La bactérie Aeromonas salmonicida utilise le système de sécrétion de type trois (SSTT) pour injecter des effecteurs à l'intérieur des cellules de l'hôte lors de l'infection. L'étude du génome d'A. salmonicida a révélé l'existence d'Ati2, un nouvel effecteur du SSTT. Ce projet avait pour but d'étudier la relation structure-fonction d'Ati2 afin de déterminer son rôle dans la virulence d'A. salmonicida. Des analyses biochimiques et en modélisation moléculaire ont permis de démontrer qu'Ati2 est une inositol polyphosphate 5-phosphatase qui hydrolyse les PtdIns(4,5)P₂ et les PtdIns(3,4,5)P₃. Divers mutants d'Ati2 ont été produits et clones dans des vecteurs d'expression chez l'amibe Dictyostelium discoideum. Les tests d'expression ont démontré qu'Ati2 est toxique pour l'amibe et que cela est lié à son activité catalytique. Ce projet de recherche a ainsi permis de démontrer l'existence d'un nouvel effecteur du SSTT et d'en spécifier la fonction dans la pathogénicité d'A. salmonicida.

Une base de données regroupant l'ensemble des peptides antimicrobiens provenant de protéines laitières et décrits dans la littérature a été réalisée, révélant le fait que peu de peptides antimicrobiens ont été identifiés à partir d'un mélange de protéines du lactosérum ou de produits laitiers. D'autre part, un hydrolysat d'isolat de protéines sériques a été fractionné par chromatographie liquide haute performance afin de séparer spécifiquement des fractions contenant des peptides antimicrobiens. Cinq fractions antimicrobiennes ont été obtenues et les peptides responsables de l'activité ont été identifiés. En parallèle, cinq extraits peptidiques hydrosolubles ont été isolés de fromages canadiens. Deux de ces extraits ont révélé une activité antimicrobienne et confirme la présence de peptides antimicrobiens dans les produits laitiers. Les protéines laitières ont ainsi démontré leur capacité à générer des peptides antimicrobiens après hydrolyse.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010 / La fréquentation des spas peut entraîner des infections par les bactéries Legionella (pneumonies sévères) et Pseudomonas aeruginosa (lésions cutanées). Peu de données sont toutefois disponibles sur la contamination microbiologique de ces bassins. Des paramètres microbiologiques et physicochimiques de l'eau de 95 spas du Québec ont été mesurés durant l'été 2008. Les gestionnaires ont aussi répondu à un questionnaire sur leur entretien. Une proportion de 2% des spas était contaminée par Escherichia' coli, 41% par Pseudomonas aeruginosa et 22% par Legionella. Dans 25% des spas, des bactéries ont été détectées en concentrations préoccupantes. Les paramètres physicochimiques s'écartaient fréquemment des valeurs recommandées. Seulement quatre gestionnaires étaient formés (4%). Une bonne filtration, un nettoyage fréquent du spa et une désinfection adéquate limitaient efficacement la contamination microbiologique. Des efforts devraient être faits pour adapter les réglementations aux spas qui abritent un écosystème différent des piscines. Une meilleure formation des gestionnaires est également nécessaire.

Les souches microbiennes naturelles des fromages sont souvent caractérisées pour étudier leur contribution au développement des propriétés sensorielles (goût, odeur, texture) des fromages affinés. Une meilleure compréhension de ce rôle lors de l’affinage du fromage est essentielle afin de mieux contrôler la qualité de ceux-ci. Peu d’analyses génomiques en détails ont été effectuées sur les microorganismes de la microflore naturelle des fromages (microorganismes non inoculés), alors qu’un plus grand intérêt est porté sur les ferments inoculés. La caractérisation du génome complet de souches bactériennes provenant du terroir québécois permet d’en révéler le contenu en gènes et de prédire les voies métaboliques associées. Ceci permet également d’établir l’apport individuel de celles-ci à la production de composés aromatiques. Dans le cadre de ce travail, le génome complet de quatre souches Staphylococcus equorum ont été séquencés. Ensuite, une analyse détaillée du génome de ces quatre souches a été réalisée en effectuant l’assemblage et l’annotation fonctionnelle des ~2700 gènes prédits dans chacune des souches à l’étude. Des gènes impliqués potentiellement dans la protéolyse, la lipolyse et la dégradation du lactose, ont été retrouvés dans toutes les souches de S. equorum, révélant leur potentiel métabolique important dans le fromage. Plusieurs attributs intéressants des S. equorum ont également été identifiés par des analyses de génomique comparative. D’abord, la relation entre le regroupement phylogénétique des souches avec leurs sources d’isolement indique une possibilité d’adaptation des souches à leur niche écologique. La présence de gènes uniques ou peu partagés est aussi une caractéristique identifiable dans les génomes des souches étudiées et pouvant avoir un impact sur les métabolismes des souches. La caractérisation du génome de souches de S. equorum et les analyses phylogénomiques fournissent de nouvelles informations sur son rôle dans le fromage et des indices sur son potentiel métabolique. Les données génomiques obtenues permettront, lors de validations futures, de sélectionner des souches ayant des propriétés désirables en fonction des variétés fromagères afin d’obtenir des fromages de qualité optimale. / The natural microbiota of cheese has often been characterized to study their potential participation in the development of sensorial properties (taste, odour, texture) of the ripened cheeses. A better understanding of their role during cheese ripening is therefore essential in order to have a better control of its quality. Few in-depth genomic analyzes have been carried out on microorganisms of the natural microflora of cheese (non-inoculated microorganisms), while there is a greater interest for inoculated ferments. The genes possessed by bacterial strains of the Quebec terroir can be revealed by the characterization of their complete genome, leading to the prediction of the associated metabolic pathways. This also allows the establishment of the individual contribution of each strain to the production of aromatic compounds. As part of this work, the complete genome of four strains of Staphylococcus equorum were sequenced. Then, a detailed analysis of the genome of these four strains was completed by their assembly and the functional annotation of the ~ 2700 genes predicted in each of the studied strains. Genes potentially implicated in proteolysis, lipolysis and lactose degradation, were found in all S. equorum strains, revealing their potential metabolisms important for cheese. Several interesting attributes of S. equorum were also identified by comparative genomic analyses. First, the relation in between the phylogenetic grouping and the source of isolation of the strains, indicates a possible adaptation of the strains to their ecological niche. The presence of unique or barely shared genes is also a distinguishable characteristic of the studied strains and can have an impact on the metabolisms of the strains. The characterization of the genome of S. equorum strains and the phylogenomic analyzes have provided new information on their role in cheese and clues about their metabolic potential. The genomic data collected will allow during future validations the selection of strains with desirable properties in function of cheese variety to yield cheeses of optimal quality.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / La biodiversité des clostridies dans l'écosystème laitier a été étudiée par une approche moléculaire (PCR-DGGE). combinée à des méthodes classiques (dénombrements et analyses chimiques). L'ADN des clostridies s'est avéré être très présent et diversifié sur la ferme. La diversité et la composition taxonomique des communautés ont varié selon les environnements. Tous les ribotypes détectés dans le lait ont également été retrouvés dans un autre environnement. Il apparaît que les facteurs extrinsèques et agronomiques examinés dans cette étude ont contribué à la définition taxonomique d'un réservoir de clostridies. propre à chaque ferme, et dont une partie seulement a été transférée au lait. L'accès des clostridies au lait était limité par des barrières sanitaires et il est apparu que les clostridies devaient posséder certains attributs particuliers pour atteindre le lait et y survivre. L'espèce Clostridium tyrobutyricum a été détectée dans tous les environnements examinés, mais sa distribution a varié selon la ferme. Sa présence dans le lait n'était pas toujours corrélée à sa détection dans l'ensilage.

Les parodontites sont des maladies inflammatoires de nature infectieuse affectant les tissus de soutien de la dent. La présence de bactéries parodontopathogènes dans le sillon gingival représente le facteur étiologique primaire responsable du déclenchement de la parodontite. La réponse immunitaire de l'hôte face à l'agression par ces parodontopathogènes détermine l'évolution de la maladie vers la destruction tissulaire ou la guérison. En effet, la stimulation des cellules immunitaires et mucosales par les bactéries et leurs facteurs de virulence engendre une forte production de médiateurs inflammatoires et de métalloprotéinases matricielles. Ce phénomène a pour conséquence d'activer diverses voies de dégradation tissulaire et osseuse. Le système du complément est l'un des éléments importants de la réaction immunitaire puisqu'il permet l'élimination de microorganismes pathogènes. Pour éviter un effet néfaste du système du complément, les cellules de mammifères expriment à leur surface des protéines régulatrices du complément (CRPs) qui neutralisent les composantes du complément. Le but de cette étude était d'investiguer la capacité des bactéries parodontopathogènes à déjouer le système de défense de l'hôte et/ou de contribuer à l'inflammation et à la destruction tissulaire, en interagissant avec les CRPs. D'une part, nous avons démontré que Porphyromonas gingivalis, une bactérie anaérobie stricte à Gram négatif fortement associée à la parodontite chronique, peut induire le largage de la protéine CD46 de la surface des cellules épithéliales buccales. Une fois détachée des cellules, cette protéine est dégradée par les enzymes protéolytiques sécrétées par P. gingivalis. D'autre part, Fasobacterhim nucleatum, une bactérie cohabitant avec P. gingivalis, a montré une capacité à lier à sa surface la protéine CD46 soluble. F. nucleatum couvert de la protéine CD46 s'est avéré capable d'induire une sécrétion de cytokines proinflammatoires par les cellules épithéliales. Enfin, une stimulation des cellules épithéliales par le lipopolysaccharide des parodontopathogènes a révélé une surexpression des gènes codant pour les CRPs, dont CD46, CD55 et CD59. L'ensemble de ces résultats ont mené à une meilleure compréhension des interactions des interactions des bactéries parodontopathogènes avec le système du complément et des mécanismes contribuant à l'inflammation et à la destruction tissulaire.

Aeromonas salmonicida subsp. salmonicida est une bactérie à Gram négatif causant la furonculose, une infection opportuniste des salmonidés d'élevage. Les méthodes actuelles de traitement contre la furonculose reposent fortement sur l'antibiothérapie. Cependant, une proportion importante des souches de cet agent pathogène opportuniste des poissons possède des gènes de résistance aux principaux antibiotiques utilisés pour guérir la furonculose. La présente thèse discute en détail de l'importance des interactions hôte-microbiote chez les salmonidés d'élevage et des mesures pouvant améliorer la résistance aux infections chez les salmonidés. Ces mesures peuvent être à large échelle (p. ex. la mise à place d'un système de recirculation de l'eau) ou à petite échelle (p. ex. l'administration de bactéries mutualistes aux poissons). Il y est également illustré comment des symbiontes endogènes de l'Omble de fontaine (ML11A et TM18) et une bactérie à acide lactique exogène (Bactocell) peuvent être mis à profit pour inhiber A. salmonicida subsp. salmonicida, augmenter la croissance et l'immunité innée d'Omble de fontaine et rétablir l'interaction fonctionnelle hôte-microbiote chez l'Omble de fontaine infecté à la furonculose. Lorsqu'ils sont administrés quotidiennement à des alevins vivants d'omble de fontaine, ML11A, TM18 et Bactocell ont contribué à améliorer plusieurs paramètres de leur état physiologique tels que le poids corporel moyen, le facteur de condition de Fulton et l'activité du lysozyme plasmatique (un indicateur de l'activité immunitaire innée). En contexte d'infection expérimentale de furonculose, les Ombles qui ont reçu des doses quotidiennes de TM18 et de Bactocell avaient deux fois moins de mortalité que le groupe témoin « infecté-non traité », mais seulement dans de l'eau à 13,6 °C. Dans l'eau à 15,6 °C, il n'y a pas eu de réduction significative de la mortalité. ML11A n'a pas réduit de manière significative la mortalité à l'une ou l'autre de ces deux températures. L'Omble de fontaine infecté traité avec Bactocell avait un transcriptome microbien intestinal extrêmement différent des poissons non infectés et infectés. Bactocell semble favoriser la restauration de l'expression génique nominale de l'hôte, mais en remodelant le transcriptome microbien intestinal dans un état d'eubiose différent de celui des ombles sains (non infectés). ML11A et TM18 semblent agir selon un mécanisme opposé à celui du Bactocell, c'est-à-dire en modulant l'expression des gènes de l'hôte impliqués dans la réponse à l'infection, sans altérer le transcriptome du microbiote (tous tissus confondus). Des perspectives intéressantes aux travaux de la présente thèse, par exemple combiner des souches probiotiques en un ou plusieurs traitements, vérifier la réactivité croisée de ces derniers avec d'autres traitements (conventionnels ou expérimentaux), considérer l'apport de différentes conditions environnementales sur le système Omble de fontaine - microbiote, sont également explorées. / Aeromonas salmonicida subsp. salmonicida is a gram-negative bacterium that causes furunculosis, an opportunistic infection of farmed salmonids. Current treatment methods for furunculosis rely heavily on antibiotic therapy. However, a large proportion of strains of this opportunistic pathogen possesses genes for resistance to the main antibiotics used to cure furunculosis. This thesis discusses in detail the importance of host-microbiota interactions in farmed salmonids and discusses measures that can improve resistance to infections in salmonids. These measures can be large-scale (e.g. setting up a water recirculation system) or small-scale (e.g. administering mutualistic bacteria to fish). It is also illustrated how endogenous brook trout symbionts (ML11Aand TM18) and an exogenous lactic acid bacterium (Bactocell) can be used to inhibit A. salmonicida subsp. salmonicida, stimulate the growth and innate immunity of brook trout, and re-establishing the host-microbiota functional interaction in brook trout infected with furunculosis. When administered daily to live brook trout fry, ML11A, TM18 and Bactocell helped improve several parameters of their physiological state such as mean body weight, Fulton condition factor and plasma lysozyme activity (an indicator of innate immune activity). In the context of an experimental furunculosis infection, brook charr that received daily doses of TM18 and Bactocell had twice less mortality than the "infected-untreated" control group, but only in 13.6 °C water. In water at 15.6 °C, there was no significant reduction in mortality. ML11A did not significantly reduce mortality at either of these two temperatures. Infected brook trout treated with Bactocell had an extremely different gut microbial transcriptome from uninfected and infected fish. Bactocell appears to promote the restoration of nominal host gene expression, but by remodeling the gut microbial transcriptome into a different eubiotic state from that of healthy (uninfected) charr. The brook trout probionts ML11A and TM18 appear to act according to a mechanism opposite to that of Bactocell, i.e. by modulating the expression of the host genes involved in the response to infection, without altering the microbiota transcriptome (for all tissues combined). Interesting perspectives for the work of this thesis are also explored like combining probiotic strains in one or more treatments, assessing the cross-reactivity of these with other treatments (conventional or experimental), or considering the contribution of different environmental conditions to the brook charr-microbiota system.

La flore intestinale, composée de l’ensemble des microorganismes retrouvés dans le tractus digestif, joue un rôle essentiel dans le développement et l’homéostasie du système immunitaire. Son altération est associée à de multiples maladies inflammatoires ayant des répercussions non seulement à l’intestin, mais bien dans l’ensemble de l’organisme. Les causes de cette dérégulation restent toutefois méconnues. Parmi les multiples facteurs susceptibles de moduler sa composition, on retrouve plusieurs enzymes bactéricides produites à l’intestin. L’une de ces protéines, la phospholipase A2-IIA sécrétée (sPLA2-IIA), est fortement surexprimée en condition inflammatoire. Nous avons émis l’hypothèse que la surexpression de la sPLA2-IIA à l’intestin au cours de maladies inflammatoires pourrait altérer la composition de la flore intestinale, contribuant ainsi à la physiopathologie de ces maladies. L’utilisation de souris surexprimant la sPLA2-IIA humaine (sPLA2-IIATGN) nous a permis d’observer l’apparition spontanée d’un désordre immunitaire encore jamais caractérisé dans ce modèle. En nous intéressant à l’impact de cette enzyme sur la flore intestinale, nous avons pu identifier plusieurs altérations dans le microbiome de ces souris. Nos résultats suggèrent également que l’environnement, et plus spécifiquement le microbiote intestinal, joue un important rôle dans le développement de ce désordre immunitaire. Nos résultats suggèrent que la modulation de l’inflammation systémique par la sPLA2-IIA est dépendante de la flore intestinale. / The mammalian digestive tract harbors trillions of microorganisms that collectively form the intestinal microbiota. This flora has been shown to play a prominent role in the development and homeostasis of the immune system. As such, its alteration was associated with a wide array of inflammatory diseases with intestinal and systemic afflictions. However, the cause of this unbalance remains poorly understood. While the intestinal flora may be regulated by a large number of environmental factors, multiple endogenous intestinal enzymes have been shown or proposed to play an important part in the shaping of its composition. One of those enzymes, the secreted phospholipase A2-IIA (sPLA2-IIA), possesses great bactericidal properties and is overexpressed during multiple inflammatory disorders. We hypothesized that the overexpression of sPLA2-IIA in the intestine during inflammatory processes could alter the composition of the intestinal microbiota, thereby contributing to the pathophysiology of those diseases. To verify this hypothesis, we used transgenic mice overexpressing the human sPLA2- IIA (sPLA2-IIATGN) and observed a yet uncharacterized spontaneous immune disorder in this model. We aimed to evaluate the impact of sPLA2-IIA on the intestinal flora in this model. We identified multiple alterations in the microbiome of sPLA2-IIATGN mice. Our results also suggest that the environment, and more specifically the intestinal microbiota, play a prominent role in the development of this immune disorder. Our results suggest that the modulation of systemic inflammation by sPLA2-IIA is dependent upon the intestinal flora.

La connaissance du microbiote du lait est importante pour contrôler la qualité microbiologique du lait. Le but de cette étude était d'évaluer la diversité et la dynamique de la communauté microbienne de laits traités et non traités entreposés à basse température par les méthodes d'empreintes moléculaires telles que la banque de clones d'ADNr 16S, la PCR quantitative (qPCR), le polymorphisme des longueurs des fragments de restriction terminaux (T-RFLP) et l'électrophorèse sur gel de gradient dénaturant (DGGE). Des laits crus (UT) ont été traités par addition de gaz carbonique (CO₂), thermisation (TH) ou microfiltration (MF) et ont été entreposés à 4 °C et à 8 °C pendant 7 jours. Les banques de clones ont permis de déterminer la composition de la population bactérienne des laits. Les deux unités taxonomiques opérationnelles (UTOs) les plus abondantes dans la banque de clones appartenaient aux classes Gammaproteobacteria et Bacilli. Les genres bactériens dominants dans les laits traités (UT, CO₂ et TH) ont été affiliés à Staphylococcus, Streptococcus, Clostridium, Aerococcus, Facklamia, Corynebacterium, Acinetobacter et Trichococcus. Les bactéries dominantes dans les laits microfiltrés étaient associées à Stenotrophomonas maltophilia et Delftia acidovorans tandis que Staphylococcus aureus dominait dans les laits thermisés. La qPCR a été utilisée pour quantifier les bactéries dominantes dans les laits traités. Pseudomonas fluorescens dominait la population bactérienne dans les laits UT et CO₂ entreposés pendant 7 jours tandis que Streptococcus uberis dominait dans les laits CO₂ entreposés à 8 °C Les profils de PCR-DGGE ont démontré l'effet des traitements (TH, CO₂ et MF) sur les bactéries dominantes des laits traités. Les profils de T-RFLP ont démontré que l'abondance et la diversité de la communauté bactérienne a été affectée par les traitements. Le T-RFLP a démontré la dynamique des bactéries spécifiques dans les laits traités. Ces bactéries pourraient être ainsi utilisées comme marqueur dans les laits traités. Le T-RFLP a une résolution plus élevée que la PCR-DGGE lors de l'analyse des laits traités. Cette étude montre que des bactéries spécifiques peuvent se développer pendant l'entreposage à basse température des laits traités. Les objectifs fixés dans cette étude ont été atteints avec succès en employant des méthodes moléculaires. Ce projet a ainsi mis en évidence le potentiel des méthodes moléculaires dans l'analyse de la population microbienne du lait.

L’évolution de l’industrie porcine québécoise et canadienne caractérisée par une densification des troupeaux a, dans les dernières décennies, mené à une augmentation du confinement dans les bâtiments d’élevage. Les éleveurs de carrières occupent ces bâtiments pour une partie considérable de leur journée de travail, s’exposant ainsi à cet environnement confiné. Les porcheries sont reconnues comme étant des environnements fortement contaminés en poussières et bioaérosols. De plus, des effets néfastes sur la santé des occupants sont soupçonnés dans ces nouveaux bâtiments. Cette étude vise à détecter la présence et à quantifier six pathogènes humains, à mesurer la concentration en poussières et à détecter la présence de gènes de résistance d’importance en médecine humaine dans l’air des porcheries du Québec. Pour ce faire, dix porcheries québécoises ont été visitées et des échantillons d’air ont été prélevés dans chacune d’elle. Les six pathogènes à l’étude ont été investigués par des méthodes traditionnelles de culture et par biologie moléculaire. La concentration des poussières et suspension a été mesurée par gravimétrie ainsi que par lecture directe du diamètre aérodynamique de ces dernières. Les gènes de résistance ont été détectés par biologie moléculaire. Les résultats obtenus renforcent l’hypothèse que les porcheries en environnements tempérés comme celles du Québec et du Canada abritent de fortes concentrations en bioaérosols pouvant potentiellement avoir des effets néfastes sur la santé des travailleurs agricoles. / Changes in the swine industry of the Province of Quebec and Canada characterized by larger herds as lead to an increase in confinement levels inside pig buildings. Swine workers occupy these buildings several hours per day, exposing themselves to this confined environment. Pig buildings are environments well known to be heavily contaminated by dust and bioaerosols. Moreover, adverse effects on the health of the occupants are suspected. The present study aims at detecting and quantifying six human pathogens, measuring airborne dust concentrations, and detecting resistance genes of medical importance in the air of swine confinement buildings in the Province of Quebec. To do so, ten pig buildings were visited and air samples were collected in each of them. Human pathogens were investigated using classic culture methods as well as molecular biology. Airborne dust concentrations were calculated using gravimetric methods and a direct measurement of the aerodynamic diameter or particles. Resistance genes were detected by molecular biology. Results obtained during this study reinforce the hypothesis that swine confinement buildings in temperate environments such as the Province of Quebec host high concentrations of bioaerosols which can potentially have adverse effects on the workers’ health.