Cette thèse a pour but de contribuer à une meilleure compréhension de la tuberculose (TB) et desmycobactéries non-tuberculeuses dans la Caraïbe. La tuberculose a hanté l’humanité depuisplusieurs millénaires et reste de nos jours une des maladies infectieuses faisant le plus de victimeschaque année (1,5 millions de décès en 2013). La connaissance de l’épidémiologie de la tuberculoseest essentielle afin de concevoir des programmes de lutte anti-TB adaptés aux spécificitésrégionales et donc plus efficaces. Dans cette optique, la première partie de ce travail fourni un suivià long-terme de la résistance aux antituberculeux observée en Guadeloupe, Martinique et Guyanefrançaise ainsi qu’un aperçu de la diversité génétique et de la résistance aux antituberculeux dansla Caraïbe. Les données montrent une baisse graduelle de la fréquence des infections causées pardes souches résistantes parmi les nouveaux cas de TB dans les départements français d’Amérique.En ce qui concerne la Caraïbe, des différences marquées ont été observées entre les différentsterritoires, ce qui semble refléter le passé historique de cette région.La deuxième partie est consacrée à la phylogénie et l’évolution de M. tuberculosis, étudié à l’aide dedivers marqueurs génétiques comme spoligotypes, LSP, SNP et MIRU-VNTR. Les profils MIRUVNTR(format 12-loci) ont été étudiés afin de déterminer leur utilité comme marqueurphylogénétique. Il a été montré que ce marqueur est adapté pour retracer la phylogénie ducomplexe M. tuberculosis et que la précision du classement basé sur les MIRUs est supérieure àcelle du classement basé sur les spoligotypes. De plus, la technique MIRU-VNTR permetégalement d’observer la diversification évolutive d’une souche de M. tuberculosis au cours del’infection ou alors d’identifier des patients infectés par plusieurs souches de M. tuberculosis enmême temps. Les deux phénomènes ont été observés au cours de ce travail de thèse et les casconcernés sont décrits dans ce deuxième chapitre.Enfin, un premier aperçu de la diversité des mycobactéries non-tuberculeuses isolées desprélèvements cliniques en Guadeloupe, Martinique et Guyane est présenté dans la troisième partiede ce travail. Des différences marquées dans la fréquence d’isolement de certaines espèces ont puêtre observées entre les trois départements français d’Amérique. M. intracellulare par exemple étaitsignificativement plus abondant en Guadeloupe. Cependant l’existence d’une niche écologiquespécifique à cette île n’a pas pu être mise en évidence. La problématique de l’identification desmycobactéries non-tuberculeuses est abordée également à travers une étude rétrospective del’utilisation de hsp65-PRA pour l’identification des mycobactéries dans un laboratoire de routinemais aussi sous forme d’un travail prospectif visant à la mise en place d’un protocoled’identification de mycobactéries non-tuberculeuses avec MALDI-TOF MS. / This thesis aims at providing a better understanding of tuberculosis (TB) and non-tuberculousmycobacteria (NTM) in the Caribbean. TB is an ancient scourge of humanity and remains one ofthe deadliest infectious diseases today having claimed around 1.5 million lives in 2013.Understanding the epidemiology of TB is essential for optimizing regional TB control programs. Inthis context, the first part of this work provides long-term data on drug-resistance in Guadeloupe,Martinique and French Guiana as well as an insight in the genetic diversity and drug-resistance ofM. tuberculosis in twelve Caribbean territories. Encouragingly, the results show a gradual decreaseof drug-resistant TB in newly infected patients in Guadeloupe, Martinique and French Guiana. Onthe Caribbean level, distinct differences were observed from one territory to the next and thecurrent epidemiological landscape seems to reflect the historical past of the region.The second part addresses the phylogeny and evolution of M. tuberculosis using various geneticmarkers such as spoligotyping, large sequence polymorphism (LSP), single nucleotidepolymorphism (SNP), and MIRU-VNTRs. The suitability of 12-loci MIRU-VNTR profiles for use inphylogenetic studies was evaluated and it was found that this marker is not only able to resolvethe evolutionary relationships within the M. tuberculosis complex but also allows to achieve ahigher phylogenetic precision than spoligotyping. MIRU-VNTR also permits the identification ofon-going evolution in TB patients (in-patient microevolution) as well as mixed strain infections.Both phenomena were observed in our setting and the respective cases are described herein.Finally, a first insight in the diversity of NTM isolated from clinical specimen in Guadeloupe,Martinique and French Guiana is provided. The isolation frequency of some NTM species variedconsiderably between the three departments, the most striking example being the relativeabundance of M. intracellulare in Guadeloupe. However, no evidence of a privilegedenvironmental niche/infection source on this island could be found. Last but not least, the subjectof NTM identification is addressed in the form of a retrospective evaluation of hsp65-PRA basedidentification in a routine laboratory and in the form of a prospective study towards theimplementation of a MALDI-TOF MS based identification of NTM at the Pasteur Institute ofGuadeloupe.

Les amibes libres sont des microorganismes unicellulaires eucaryotes dont l'écologie au sein des réseaux d'eau potable est mal connue. Les amibes libres représentent un enjeu de santé publique, du fait de leur capacité à favoriser la présence de bactéries potentiellement pathogènes, parmi lesquelles des mycobactéries.Une campagne de prélèvement menée sur le réseau d'eau potable de Paris a permis d'évaluer la diversité des amibes libres et de leur microbiome bactérien, par pyroséquençage ciblant les gènes ribosomaux (16S et 18S). Ces analyses ont suggéré la prédominance des genres Acanthamoeba, Vermamoeba, Echinamoeba et Protacanthamoeba. Le microbiome des amibes a révélé une grande diversité bactérienne, dominée par Pseudomonas, Stenotrophomonas, Bradyrhizobium, Sphingomonas et Pseudoxanthomonas. L'intégration des paramètres physicochimiques a permis de suggérer l'importance de l'origine de l'eau, la température, le pH et la concentration en chlore dans la dynamique des populations amibiennes. Une endosymbiose originale entre V. vermiformis et des bactéries du phylum TM6 a également été mise en évidence.Les amibes ont été fréquemment co-isolées avec des mycobactéries dans le réseau, principalement les espèces M. llatzerense et M. chelonae. Des expériences d'infection chez A. castellanii ont permis d'observer la capacité de ces mycobactéries à survivre et croitre en présence d'amibes. Par génomique comparative et analyses transcriptomiques, plusieurs facteurs de virulence, conservés entre M. llatzerense, M. chelonae et M. tuberculosis, ont été identifiés et sont surexprimés au cours de l'infection. Ces données suggérent leur implication dans la résistance à la prédation amibienne.L'ensemble de ces travaux a permis d'améliorer la connaissance des populations amibiennes et de leur microbiome au sein du réseau d'eau potable, apportant des éléments supplémentaires concernant leur implication dans la survie et la persistance des mycobactéries. / Free-living amoebae are unicellular eukaryotes whose ecology in drinking water networks remains poorly understood. They may represent a public health concern, because of their ability to favour the presence of potentially pathogenic bacteria, among which are mycobacteria.A sampling scheme based on Paris drinking water network allowed identifying the diversity of both freeliving amoebae and their bacterial microbiome, using ribosomal RNA targeted pyrosequencing. These analyses indicated the major presence of Acanthamoeba, Vermamoeba, Echinamoeba and Protacanthamoeba genera. The microbiome was highly diverse and dominated by Pseudomonas, Stenotrophomonas, Bradyrhizobium, Sphingomonas and Pseudoxanthomonas. The coupling of physicochemical parameters to this analysis allowed underlining the importance of water origin, temperature, pH and chlorine concentration in shaping amoebal populations. Also an original endosymbiosis between V. vermiformis and a bacterium of the TM6 phylum was described. Free-living amoebae were frequently co-isolated with mycobacteria in the water network, mainly M. llatzerense and M. chelonae species. Infection experiments on A. castellanii illustrated the capacity of these species to resist and grow in presence of amoebae. Through genomics and transcriptomics approaches, several virulence factors, conserved between M. llatzerense, M. chelonae and M. tuberculosis were identified, and found to be upregulated during infection experiments. These results suggest their involvement in mycobacterial resistance to amoebal predation.Altogether, this work helped to better understand the ecology of free-living amoebae and their microbiome in drinking water networks, as well as the role of free-living amoebae in the survival and persistence of mycobacteria in such environments.

Les mycobactéries sont classées parmi les bactéries contenant des acides mycoliques dans leur paroi et un haut GC% dans leur génome. Elles peuvent être isolées à partir du sol ou d'environnement d'eau douce où vivent aussi les protozoaires libres. Plusieurs études ont montré une possibilité de co-isolement des mycobactéries et des amibes à partir de ces sources environnementales. Il a été montré également que la plupart des mycobactéries de l'environnement ont la capacité à survivre dans les trophozoites et les kystes d'amibes et dans certaines cellules eucaryotes, y compris les macrophages. Les manipulations génétiques des mycobactéries en général et des mycobactéries du complexe Mycobacterium tuberculosis en particulier sont compliquées et aucune étude de modification génétique des mycobactéries (pathogènes ou non pathogènes) n'avait été réalisée dans notre laboratoire avant notre travail de thèse. Dans notre travail de thèse, nous avons montré que les amibes ou d'autres organismes phagocytaires peuvent servir comme sources et lieu de transfert des gènes chez les mycobactéries. Ce transfert des gènes peut avoir contribué à l'adaptation des mycobactéries à un mode de vie intracellulaire. Nous avons développé ensuite deux systèmes de coculture: Mycobacterium smegmatis-Acanthamoeba polyphaga et Mycobacterium gilvum-A. polyphaga et nous avons clarifié le spectre des interactions des mycobactéries à croissance rapide avec les amibes. Ce modèle d'interaction mycobactéries-amibes a été utilisé pour tester l'hypothèse contraire au paradigme dominant que l'addition des gènes réduit la virulence des bactéries. / Mycobacteria are mycolic-acid containing, high GC% bacterial organisms which can be recovered from soil and fresh water environments where free-living protozoa also live. Co-isolation of mycobacteria and amoeba collected from such environmental sources has been reported. Several experiments further demonstrated the ability of most environmental mycobacteria to survive in the amoebal trophozoites and cysts and in some eukaryotic cells including macrophages. Genetic modification of mycobacteria in general and mycobacteria belonging to Mycobacterium tuberculosis complex in particular are complicated and no studies using genetic modification of mycobacteria (pathogenic or non-pathogenic) had been performed in our laboratory prior to our work. In our thesis work, we showed that amoebae or other phagocytic organisms can serve as sources and places for gene transfers in mycobacteria. Gene transfers may have contributed to the adaptation of mycobacteria to an intracellular lifestyle. In addition, we developed two co-culture systems: Mycobacterium smegmatis-Acanthamoeba polyphaga and Mycobacterium gilvum-A. polyphaga and we clarified the spectrum of rapid-growing mycobacteria and amoeba interactions. This model of mycobacteria-amoeba interactions was then used to test another hypothesis according to which unlike the prevailing paradigm, the addition of genes does not reduce the virulence of bacteria. For the first time in our laboratory we modified two species of the M. tuberculosis complex, M. tuberculosis H37Rv and Mycobacterium bovis BCG to observe the effect of these changes on their pathogenicity and survival.