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

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

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

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La viande de porc est susceptible à la croissance microbienne en raison de sa teneur élevée en nutriments et en eau. L'élaboration de nouvelles stratégies pour optimiser sa qualité microbiologique passe par une profonde compréhension de la composition microbienne de la chaîne de valeur du porc. Les nouvelles technologies de séquençage (16S et génomes entiers) permettent la caractérisation de ce microbiome. Cependant, aucune étude à ce jour n'a suivi les mêmes animaux de la ferme, à l'usine jusqu'à la pièce de viande, les échantillons étant plutôt prélevés aléatoirement sur les différents sites. Cette étude consiste à évaluer comment le microbiote de porcs provenant de deux fermes avec des statuts sanitaires différents, ainsi que les microorganismes de leur environnement, influencent la composition microbienne de la chaîne de valeur, la contamination des usines et la qualité microbiologique des viandes. Les dénombrements d'aérobes mésophiles totaux et d'entérobactéries des échantillons prélevés à la fin des procédures préopératoires étaient près ou sous le seuil de détection indiquant que les procédures de nettoyage sont efficaces. De plus, les dénombrements des échantillons prélevés à l'abattoir ne variaient pas significativement en fonction des fermes étudiées. Cependant, un test de la somme des rangs de Wilcoxon (p<0.05) a révélé que la contamination moyenne aux Enterobacteriaceae pour les échantillons d'abattoir collectés après l'abattage des animaux était plus souvent supérieure pour la ferme avec un statut sanitaire inférieur comparativement à l'autre ferme Le séquençage de l'ADN microbien de la chaîne de valeur du porc a révélé qu'Acinetobacter, Clostridium, Moraxella et Rothia étaient les genres les plus abondants dans cette chaîne de valeur. L'algorithme LEfSe (p < 0.05, LDA 1.0) a permis d'identifier un plus grand nombre de biomarqueurs pour la ferme avec le statut sanitaire inférieur. De plus, les indices de diversité alpha étaient significativement plus élevés dans l'air et dans la moulée pour la ferme dont le statut est inférieur. L'analyse de la diversité bêta indiquait que les facteurs tels que le type d'échantillon et la localisation (ferme, éviscération et découpe) ont eu un effet significatif sur le microbiome de la chaîne de valeur et cela, selon un test ANOSIM (p<0,05). Ainsi, ces résultats suggèrent que l'écosystème microbien de la chaîne de valeur du porc varie avec la ferme d'origine. L'impact du statut sanitaire des animaux sur la chaîne de valeur mérite d'être étudié à plus grande échelle. / Pork meat is a food product at risk of microbial contamination due to its rich nutrient and water content. Developing new strategies to optimize the microbiological quality of these products requires a deeper understanding of the microbial ecology of the pork value chain. This microbiome is beginning to be studied using new genomic methods (16S and whole genome sequencing). However, no study to date has followed the same animals from farm to meat, rather samples are taken at random from different sites. The purpose of this study is to evaluate how the microbiota of pigs, originating from farms with different sanitary status, and their environment, influence the microbial composition of the value chain, the contamination of slaughter house and the microbiological quality of the resulting meats. The counts of total mesophilic aerobes and Enterobacteriaceae in samples collected at the end of preoperative procedures were near or below the detection limit indicating that the cleaning procedures are effective. In addition, the counts of samples taken at the slaughter house did not vary significatively depending on the farms analyzed. However, a Wilcoxon rank sum test (p <0.05) revealed that mean Enterobacteriaceae counts associated with the farm with a lower sanitary status, across all slaughter house samples collected after the slaughter of animals, are more often above the ones from the other farm. Sequencing of the pork value chain microbial DNA revealed that Acinetobacter, Clostridium, Moraxella and Rothia were the most abundant genera in this value chain. The LEfSe algorithm (p <0.05, LDA 1.0) identified a greater number of biomarkers for the farm with the lower sanitary status. Alpha diversity indices were significantly higher in air and food when the status is lower. In addition, analysis of beta diversity indicates that the factors; sample type and localization (farm, evisceration, and cut-out) have a significant impact on the value chain microbiome according to a ANOSIM test (p <0.05). Thus, these results suggest that the microbial ecosystem of the pork value chain varies with the farm of origin and the impact of the herd sanitary status deserves to be studied on a larger scale.

La viande de porc est susceptible à la croissance microbienne en raison de sa teneur élevée en nutriments et en eau. L'élaboration de nouvelles stratégies pour optimiser sa qualité microbiologique passe par une profonde compréhension de la composition microbienne de la chaîne de valeur du porc. Les nouvelles technologies de séquençage (16S et génomes entiers) permettent la caractérisation de ce microbiome. Cependant, aucune étude à ce jour n'a suivi les mêmes animaux de la ferme, à l'usine jusqu'à la pièce de viande, les échantillons étant plutôt prélevés aléatoirement sur les différents sites. Cette étude consiste à évaluer comment le microbiote de porcs provenant de deux fermes avec des statuts sanitaires différents, ainsi que les microorganismes de leur environnement, influencent la composition microbienne de la chaîne de valeur, la contamination des usines et la qualité microbiologique des viandes. Les dénombrements d'aérobes mésophiles totaux et d'entérobactéries des échantillons prélevés à la fin des procédures préopératoires étaient près ou sous le seuil de détection indiquant que les procédures de nettoyage sont efficaces. De plus, les dénombrements des échantillons prélevés à l'abattoir ne variaient pas significativement en fonction des fermes étudiées. Cependant, un test de la somme des rangs de Wilcoxon (p<0.05) a révélé que la contamination moyenne aux Enterobacteriaceae pour les échantillons d'abattoir collectés après l'abattage des animaux était plus souvent supérieure pour la ferme avec un statut sanitaire inférieur comparativement à l'autre ferme Le séquençage de l'ADN microbien de la chaîne de valeur du porc a révélé qu'Acinetobacter, Clostridium, Moraxella et Rothia étaient les genres les plus abondants dans cette chaîne de valeur. L'algorithme LEfSe (p < 0.05, LDA 1.0) a permis d'identifier un plus grand nombre de biomarqueurs pour la ferme avec le statut sanitaire inférieur. De plus, les indices de diversité alpha étaient significativement plus élevés dans l'air et dans la moulée pour la ferme dont le statut est inférieur. L'analyse de la diversité bêta indiquait que les facteurs tels que le type d'échantillon et la localisation (ferme, éviscération et découpe) ont eu un effet significatif sur le microbiome de la chaîne de valeur et cela, selon un test ANOSIM (p<0,05). Ainsi, ces résultats suggèrent que l'écosystème microbien de la chaîne de valeur du porc varie avec la ferme d'origine. L'impact du statut sanitaire des animaux sur la chaîne de valeur mérite d'être étudié à plus grande échelle. / Pork meat is a food product at risk of microbial contamination due to its rich nutrient and water content. Developing new strategies to optimize the microbiological quality of these products requires a deeper understanding of the microbial ecology of the pork value chain. This microbiome is beginning to be studied using new genomic methods (16S and whole genome sequencing). However, no study to date has followed the same animals from farm to meat, rather samples are taken at random from different sites. The purpose of this study is to evaluate how the microbiota of pigs, originating from farms with different sanitary status, and their environment, influence the microbial composition of the value chain, the contamination of slaughter house and the microbiological quality of the resulting meats. The counts of total mesophilic aerobes and Enterobacteriaceae in samples collected at the end of preoperative procedures were near or below the detection limit indicating that the cleaning procedures are effective. In addition, the counts of samples taken at the slaughter house did not vary significatively depending on the farms analyzed. However, a Wilcoxon rank sum test (p <0.05) revealed that mean Enterobacteriaceae counts associated with the farm with a lower sanitary status, across all slaughter house samples collected after the slaughter of animals, are more often above the ones from the other farm. Sequencing of the pork value chain microbial DNA revealed that Acinetobacter, Clostridium, Moraxella and Rothia were the most abundant genera in this value chain. The LEfSe algorithm (p <0.05, LDA 1.0) identified a greater number of biomarkers for the farm with the lower sanitary status. Alpha diversity indices were significantly higher in air and food when the status is lower. In addition, analysis of beta diversity indicates that the factors; sample type and localization (farm, evisceration, and cut-out) have a significant impact on the value chain microbiome according to a ANOSIM test (p <0.05). Thus, these results suggest that the microbial ecosystem of the pork value chain varies with the farm of origin and the impact of the herd sanitary status deserves to be studied on a larger scale.

Mes travaux de thèse ont été réalisés dans le cadre du projet Européen METAEXPLORE, visant à découvrir de nouvelles enzymes d’intérêt industriel à partir des communautés microbiennes environnementales via les approches dites de « métagénomique ». Je me suis personnellement focalisé sur la recherche de chitinases dans les communautés bactériennes du sol, en particulier celui de la station expérimentale de Rothamsted (Royaume-Uni). Des approches de séquençage en 454 ont été réalisées afin de caractériser les bactéries dégradant la chitine au travers d’une stratégie d’enrichissement du sol en microcosme. J’ai également pu réaliser des criblages génétiques de banque de clones fosmidiques afin d’identifier des gènes d’intérêt potentiel. J’ai également été impliqué dans le développement d’un nouvel outil biotechnologique appelé « Genefish », dont le but est la capture de séquences d’ADN environnementales d’intérêt sur un plasmide à l’aide d’une souche E. coli ultra-recombinogène. Mes travaux seront présentés sous la forme de trois chapitres, reprenant successivement :- Chapitre 1 : Une synthèse bibliographique du contexte scientifique- Chapitre 2 : La recherche de nouvelles chitinases via des approches métagénomiques- Chapitre 3 : Le développement et l’utilisation de l’outil « Genefish / I realized my PhD in the frame of the European project METAEXPLORE, which aims to discover new enzymes of industrial interest from the environmental microbial communities through the metagenomic approaches. I was personally focused on finding new chitinases within the soil bacterial communities, with a particular emphasis on the Park Grass soil from Rothamsted research station (U.K). Pyrosequencing approaches were applied in order to characterize chitin degrading bacteria through a soil enrichment strategy in microcosm. I was also involved in genetic screening of fosmid clone library for identifying potential genes of interest. Furthermore, I participated to the development of a new biotechnological tool called “Genefish”, which aims to capture environmental DNA sequence of interest into a plasmid thanks an hyper-recombineering E. coli strain. My PhD work will be presented in 3 chapters:- Chapter 1: A literature review of the scientific context- Chapter 2: The search for new chitinases through metagenomic approaches- Chapter 3: The development and the use of the “Genefish” tool

La production de fromage entraîne le rejet d'énormes quantités de résidus. Le perméat de lactosérum est une solution riche en lactose et en minéraux convenable pour la fermentation. Les réacteurs anaérobies en continu sont très efficaces pour la production d'acide propionique par Propionibacterium acidipropionici; cependant, les paramètres permettant de mesurer l'activité de dégradation de la DCO et la production d'acides organiques volatils ne sont pas au point. Cette étude apporte une lumière nouvelle sur la relation entre la quantité de protéines et la concentration d'adénosine 5'-triphosphate (ATP) pour l'évaluation de l'activité d'un bioréacteur à lit fluidisé en continu. Il y est démontré que la concentration d'ATP dans le biofilm explique mieux l'activité de diminution de la teneur en lactose exprimée en équivalents glucose et la production d'acides gras volatils que la quantité de protéines du biofilm. Une méthode novatrice de coloration et de photographie du biofilm y est aussi explorée.

La gale commune est une des principales maladies affectant la pomme de terre. Cette maladie est causée par Streptomyces scabiei (S. scabies ), une bactérie du sol qui produit de la thaxtomine A (TA), une toxine essentielle à l'apparition des symptômes de la gale commune. En effet, la TA empêche la synthèse ou l'intégration de la cellulose dans la paroi cellulaire des cellules végétales et entraîne la mort des cellules du périderme de la pomme de terre. Comme cette maladie ne peut être contrôlée par aucun pesticide présentement homologué, il est important de développer des stratégies de lutte alternatives. Notre laboratoire étudie le mode d'action et les effets de la TA sur les cellules végétales. Nous avons réussi à augmenter la résistance à la TA de suspensions cellulaires de peuplier en augmentant progressivement la concentration de la toxine qui était ajoutée à leur milieu. Ces cellules ont conservé leur plus forte tolérance à la TA, même après avoir été cultivées en l'absence de la toxine durant plusieurs années. C'est pourquoi nous avons voulu étudier la possibilité d'utiliser cette technique pour produire des plants de pomme de terre plus résistants à la TA et éventuellement à la gale commune. Nous avons donc produit des cals à partir de segments de tiges de différents cultivars de pomme de terre, déposés sur un milieu contenant des concentrations de plus en plus élevées de TA. Une fois les cals développés, nous avons régénéré des embryons somatiques pour obtenir des plantules potentiellement plus résistantes à la phytotoxine. Pour tester cette nouvelle résistance, nous avons produit des microtubercules à partir des plantules, afin de les mettre en présence de fortes concentrations de TA et d'observer l'intensité de la nécrose résultante. Les résultats démontre que quelques lignées habituées du cultivar Russet Burbank ont semblé être plus résistantes que le cultivar parent à la TA et probablement même à la gale commune, ce qui est très encourageant. Nos expériences démontrent qu'il est possible d'habituer des cellules indifférenciées de pomme de terre à la TA, pour ensuite régénérer des lignées de pomme de terre ayant une plus grande résistance à la TA que le cultivar parent. Il serait intéressant de poursuivre l'étude afin de tester les caractéristiques agronomiques des lignées obtenues, pour s'assurer qu'elles restent intéressantes pour l'industrie et de faire une étude protéomique pour mieux comprendre les processus impliqués dans la mise en place de la résistance à la TA.

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