Orientadores: Carlos Francisco Sampaio Bonafé, Marcelo Lancellotti / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-21T08:59:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_AncelmoRabelo_M.pdf: 2604011 bytes, checksum: 68977693022bd1bef29d71963a2562d5 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Mycobacterium abscessus é um importante patógeno de origem hospitalar que contamina materiais cirúrgicos e biofarmacêuticos. Estes quando mal esterilizados tornam-se agentes infectantes gerando graves patologias nas pessoas que os utilizam. A crescente incidência desse patógeno, as dificuldades de tratamento, a gravidade clínica e, a dificuldade de esterilizar fômites contaminados com este patógeno motivou a investigação de processos alternativos de esterilização. Atualmente, utiliza-se a alta pressão hidrostática como método bastante adequado para reduzir a carga microbiana e esterilizar materiais hospitalares e biofarmacêuticos que são sensíveis à autoclave. Desta forma, investigou-se a inativação de M. abscessus induzida por pressão em diferentes condições de temperatura e de pH visando progredir em direção a um método de esterilização. De acordo com os resultados obtidos, tratamentos a 250 MPa não inativaram significativamente (5 a 8 ordens de magnitude) a bactéria em até 90 min a 20°C. Entretanto em -15°C a inativação foi completa. O tratamento a 250 MPa a 60ºC por 45 min promoveu significativa inativação bacteriana de até 9 unidades logarítmicas, incluindo o teste com PVC. Além disso, extremos de pH (4 ou 9) também diminuíram acentuadamente o número de bactérias tratados por alta pressão (250 MPa), com inativação completa após 45 min. Assim, este trabalho torna-se de suma importância, uma vez que aponta para o melhoramento de protocolos de descontaminação de fômites hospitalares / Abstract: Mycobacterium abscessus is an important hospital-acquired pathogen which induces infections from medical surgical and biopharmaceutical materials. The increasing incidence of this pathogen, the difficulties of treatment and clinical seriousness motivates the investigation of alternatives in sterilization processes. High hydrostatic pressure is a very adequate method for reducing microbial load and for sterilization of hospital materials and biopharmaceutical that are sensitive to autoclaving. We investigated the pressure-induced inactivation of M. abscessus combined with different temperatures and pH conditions aiming improvements toward a sterilization methodology. According to our findings, treatment at 250 MPa did not inactivate the bacteria significantly (5 to 8 orders of magnitude) up to 90 min at 20 oC, nevertheless at -15°C the inactivation was complete. The treatment at 250 MPa and 60ºC or above by 45 min promoted significant bacteria inactivation, at least 9 logarithmic units, including the test PVC. Extremes of pH values (4 or 9) also decrease very much the bacteria number induced by pressure (250 MPa), with complete inactivation at 45 min. The better knowledge of the effect of high hydrostatic pressure in micobacteria may contribute to improvements in the decontamination of medical materials and pharmaceuticals / Mestrado / Bioquimica / Mestre em Biologia Funcional e Molecular

Mycobacterium tuberculosis est responsable de 8,7 millions de nouveaux cas de tuberculose et de 1,4 millions de décès en 2011. L’émergence de souches résistantes aux deux antituberculeux majeurs, isoniazide et rifampicine, (MDR) et aux antibiotiques de seconde ligne (XDR), ainsi que la difficulté d’éradiquer les formes « dormantes » du bacille nécessitent la recherche de nouveaux antibiotiques. Les β-lactamines n’ont jamais été utilisées en thérapeutique car M. tuberculosis produit une β-lactamase à large spectre, BlaC. Cependant, l’association d’une β-lactamine appartenant à la classe des carbapénèmes, le méropénème, et d’un inhibiteur de β-lactamase, l’acide clavulanique, est active sur M. tuberculosis incluant des souches XDR. Notre objectif a été de caractériser les cibles des carbapénèmes qui sont atypiques chez M. tuberculosis, parce que le peptidoglycane de cette bactérie contient majoritairement (80%) des ponts interpeptidiques formés par une classe particulière de transpeptidases, les L,D-transpeptidases. Nous avons comparé les cinq L,D-transpeptidases de M. tuberculosis au niveau de leur activité in vitro dans la formation des ponts interpeptidiques du peptidoglycane et dans la réaction d’inactivation par les carbapénèmes. Nous avons ainsi pu montrer que les cinq L,D-transpeptidases sont fonctionnelles in vitro. LdtMt1, LdtMt2, LdtMt4 et LdtMt5 sont capables de former des ponts interpeptidiques du peptidoglycane reliant l’acide aminé en position 3 d’un substrat tétrapeptidique donneur à l’acide aminé en position 3 d’un substrat tétrapeptidique accepteur. Ces mêmes enzymes peuvent également utiliser la D-méthionine comme accepteur dans une réaction d’échange de la D-Ala4 du substrat tétrapeptidique. LdtMt1, LdtMt2, LdtMt3 et LdtMt4 forment un complexe covalent avec les carbapénèmes. La réaction d’inactivation des L,D-transpeptidases par les carbapénèmes se déroulent en deux étapes. Dans un premier temps, un intermédiaire covalent réversible est formé (constante catalytique k1) puis la deuxième étape aboutit à la formation de l’acylenzyme (constante catalytique k2). La détermination des constantes catalytiques d’inactivation k1 et k2 a révélé d’importantes différences entre les carbapénèmes. Excepté pour LdtMt1, l’imipénème inactive plus rapidement les L,D-transpeptidases que les autres carbapénèmes suggérant que des modifications de la chaine latérale pourraient être envisagées pour optimiser l’activité « anti-mycobactérienne » de cette classe de β-lactamines. Nous avons en parallèle initié l’étude de la régulation des L,D-transpeptidases dans différentes conditions de culture ce qui permettra à terme d’identifier les L,D-transpeptidases essentielles pour la croissance et la persistance de M. tuberculosis. Ce travail pourrait déboucher sur l’identification de cibles essentielles permettant l’éradication des formes dormantes de M. tuberculosis qui sont très difficile à traiter. / Mycobacterium tuberculosis is responsible for 8.7 million of new cases of tuberculosis (TB) and 1.4 million of deaths in 2011. The emergence of strains resistant to the two first-line anti-TB drugs, isoniazid and rifampicin, (MDR), to second line-drugs (XDR) and the difficult to kill dormant forms of the bacilli require the discovery of new anti-TB antibiotics. β-lactams are usually not considered for tuberculosis treatment since M. tuberculosis produces a broad-spectrum β-lactamase, BlaC. However, the combination of β-lactam belonging to the carbapenem class, meropenem, with β-lactamase inhibitor, clavulanate, is notably active on XDR strains. Our aim was to characterize the carbapenem targets, atypical in M. tuberculosis, since peptidoglycan of this bacteria contains a majority (80%) of cross-links formed by a special transpeptidase family, the L,D-transpeptidases. We have compared the five L,D-transpeptidases of M. tuberculosis for their in vitro activities with respect to peptidoglycan dimers formation and for inactivation reaction by carbapenems. Thus, we have showed that the five L,D-transpeptidases were functional in vitro. LdtMt1, LdtMt2, LdtMt4 et LdtMt5 were able to form peptidoglycan cross-links binding the third amino acid of a donor tetrapeptide substrate with the third amino acid of an acceptor tetrapeptide substrate. These enzymes were also able to use D-methionine as an acceptor in exchange reaction of D-Ala4 of the donor tetrapeptide substrate. LdtMt1, LdtMt2, LdtMt3 et LdtMt4 formed a covalent adduct with carbapenems. The inactivation reaction of L,D-transpeptidases by carbapenems proceed through two steps. In first, a reversible covalent adduct is formed (catalytic constant k1), followed by a second step leading to acylenzyme formation (catalytic constant k2). The determination of kinetic constants of inactivation k1 et k2 revealed important differences between carbapenems. Except for LdtMt1, Imipenem inactivates L,D-transpeptidases more rapidly than other carbapenems indicating that modification of the carbapenem side chain could be used to optimize their anti-mycobacterial activity. In parallel, we have started the study of the L,D-transpeptidases regulation in various culture conditions will allow identifying the L,D-transpeptidases essential for growth and persistence of M. tuberculosis. This work might lead to identification of essential targets allowing eradication of M. tuberculosis dormant forms, which are difficult to treat with conventional anti-TB drugs.

La tuberculose (TB) est une maladie très répandue qui provoque la mort de plus d'un million de personnes dans le monde chaque année. Cela représente un véritable problème de santé publique qui nécessite le développement de nouveaux médicaments et traitements afin de mieux lutter contre cette maladie destructrice. Dans ce contexte, il est important de comprendre la relation entre l'agent étiologique, Mycobacterium tuberculosis (Mtb) et le système immunitaire. Les mycobactéries sont recouvertes de structure glycolipidiques qui pourraient être reconnus par des récepteur spécifiques appelés lectine de type C. Ici, nous avons étudié le rôle de deux lectines récemment identifiées qui n'ont pas été étudié dans un contexte de TB, CL-LK et DCIR. Au cours des dernières années, de nouvelles lectines solubles ont été identifiées et parmi elles ; CL-K1 a été définie par un criblage de divers ligands glycosylés, comme étant un potentiel récepteur de motifs présents sur la paroi de Mtb. Dans le sang, CL-K1 est associé avec une autre lectine soluble du nom de CL-L1, formant un complexe du nom de CL-LK. Par des expériences in vitro, notamment via des approches biochimique et d'analyses cytométriques, nous avons pu confirmer que CL-LK peut se lier à Mtb et encore plus particulièrement à la coiffe mannose présent sur le lipoarabinomannane, un constituant majeur de la mycomembrane. Les souris déficientes en CL-K1, une sous unités de CL-LK, ne présentent pas d'altération particulière de susceptibilité à Mtb. Cependant, nous avons pu mettre en évidence que la quantité de CL-LK dans le sérum de patient atteint d'une TB active est réduite comparé aux patients contrôles, et que cela corrèle de manière inverse à la réponse immune induite par le pathogène. Ces résultats indiquent que CL-LK pourrait présenter un intérêt comme élément de futur diagnostics ou suivi de traitement. Dans une seconde partie de la thèse, nous nous sommes concentré sur la lectine DCIR dans la réponse immune envers l'agent étiologique de la TB. DCIR est exprimé dans les lésions pulmonaires de macaques infectés par Mtb à la fois durant les infections asymptomatiques et dans les infections conduisant à une TB active. In vitro, une analyse globale de l'expression génique couplée à des validations par RT-qPCR ont pu révéler que suite à une infection par Mtb, l'expression d'un grand nombre de gènes répondant à l'interféron (IFN) de type I est inhibée dans les cellules dendritiques issues de moelle osseuses de souris déficientes en DCIR comparées à celles issues de souris sauvages. Cette inhibition corrèle avec une phosphorylation excessive de SHP2 dans les cellules dépourvues de DCIR, suivies d'une déphosphorylation de STAT1, laquelle est impliquée dans la régulation de la réponse à l'IFN de type I. L' IFN de type I est connu comme pouvant inhiber la production d' IL-12 dans les cellules dendritiques, et en effet, nous avons pu démontrer que l'inhibition de la signalisation relative à l'IFN de type I dans les cellules dendritiques déficientes en DCIR est associée avec une augmentation de la production d'IL12p70 ainsi qu'à une plus grande capacité de ces cellules à stimuler la prolifération de lymphocytes Th1 producteur d'IFN?. Les souris déficientes en DCIR contrôlent mieux l'infection que les souris sauvages, ce qui corrèle également avec une plus grande production d'IL12p70, une plus forte réponse des lymphocytes Th1, ainsi qu'à une augmentation de l'inflammation et de l'infiltration cellulaire dans les poumons des souris déficientes. Cette inflammation excessive est caractérisée par une augmentation de production du TNF-a et de iNOS dans les poumons. En conclusion, nos résultats révèlent une nouvelle voie moléculaire par laquelle les lectines peuvent moduler l'équilibre entre l'inflammation induite par l'infection et le contrôle du pathogène par l'intermédiaire de la modulation de la signalisation relative à l'IFN de type I dans les cellules dendritiques. / Tuberculosis (TB) is a wide-spread disease which causes the death of more than one million of people around the world each year. This represents a really harmfull healthcare and new drugs and treatments are always in development to better fight this destructive illness. In this context, it is crucial to understand the relation between the etiological agent, Mycobacterium tuberculosis (Mtb) and the immune system. Mycobacteria are recovered by some glycolipid structure which could be recognized by specific receptor called C-Type Lectin. Here we investigated the role of two recently highlights C-type lectins which haven't been studied in a tuberculosis context, CL-LK (Collectin Liver Kidney) and DCIR (Dendritic Cell (DC) ImmunoReceptor). In the recent years, novel soluble lectins were identified and belong these; CL-K1 (Collectin Kidney 1) was identified by a glycan array as a potential receptor in the sugar complex recognition of M.tb. In blood, CL-K1 is linked with another soluble lectin called CL-L1 (Collectin Liver 1) and form a complex CL-LK molecule. With some in vitro experiment, notably with biochemistry approach and cytometer analysis, we were able to confirm that CL-LK can bind Mtb and more particularly the mannose residue presents on the Lipoarabinomannan, a major constituent of the mycomembrane. Mice deficient in CL-K1, one of the CL-LK subunits, do not display altered susceptibility to Mtb. However, we found that the amount of CL-LK in the serum of patients with active TB is reduced, compared to that in controls, and correlates inversely to the magnitude of the immune response to the pathogen. These findings indicate that CL-LK might be of interest for future diagnostic and treatment monitoring purposes. In a second part of this thesis, we have focused our interest on the C-Type lectin DCIR in immunity to the tuberculosis agent, Mtb. DCIR is expressed in pulmonary lesions in Mtb-infected non-human primates during both symptomless infection and active TB disease. In vitro, global gene expression profiling coupled to RT-qPCR validation revealed that upon Mtb infection, the expression of a number of interferon (IFN)-responsive genes was impaired in DCIR-deficient murine bone marrow-derived DCs, compared to in wild-type cells. This inhibition correlated with an excessive phosphorylation of Src homology 2 domain tyrosine phosphatase (SHP)2 in DCIR-KO cells, followed by a subsequent dephosphorylation of Signal transducer and activator of transcription1(STAT1) which is crucially involved in the regulation of the type I IFN.Type I IFNs are known to inhibit interleukin (IL)-12 production in DCs, and indeed, we found that impaired IFN signaling in DCIR-deficient DCs was associated with an increased production of IL-12p70 and an increased ability of Mtb-infected cells to stimulate IFN?-producing Th1 lymphocyte proliferation. DCIR-deficient mice controlled Mtb infection better than wild-type animals, which correlated with an increased production of IL-12p70, an increased proliferation of Th1 lymphocytes, and an increased inflammation and cell infiltration in the lungs of DCIR-KO animals. This excessive inflammation is characterized by an increased production of tumor necrosis factor alpha (TNFa) and inducible nitric oxide synthase (iNOS) in the lungs. Taken together, our results reveal a novel pathway by which a C-Type lectin modulates the equilibrium between infection-driven inflammation and pathogen's control through sustaining type I IFN signaling in DCs.

Le fer est un oligoélément indispensable pour tout organisme vivant. Le taux de fer systémique est régulé par la fixation de l’hepcidine, hormone synthétisée majoritairement par le foie mais également par les macrophages, à la ferroportine seul exporteur du fer. L’expression de ces deux protéines est régulée par le taux de fer et les processus inflammatoires. Des mécanismes d’acquisition et de séquestration du fer sont mis en place respectivement par le pathogène et l’hôte durant l’infection et régulent en parallèle l’expression de l’hepcidine et la ferroportine. Les travaux de recherche effectués dans le cadre de ma thèse ont porté d’une part sur un aspect fondamental à améliorer nos connaissances du mécanisme de régulation de l’axe hepcidine - ferroportine en condition inflammatoire et analyser l’influence du fer sur la réponse immune au niveau des macrophages; d’autre part une deuxième partie de mes recherches s’est orientée vers une étude plus appliquée du rôle du fer dans la réponse immune induite par une infection mycobactérienne. Nous montrons que l’expression de l’hepcidine et de la ferroportine est différentiellement régulée en corrélation avec la polarisation des macrophages via les voies de signalisation intracellulaires PI3K et autres kinases. Le fer influence la polarisation des macrophages et module ainsi la réponse inflammatoire, et représente aussi un signal de danger capable de stimuler une voie MyD88-dépendante. Enfin, la réponse à l’infection Mycobacterium. bovis BCG est modulée par un régime modérément enrichi en fer, réduisant la charge bactérienne et l’inflammation. / Iron is an essential trace element for all organisms. In mammals, systemic iron homeostasis relies on hepcidin, a peptide hormone synthesized by liver but also macrophages with defensing properties, and its target, the cell iron exporter ferroportin. Iron content and inflammation regulate hepcidin and ferroportin expression in mammals. During infection, pathogens develop sophisticated mechanisms for iron acquisition and sequestration. In response, host regulates the bioavailability of iron through hepcidin and ferroportin expression. First, this work contributes to improve our fundamental knowledge on hepcidin and ferroportin regulation during inflammation and analyzes the influence of iron in macrophages immune response. Second, the role of iron in response to mycobacterial infection was investigated. We show that hepcidin and ferroportin expression was regulated differentially in correlation with macrophages polarization through intracellular signaling pathways involving PI3K and others kinases. In addition, iron influenced macrophages polarization leading to a decrease of inflammatory response with a potent effect on MyD88 pathway stimulation. Finally, we showed that moderate iron-rich diet modulated Mycobacterium bovis BCG response reducing the bacterial burden and inflammation.

Les méthodes pour le diagnostic des infections à mycobactéries sont restées pratiquement inchangées pendant des décennies et n'auraient probablement pas progressé sans la réémergence inattendue de la tuberculose (TB) au cours des vingt dernières années du 20ème siècle. Le diagnostic de laboratoire de la tuberculose pulmonaire repose principalement sur la détection des organismes du complexe Mycobacterium tuberculosis (MTC) dans les prélèvements respiratoires par leur isolement et identification ou par les méthodes moléculaires. Pour les patients qui n’expectorent pas, des échantillons du tractus respiratoire peuvent être obtenus par des procédures invasives. En nous basant sur la survie connue de MTC dans le liquide gastrique, nous avons considéré que les MTC devraient également être détectables dans les selles. Nous avons recherché des MTC en parallèle dans des échantillons de tractus respiratoire et dans les selles récoltés des mêmes patients. Mycobacterium tuberculosis a été détecté après décontamination à la chlorhexidine dans des cultures sur des milieux à base d'œuf et par l'examen direct microscopique après coloration de Ziehl-Neelsen. Après la mise au point d’une technique originale d’extraction de l’ADN total à partir des selles, nous avons utilisé la détection de M. tuberculosis par PCR en temps réel en duplex utilisant le gène IS6110 comme cible moléculaire et un contrôle interne de présence d’inhibiteurs de la PCR. Ces travaux mettent en évidence l’intérêt et la sensibilité de l’analyse des selles pour le diagnostic de la tuberculose pulmonaire. Cette technique est aujourd’hui utilisée dans notre laboratoire en routine et est en cours d’évaluation par d’autres équipes.Actuellement, l'identification des mycobactéries basée sur l’analyse des caractéristiques biochimiques (test à l’uréase, test de la nitrate réductase, test de la résistance à la pyrazinamide (pza), test de la sensibilité, test de la résistance à la thiophen-2-carboxylic acid hydrazide (TCH) etc …) est le plus souvent remplacée par des méthodes de biologie moléculaire dont l’amplification par PCR d'un gène spécifique. Ces méthodes sont laborieuses et peuvent exiger un degré d'expertise élevé. Afin de simplifier l'identification précise des isolats de mycobactéries en laboratoire de routine, après avoir vérifié l’inactivation des MTC par la chaleur et l’éthanol pour pouvoir travailler hors du laboratoire P3, nous avons mis au point les conditions pour l'utilisation de la spectrométrie de masse « matrix-assisted laser desorption and ionisation-time-of-flight» (MALDI-TOF-MS) en association avec un logiciel bioinformatique spécifique, comme outil d’identification et de différenciation entre les membres du complexe MTC, du complexe Mycobacterium avium et les autres mycobactéries non-tuberculeuses. Nous avons ensuite appliqué cette technique afin d’identifier les mycobactéries à partir du milieu liquide Middlebrook 7H10 utilisé dans une étuve automatisée. L’identification des mycobactéries isolées dans notre laboratoire, est maintenant réalisée en routine par MALDI-TOF-MS. L’ensemble de ces travaux contribue à améliorer le diagnostic de routine de la tuberculose pulmonaire et les techniques mises au point sont utilisées en routine dans notre laboratoire, en particulier dans le cadre d’un « kit tuberculose ». / The diagnosis of mycobacterial infections remained practically unchanged during numerous decades and would not probably have progressed of the whole without the unexpected re-emergence of the tuberculosis (TB) during the last twenty years of the 20th century.The diagnosis of laboratory of pulmonary tuberculosis is mainly based on the detection of microorganisms of the Mycobacterium tuberculosis complex (MTC) in the respiratory specimens. For the patients who do not expectorate, samples of the respiratory tract can be only obtained according to invasive procedures. Based on the survival known for MTC organisms in the gastric liquid, we considered that MTC organisms would be detectable also in samples of stools. We compared the presence of bodies MTC in samples of respiratory tract and the specimens of stools collected from the same patients. MTC was detected in cultures on egg-based media after appropriate decontamination using the chlorhexidine and by the microscopic examination after Ziehl-Neelsen staining. After the set on of an original protocol of the total DNA extraction from stools, we were able to use by the detection with the real-time PCR of IS6110 using internal controls as PCR inhibitor control. This protocol illustrate the utility of stool analysis for the diagnosis of pulmonary tuberculosis, this technique is actually used in routine in our laboratory, it is also under investigation by other research teams.Phenotypic identification of mycobacteria based on the analysis of biochemical pattern (urase test, nitrate reductase test, resistance to pyrazinamide (pza) test, susceptibility to thiophen-2-carboxylic acid hydrazide (TCH) test, etc …) is more often replaced by molecular methods using DNA, including the development by PCR of a specific gene. These methods are generally laborious and can require a considerable degree of expertise. To simplify the identification specifies isolates of mycobacteria routinely in the laboratory, we estimated the use of the mass spectrometry "matrix-assisted laser desorption and ionization-time-of-flight" (MALDI-TOF MS) in association with a specific bioIT software, was capable of identifying and of distinguishing between the members of Mycobacterium tuberculosis complex, Mycobacterium avium complex and the non- tuberculosis mycobacteria. We verified the MTC inactivation by heating or by ethanol allowing the analysis of the inactivated MTC out of the P3 laboratory; we studied the cost-effectiveness of this method from the blood solid media by extrapolating this approach in the emergent countries. We then applied the same method to identify mycobacteria from Middlebrook 7H10 liquid media used in an automated oven. Identification of cultured Mycobacteria is now done in routine in our laboratory by MALDI-TOF-MS. These data contribute in improving the routine diagnosis of pulmonary tuberculosis and this protocol is then used routinely in our laboratory, particularly with the “kit de tuberculose” we set on.

Mycobacterium tuberculosis (Mtb) is one of the most virulent and prevalent bacterial pathogens across the world. As Mtb infects millions of people a year, it remains essential to study its physiology with the goal of developing new therapeutic interventions. A critical part of the bacteria’s ability to propagate is through successful cell division. Although the process of bacterial cell division and the key proteins therein are well understood in Escherichia coli, much remains to be understood about division in mycobacteria. Genetic and cell biological approaches have recently begun to identify key divisome components in Mycobacterium smegmatis. However, questions remain regarding the role and function of one divisome protein in particular, the DNA translocase FtsK. In this dissertation, I investigated the necessity of FtsK for the growth of mycobacteria. Using an inducible knockdown of FtsK, I present evidence that complete loss of FtsK is required to inhibit growth in both Mtb and M. smegmatis, and that these orthologs share a homologous function. Additional work suggests extended loss of FtsK may be lethal to bacteria. These observations support that FtsK is an essential member of the divisome in mycobacteria, facilitating the processes of growth and division.

Une des 17 maladies tropicales négligées déclarées par l’OMS, l’ulcère de Buruli constitue aujourd’hui un réel problème de santé publique en Afrique centrale et de l’Ouest où il sévit dans près de 30 pays. Cette maladie touchant principalement les populations des zones enclavées reste un mythe car l’on ne connaît pas aujourd’hui le mode de transmission exacte de la bactérie responsable, Mycobacterium ulcerans, à l’humain. Une meilleure connaissance de l’écologie de ce bacille constitue pourtant un levier important tant pour apporter des informations concernant sa transmission que pour lutter contre ce fléau. Fortement soupçonnés de jouer un rôle d’hôtes ou de vecteur de M. ulcerans, certains taxons de punaises aquatiques semblent être prédisposés de par leur écologie ou leur comportement à héberger le bacille voire à le transmettre. Les travaux que nous présentons ici visent dans un premier temps à identifier sur des bases anatomiques complétées par des approches moléculaires les différents taxons de punaises aquatiques présents au Cameroun. Au-delà de proposer une clé d’identification d’espèces et une classification des punaises aquatiques du Cameroun reposant sur des séquences nucléotidiques, nous discutons du rôle important joué par l’écologie de certaines espèces de punaises dans la transmission de M. ulcerans. Les différentes approches comparatives et biostatistiques développées dans ce travail de thèse étayent l’hypothèse que certains taxons de punaises aquatiques, et notamment issus des familles Belostomatidae et Naucoridae, acquièrent la mycobactérie à partir de l’environnement en partageant des habitats (fréquentation de la végétation aquatique émergée) où le bacille prolifère, et en se nourrissant de proies, comme des mollusques ou de petits poissons, eux-mêmes contaminés par la bactérie. La capacité de vol chez les punaises aquatiques n’apparaît pas faciliter l’acquisition de M. ulcerans mais semble impliquée dans la dissémination de ce dernier en contaminant de nouveaux environnements. Au terme de cette thèse, nous discutons de l’écologie des communautés de punaises aquatiques et de leur macroécologie au Cameroun, et examinons l’importance de l’échantillonnage comme élément important de tout travail de recherche en écologie et évolution des maladies infectieuses. / One of 17 neglected tropical diseases declared by WHO, Buruli ulcer is now a real public health problem in Central and West Africa, where it occurs in nearly 30 countries. This disease mainly affecting people in remote areas remains a myth because we don't know today the exact mode of Mycobacterium ulcerans transmission, the causal agent to humans. A better understanding of the ecology of this bacillus is an important lever to make the information about its transmission as the fight against this scourge. Strongly suspected to playing a role of host or vector of M. ulcerans, some aquatic bugs’ taxa seem to be predisposed by their ecology or behavior to harbor the bacillus or to convey it. The works presented here are intended firstly to identify on anatomical bases complemented by molecular approaches different taxa of aquatic bugs present in Cameroon. Beyond proposing an identification key of taxa and classification of aquatic bugs in Cameroon based on the nucleotide sequences, we discuss the important role of the ecology of some taxa of aquatic bugs in the transmission of M. ulcerans. Different comparative and biostatistics approaches developed in this thesis support the hypothesis that some taxa of water bugs, especially from the Belostomatidae and Naucoridae families acquire the mycobacteria from the environment by sharing habitats (attendance of emerged aquatic vegetation) where the bacilli proliferate, and feeding on prey such as molluscs and small fish themselves contaminated with the bacteria. The flight capacity of aquatic bugs do not appear to facilitate the acquisition of M. ulcerans but seems to be involved in their dissemination by contaminating new the environments. At the end of this thesis, we discuss the ecology of aquatic bugs’ communities and their macroecology in Cameroon, and examine the importance of sampling as an important component of any research work in ecology and evolution of infectious diseases.

Molecular typing is increasingly essential to tuberculosis (TB) control programmes, providing public health practitioners with a tool to characterize transmission patterns, track the emergence and spread of strains of M. tuberculosis complex (MTC) in populations. While molecular typing is already used extensively as a tool for TB control in many developed settings across the globe, its use in resource-poor settings is still limited. Moreover, information on the role, contribution and burden of nontuberculous mycobacteria (NTM) and other pathogens in aetiology of TB-like syndromes is also lacking in such settings. The broad objective of this dissertation was to determine the genetic diversity of MTC and their drug resistance profiles as well as the prevalence of NTM and other potentially pathogenic bacteria among TB suspects in Northeastern, Tanzania in order to generate insights that may inform the design of a rational TB control programmes. A total of 18 distinct spoligotypes were identified in this study area, with CAS1-KILI and EAI8 being the most predominant families. Major lineages prediction by conformal Bayesian network (CBN) revealed that 70% of TB infections in this area is due to modern lineages, whereas 30% of TB infections is due to the ancestral lineages mainly of Indo-oceanic lineage. The study also revealed that the overall proportions of any drug resistance and MDR-TB were 12.7% and 6.3% respectively. With the prevalence of any drug resistance and MDR-TB among new cases being 11.4% and 4.3% respectively, among previously, treated cases were 22.2%. The prevalence of NTM was found to be 9.7 %, with HIV being a significant predictor of NTM detection (P < 0.001). Four out of 30 patients with NTM diagnosed by culture received 1st line anti-TB treatment suggesting that a proportion of patients diagnosed by smear microscopy (4/65, 6.2%) were mistreated as TB patients. Our findings further showed that 17 (4.6%) out of 372 TB suspects were due to pulmonary nocardiosis. Overall this dissertation has revealed that TB is still a major problem in Tanga and is characterized by a diverse array of MTB strains. Additionally, modern MTB strains contribute significantly to TB infections in this area. High proportions of anti-TB drug resistance among new treated cases observed suggest that more efforts need to be done to identify individual cases at facility level for improved TB control programmes. Inefficient screening of TB patients and a prevalent increase of NTM may contribute to both unrealistic and mismanagement of TB cases. A diverse array of pathogenic Nocardia species among TB suspects further indicates that they are likely cause of human disease in this population. Therefore, need to integrate NTM and pathogens causing TB-like syndromes in diagnosis and management of TB is urgent. Results of these investigations contribute to the understanding of the dynamics of TB transmission in resource poor settings of Tanzania and highlight key factors that should be considered in the development of rational approaches to design effective TB prevention and control programmes in the country.

Tuberculosis is a widely spread zoonotic disease caused by acid-fast bacteria of the Mycobacterium tuberculosis complex in a variety of mammalian species. In pinnipeds, tuberculosis has been reported in different captive and wild sea lions and fur seals. The causative agent, Mycobacterium pinnipedii, is part of the M. tuberculosis complex and has shown pathogenicity in other mammalian species including human beings. Since 2000 the Heidelberg zoo has been dealing with tuberculosis in its collection of South American sea lions (Otaria flavescens). After a Malayan tapir (Tapirus indicus) was transferred to a zoological institution in France it transmitted the disease to the other tapirs that succumbed to tuberculosis. Culturing and spoligotyping confirmed the origin, the sea lions at the Heidelberg zoo. An investigation of the sea lion group housed at Heidelberg in addition to different species of mammals living in adjacent exhibits as well as a sea lion, born in Heidelberg but then living in Hamburg, revealed multiple cases of pinniped tuberculosis.

En France, pays officiellement indemne de tuberculose bovine depuis 2001, l’infection persiste dans certaines zones, dont les Pyrénées-Atlantiques-Landes, où les niveaux d’infection observés chez les bovins et les blaireaux font craindre un fonctionnement particulier de ce système multi-hôtes pour Mycobacterium bovis, agent de la tuberculose bovine. L’objectif de cette thèse a été de mieux comprendre les mécanismes de transmission de M. bovis au sein du système bovins-blaireaux dans cette zone. L’analyse statistique du risque d’infection localement concomitante chez les blaireaux et les bovins a montré l’importance de variables environnementales liées à la survie de la bactérie dans le sol, telles que le microrelief et le pourcentage de sable dans le sol de surface, ainsi que celle de variables associées aux mouvements des blaireaux. L’analyse du réseau de contacts entre élevages bovins, incluant des contacts directs liés au commerce ou au voisinage au pâturage et des contacts indirects induits par un voisinage avec des domaines vitaux de blaireaux, a montré l’aspect multifactoriel de la transmission de M. bovis entre élevages. Enfin, la modélisation dynamique de la transmission de M. bovis dans le système bovins-blaireaux a suggéré une interface asymétrique entre blaireaux et bovins dans notre zone d’étude, les terriers étant pour la plupart infectés suite à l’exposition des blaireaux à une pâture dont le sol était contaminé par un bovin infectieux, alors que les modes de contamination des élevages se partageaient entre l’exposition des bovins à un élevage infectieux voisin de pâture, et la contamination de ces pâtures par un blaireau infectieux. La validation du modèle dynamique proposé doit encore être poursuivie. L’ensemble de nos résultats permet cependant de conclure à l’importance de prendre en compte tous les mécanismes de propagation dans la lutte contre la tuberculose bovine dans la zone. Le modèle développé est destiné à devenir un outil permettant de préciser les rôles épidémiologiques des bovins et des blaireaux et de simuler différentes stratégies de contrôle, pouvant inclure la vaccination des blaireaux. / France is officially free from bovine tuberculosis since 2001, but this infection is still persistent in some areas, including Pyrénées-Atlantiques - Landes. There, both cattle and badgers were found infected, suggesting that this multi-host system might have a particular functioning regarding Mycobacterium bovis (the main agent for bovine tuberculosis in France) transmission. The objective of the thesis was to better understand M. bovis transmission mechanisms throughout the badger-cattle system in this area. The statistical analysis of the local risk of the badger and cattle concomitant infection showed the importance of environmental variables such as microrelief and sand proportion of the topsoil as well as variables depicting badger movements. The analysis of the contact network between farms (that included direct contacts due to trade and to neighbouring pastures and indirect contacts due to the vicinity with badger home ranges) showed a multifactorial aspect of the transmission between farms in our study area. Finally, the dynamic modelling of M. bovis transmission throughout the badger-cattle system suggested an asymmetric interface where the infection of badgers due to soil contaminated by infected cattle was predominant, whereas, for the infection of cattle, the soil contaminated by infected badgers had a similar importance as the presence of infectious cattle on the neighbouring pastures. Our dynamic model validation should be continued. Nevertheless, our whole range of results underlined the importance of targeting all transmission mechanisms for infection control. The model we proposed is a tool designated to assess both cattle and badgers’ epidemiological roles as well as to simulate different control strategies, that could include badgers’ vaccination.