Reverse transcription-quantitative polymerase chain reaction (RTqPCR) is the most commonly used method for viral RNA detection in wastewater due to its sensitivity, reliability, and widespread availability. However, recent studies have indicated that reverse transcription droplet digital PCR (RTddPCR) has the potential to offer improved sensitivity and accuracy for quantifying SARS-CoV-2 RNA in wastewater samples. In this study, we compared the performance of RTqPCR and RTddPCR approaches for SARS-CoV-2 detection and quantification on wastewater samples collected during the third epidemic wave in Saxony, Germany, characterized by low-incidence infection periods. The determined limits of detection (LOD) and quantification (LOQ) were within the same order of magnitude, and no significant differences were observed between the PCR approaches with respect to the number of positive or quantifiable samples. Our results indicate that both RTqPCR and RTddPCR are highly sensitive methods for detecting SARS-CoV-2. Consequently, the actual gain in sensitivity associated with ddPCR lags behind theoretical expectations. Hence, the choice between the two PCR methods in further environmental surveillance programs is rather a matter of available resources and throughput requirements.

Les travailleurs impliqués dans la gestion des matières résiduelles domestiques sont continuellement exposés à des bioaérosols pouvant entrainer des problèmes de santé de nature infectieux, allergène et cancérigène. Le but de cette étude était d’évaluer l’exposition aux bioaérosols des éboueurs et des chauffeurs de camion durant la collecte des déchets et des matières résiduelles à Montréal par une analyse multimétrique et multimédia. Les conditions de travail ont été évalués dans six camions (2 recyclages, 2 organiques et 2 domestiques). Pour chaque camion, des mesures ambiantes (cabine du chauffeur) et des mesures dans la zone respiratoire d’un collecteur et d’un chauffeur ont été réalisées. Des prélèvements sur la surface des sièges des chauffeurs ont aussi été effectués et les filtres à air de l’habitacle des camions ont été évalués. Les échantillons ont été analysés au laboratoire microbiologique de l’IRSST selon la méthode par culture microbienne et la méthode moléculaire Droplet Digital PCR. Les résultats indiquent que les collecteurs sont généralement les plus exposés aux bioaérosols. Les collecteurs des déchets domestiques étaient notamment les plus exposés avec des concentrations moyennes pour les bactéries (27 000 UFC/m3), les endotoxines (100 UE/m3) et les moisissures (5 900 UFC/m3) excédant les recommandations sanitaires. Néanmoins, les collecteurs du compost étaient les plus exposés aux moisissures (6 800 UFC/m3). E.coli et A.fumigatus ont été détectés dans tous nos échantillons avec des expositions plus importantes pour les travailleurs du domestique. De plus, les sièges des chauffeurs des camions domestiques avaient les niveaux de contamination les plus élevés. La concentration moyenne de A.fumigatus (2 500 UG/m3) dans l’air de ces camions était supérieure à celle des camions de recyclage et de compost. Les résultats des filtres n’ont pas permis de tirer de conclusions quant à l’exposition des chauffeurs aux bioaérosols. Les résultats de cette recherche ont permis de mettre en évidence que l’exposition des travailleurs lors de la collecte des déchets pourrait être influencée par le type de déchets, le poste de travail ainsi que les tâches exécutées. Cette étude confirme le potentiel élevé d’exposition aux bioaérosols des travailleurs attitrés au transport des matières résiduelles et des déchets. Elle valide aussi le besoin de réduire les expositions professionnelles par diverses stratégies, y compris les procédures de nettoyage de la cabine et l’utilisation d’équipement de protection respiratoire lors de tâches génératrices de bioaérosols (nettoyage des camions au jet, déchargement des camions). / Workers involved in the management of household residual materials are continuously exposed to bioaerosols which can cause them health problems of an infectious, allergenic and carcinogenic nature. The purpose of this study was to assess the exposure to bioaerosols of collectors and trucks drivers during the collection of domestic waste and residual materials in Montreal by a multimeric and multimedia analysis. A sampling campaign was conducted on six drivers and six collectors. A total of 6 trucks that collect recyclable (2), organic (2) and compost (2) waste were evaluated. Samples were also taken from the surface of the drivers' seats, and the cabin air filters were recovered. Samples were analyzed at the microbiology laboratory of the IRSST using the microbial culture method and the molecular method of Droplet Digital PCR (ddPCR). The results indicate that collectors are generally the most exposed to bioaerosols. Domestic waste collectors were in particular the most exposed with average concentrations for bacteria (27,000 CFU/m3), endotoxins (100 EU/m3) and fungi (5,900 CFU/m3) exceeding health recommendations. However, the compost collectors were the most exposed to fungi (6,800 CFU/m3). E. coli and A. fumigatus were detected in all of our samples, but exposures were greater for workers collecting domestic waste. In addition, the seats of drivers involved in domestic waste collection had the highest levels of contamination. The average concentration of A. fumigatus (2,500 UG/m3) in the air of the cabin of domestic waste trucks was higher than that of recycling and compost trucks. The results of the filters did not allow us to draw any conclusions on their role in terms of drivers exposure to bioaerosols. The results of this research highlighted that workers exposure to bioaerosols could be influenced by factors such as the type of waste, the workplace and workers’ tasks performed. This study confirms the high potential for exposure to bioaerosols of workers assigned to the transport of household residual materials and waste. It also validates the need to reduce workers exposures by various strategies including, cabin cleaning procedures and the use of respiratory protection equipment for specific tasks generating bioaerosols (water jet cleaning of trucks, unloading of trucks).

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