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

La mammite bovine est une inflammation de la glande mammaire causée par un traumatisme ou par une infection. Au Canada, l’agent pathogène le plus souvent retrouvé dans les cas de mammites bovines est Staphylococcus aureus (S. aureus). Cet agent pathogène peut causer des mammites cliniques avec des symptômes graves et apparents, mais il peut aussi provoquer des mammites sous-cliniques ne présentant aucun symptôme. Cette infection engendre des pertes économiques importantes dans le secteur de la production laitière, principalement par le retrait du lait lors d’infection clinique et lorsqu’un antibiotique est utilisé. Il est ainsi important d’apporter de nouveaux outils aux producteurs laitiers pour contrer la mammite bovine. Prédire les symptômes associés à la mammite bovine causée par S. aureus pourrait améliorer la gestion des mammites en identifiant rapidement les souches problématiques. Pour ce faire, une caractérisation génotypique et phénotypique de 587 souches de S. aureus isolées dans l’ensemble du Canada a été effectuée dans le but de prédire l’apparition de symptômes cliniques et la durée de l’infection. Les séries d’isolats provenant du même quartier suivi sur une longue période de temps avec la manifestation d’au moins une mammite clinique ont été comparées aux isolats de séries sans aucune mammite clinique. Cette comparaison a été effectuée dans le but de différencier les deux types d’infection selon les caractéristiques de la souche de S. aureus impliqués. Les facteurs comparés sont la présence de gènes de virulence (seg, lukM et tst), la formation de biofilm in vitro et l’origine clonale des souches de S. aureus selon le typage spa. Des différences significatives ont été trouvées dans la distribution des types spa (p=0,018) et la présence du gène lukM (p=0,009) entre les souches causant des mammites cliniques ou sous-cliniques. Une régression logistique, qui prend en compte tous les facteurs de la comparaison, a été effectuée. Cela a permis de faire l’importante observation qu’à chaque log additionnel de biofilm, les chances d’avoir des signes cliniques augmentent de 97% (p=0,05). Pour déterminer quels facteurs influençaient la durée de l’infection, chaque facteur a été utilisé individuellement dans des tests d’analyse de survie. Aucun facteur n’est ressorti significatif dans ces tests lorsque pris individuellement, mais lorsque tous les facteurs sont pris en compte dans une régression logistique, quelques différences peuvent être observées. Nous avons déterminé que les types spa t529 et t359 ont respectivement 3,5 à 4,5 fois plus de chance de se faire éliminer en comparaison au type spa t13401 (p = 0,047 et 0,019). De nombreux facteurs ont été corrélés avec les types spa, tels que la possession de seg par t529 et la formation de biofilm variable selon le type spa. Ces résultats tendent à montrer qu’un outil de prédiction pourrait être développé avec une caractérisation plus poussée des types spa. L’outil de prédiction pourra alors permettre une meilleure gestion des cas de mammite bovine causés par S. aureus.

Staphylococcus aureus est un pathogène opportuniste au potentiel de virulence élevé et particulièrement diversifié. Responsable d'intoxications alimentaires, d'infections localisées suppurées et, dans certains cas extrêmes, d’infections systémiques graves, celui-ci est pleinement capable de causer la mortalité chez des patients immunodéprimés. Pourtant, S. aureus est également la cause de divers types d’infections à fort caractère chronique et de persistance chez l’homme et les animaux, infections qui sont difficiles à traiter par antibiothérapie, et qui le plus souvent échappent au contrôle du système immunitaire. Les mammites à S. aureus sont considérées comme l’une des maladies majeures chez les bovins d’élevage, causant de lourdes pertes économiques pour l’industrie laitière. Elles se caractérisent fréquemment par des formes sous-cliniques et chroniques, rendant leur diagnostic et contrôle difficiles. La vaccination contre les infections intramammaires à S. aureus pourrait permettre de protéger les animaux contre les nouvelles infections, diminuant la propagation contagieuse du pathogène lors de la traite, et permettre ainsi de réduire la prévalence de celui-ci dans les troupeaux. Pourtant, aucune formulation n’a pu montrer de réelle efficacité de protection à ce jour. Puisque le déploiement d’une immunité adaptative strictement basée sur la réponse en anticorps n’est pas adéquat pour protéger contre un pathogène chronique tel que S. aureus, le besoin criant de développer de nouvelles méthodes et formulations de vaccin se penche maintenant sur l’amélioration de la réponse à médiation cellulaire, considérée indispensable pour une meilleure protection. Les vaccins vivants atténués, basés sur leur capacité à imiter une infection naturelle, ont su prouver leur efficacité dans le développement d’immunités spécifiques et fortes contre de nombreux microorganismes, en particulier les pathogènes intracellulaires et chroniques. On a démontré que ces souches atténuées pouvait être utilisées comme vecteurs antigéniques et aider à balancer la réponse vers des fonctions effectrices de l’immunité qui permettent de combattre plus adéquatement ce type d’infections. Cette étude a eu pour objectif principal la construction d’une souche atténuée de S. aureus pour l’utilisation à titre de vaccin vivant contre les infections intramammaires. Cette souche vaccinale atténuée est fondée sur la stabilisation génétique du phénotype small-colony variant, à la fois comme base d’atténuation de la virulence et comme facteur permettant l’internalisation temporaire et non destructive dans les cellules de l’hôte. Cette souche a été caractérisée et évaluée dans un modèle d’infection de cellules en culture et dans un modèle in vivo de mammite chez la souris, qui ont tous deux pu confirmer sa robuste atténuation et établir un première preuve de son innocuité comme vaccin.

L’objectif de ce travail a été de caractériser la souche MPEC Escherichia coli P4. Une étude phylogénétique a montré qu’elle appartenait au groupe phylogénétique A de l’espèce E. coli et que son génome “core” se rapprochait de celui de la souche commensale non pathogène E. coli K12 MG1655 appartenant également au groupe A. Une recherche au sein de son génome de gènes codant différents facteurs de virulence connus chez les autres pathotypes de l’espèce E. coli a permis de détecter uniquement la présence du gène traT, codant un facteur de résistance au sérum. Un criblage de quinze loci d’ARNt connus pour accueillir fréquemment des îlots génomiques, effectué au sein de son génome, a révélé, pour sept d’entre eux la présence de telles structures. Le séquençage partiel ou complet des régions aval à ces sept loci a montré la présence systématique de séquences nucléotidiques différentes de celles présentes chez E. coli K12 MG1655. Si l’analyse du contenu de ces îlots n’a pas encore permis d’expliquer directement la virulence d’E. coli P4, leur mise en évidence est une première de ce type au sein du pathotype MPEC et laisse envisager la découverte d’autres régions génomiques spécifiques à ce pathotype, pouvant expliquer son tropisme et sa nature. Par ailleurs, afin d’évaluer le rôle d’E. coli P4 dans la caséinolyse élevée du lait observée lors d’une mammite bovine, une sécrétion apparemment constitutive de quatre protéases extracellulaires a été mise en évidence par zymographie caséines. L’activité caséinolytique de ces enzymes ne semble toutefois pas significative, laissant envisager plutôt un rôle dans la virulence de la souche / The objective of this work was to characterize the MPEC Escherichia coli P4 strain. A phylogenetic study showed that it belongs to the phylogenetic group A of the E. coli species and that its core genome is similar to the one of the commensal non-pathogenic E. coli K12 MG1655 strain which also belongs to the group A. A search in its genome of different genes encoding virulence factors known among other pathotypes of the E. coli species was done and only the traT gene, encoding a serum resistance factor, was detected. A screening of fifteen tRNA loci known for frequently hosting genomic islands, made in its genome, revealed for seven of them the presence of such structures. The partial or complete sequencing of the regions downstream from these seven loci showed the systematic presence of nucleotide sequences different from those present in E. coli K12 MG1655. If the content analysis of these islands does not yet explain the virulence of E. coli P4, their highlighting is the first of this kind in the pathotype MPEC and suggests the discovery of other genomic regions specific to this pathotype, which may explain its tropism and its nature. In addition, to assessing the role of E. coli P4 in milk caseinolysis observed during bovine mastitis, a constitutive secretion of four extracellular proteases was highlighted by casein zymography. However, the caseinolytic activity of these enzymes does not seem significant. This fact may suggest a role in virulence of the strain

Le biofilm bactérien est une communauté de bactéries qui s’agrègent en un amas structuré recouvert d’une matrice polymérique et adhèrent sur une surface biotique ou abiotique. Ce mode de vie permet à ces bactéries de survivre dans un environnement hostile et cela entre autres grâce à une plus grande résistance aux antibiotiques que les bactéries sous forme libre ou planctonique. Les bactéries ayant la capacité de former des biofilms constituent donc un grave problème de santé tout aussi bien pour l’homme que pour l’animal comme par exemple dans le cas de la mammite bovine (MB). La MB est une inflammation de la glande mammaire de la vache induisant des dommages des tissus du pis et de ce fait, une réduction de la production de lait ainsi qu’une altération du bien-être de l’animal. Il est donc important de développer de nouvelles stratégies prophylactiques et thérapeutiques contre la MB. Des résultats préliminaires obtenus dans notre laboratoire avaient mis en évidence la capacité de certaines souches de staphylocoques à coagulase négative (SCN) produisant peu ou pas de biofilm à inhiber la formation de biofilm par d’autres bactéries responsables de MB. Notre hypothèse était donc que certaines souches faibles productrices de biofilm produisaient une ou plusieurs molécule(s) capable(s) d’inhiber de façon significative la formation de biofilm par d’autres SCN mais également par Staphylococcus aureus et possiblement d’autres agents pathogènes de la MB. Le but de ce projet fut donc de caractériser des molécules antibiofilm produites par des souches de SCN. Pour cela, 30 souches de staphylocoques (cinq espèces de SCN et S. aureus) fortes productrices de biofilm et 10 souches de SCN (Staphylococcus chromogenes et Staphylococcus simulans) faibles productrices de biofilm ont été utilisées. Nos résultats ont montré que certaines souches de SCN présentant un phénotype de faible production de biofilm réduisaient significativement la formation de biofilm chez plusieurs espèces de staphylocoques dont S. aureus. De plus, quatre souches de SCN (S. chromogenes C et E et S. simulans F et H) ont été capables d'inhiber de façon significative (p < 0,05) la formation de biofilm de 80% des souches testées. Cette activité antibiofilm a été également visualisée par microscopie confocale ainsi que dans des conditions dynamiques en utilisant un système de microfluidique. En parallèle, il a été démontré que les souches de SCN présentant un phénotype de faible production de biofilm n'inhibaient pas significativement la croissance des souches ayant un phénotype de forte production de biofilm. Par conséquent, l’activité antibiofilm observée ne semblait pas être due à une activité bactéricide. De plus, nos résultats ont montré que les surnageants de ces quatre souches présentaient également une activité antibiofilm et qu’ils possédaient un spectre d’activité étendu suggérant ainsi que les souches excrétaient une molécule antibiofilm dans son environnement extérieur. La caractérisation de ces surnageants a permis de mettre en évidence que l’activité inhibitrice était notamment conservée dans la fraction des surnageants < 3kDa et qu’une des molécules responsables de cette activité était hydrophile, thermorésistante et sensible à l’action de la RNase A. Enfin, nous avons pu observer que ces surnageants avaient la capacité de réduire voir même de prévenir la colonisation de la glande mammaire par une souche de S. aureus résistante à la méthicilline dans un modèle murin de mammite. Ces surnageants semblent être une alternative prometteuse dans le contrôle de la MB pour prévenir et/ou traiter cette infection que ce soit seul ou en association avec un traitement antibiotique. / Bacterial biofilms are structured communities of bacteria cells enclosed in a selfproduced polymeric matrix which is adherent to a biotic or abiotic surface. This lifestyle allows these bacteria to survive in hostile environments. For example, bacteria having the ability to form biofilms are significantly less susceptible to antibiotics than bacteria in planktonic form. Bacteria within biofilms pose a serious risk to human and animal health such as during bovine mastitis (BM). BM is an inflammation of the mammary gland of dairy cows which causes udder damages and reduces milk production. Therefore, it is important to develop new prophylactic and therapeutic strategies to control and treat BM. Preliminary results have demonstrated the ability of some coagulase-negative staphylococci (CNS) producing a weak biofilm to inhibit biofilm formation by other bacteria associated with BM. Our hypothesis is that some of CNS isolates having the ability to form a weak biofilm produce one or more molecule(s) able to significantly inhibit biofilm formation by other CNS, Staphylococcus aureus or other BM pathogens. The purpose of this project was to characterize antibiofilm molecules produced by CNS isolates. A total of 30 staphylococcal isolates (five species of CNS and S. aureus) with a strong biofilm phenotype and 10 CNS (Staphylococcus chromogenes and Staphylococcus simulans) isolates with a weak biofilm phenotype were used. Our results indicated that some CNS isolates with a weak biofilm phenotype significantly reduced biofilm formation of several staphylococcal species including S. aureus. Importantly, four isolates of CNS (S. chromogenes C and E and S. simulans F and H) were able to significantly inhibit biofilm formation (p < 0.05) of 80% of staphylococcal isolates tested. This activity was confirmed using confocal microscopy but also in dynamic conditions using a microfluidic system. Additionally, CNS with a weak biofilm phenotype did not significantly inhibit the growth of isolates with a strong biofilm phenotype. Therefore, the biofilm inhibition does not seem to be due to a bactericidal activity. The results also showed that the culture supernatants from these four bacteria still have an antibiofilm activity and own a broad spectrum of activity suggesting that the strains release an antibiofilm molecule into the external environment. The characterization of these supernatants indicated that the inhibitory activity was conserved in the < 3kDa fraction of the supernatants. Furthermore, one of the molecules responsible for the antibiofilm activity appears hydrophilic, heat-resistant and sensitive to the action of the RNase A. Finally, we observed that culture supernatants of these bacteria had the ability to reduce or even prevent colonization of the mammary gland by a strain of methicillin-resistant S. aureus in a murine model of mastitis. These supernatants appear to be a promising alternative alone or in combination with antibiotics in the control of BM.