Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Plus de 150 années de recherches sur les Microsporidies ont conduit à une connaissance relativement basique de divers aspect de leur biologie. Malgré cela, peut d’informations existent concernant la génétique et les mécanismes moléculaire des interactions hôte-pathogène qui gouvernent les infections aux Microsporidies.Dans un premier temps, je décris comment détecter, traiter et éradiquer les infections microsporidiales avec Tubulinosema ratisbonensis dans des lignées de Drosophila melanogaster. Jusqu’à présent, les connaissances concernant les défenses de l’hôte chez la drosophile contre les parasites intracellulaire obligatoires restent incomplète due au manque d’un bon modèle d’infection. De ce fait, j’ai développé des modèles d’infection de D. melanogaster par la microsporidie T.ratisbonensis, à la fois en culture cellulaire et drosophiles adultes. Mes travaux sur le modèle d’infection cellulaire englobent des approchent en transcriptomique et métabolomique qui analysent les deux cotées de cette relation hôte-pathogène. En fin, je présente les fonctions biologiques des glycosylphosphatidyl inositoles de Toxoplasma gondii. / More than 150 years of Microsporidia research led to a basic understanding of many aspects of microsporidial biology, yet little is known about the genetic basis and molecular mechanisms of the intimate host-parasite relationship that govern Microsporidia infections.Here, I first report on the detection, prophylaxis, and eradication measures against microsporidial infestations with Tubulinosema ratisbonensis, infecting cultures of Drosophila melanogaster. To date,knowledge about Drosophila host defense against obligate intracellular parasites remained incomplete for lack of good infection models.To this end, I have developed infection models of Drosophila by the microsporidian T. ratisbonensis,both in cell lines and in adults. The work on the cellular infection model encompasses transcriptomics and metabolomics approaches, which aim to attempt both sides of the host-pathogen equation. Finally, I report on the biological roles of glycosylphosphatidyl inositols of Toxoplasma gondii.

Le virus du syndrome reproducteur et respiratoire porcin (VSRRP) est un pathogène d’importance dans l’industrie porcine et est responsable d’importantes pertes économiques. Il n’existe pas d’antiviral efficace contre celui-ci. Il a récemment été mis en évidence que le surnageant de culture d’Actinobacillus pleuropneumoniae, l’agent étiologique de la pleuropneumonie porcine, possédait une activité antivirale in vitro contre le VSRRP dans la lignée cellulaire SJPL. Les objectifs de mon projet sont (i) d’étudier les mécanismes cellulaires menant à l’activité antivirale causée par le surnageant de culture d’A. pleuropneumoniae, et (ii) de caractériser les molécules actives présentes dans le surnageant de culture d’A. pleuropneumoniae. Dans un premier temps, des analyses de protéome ont été effectuées et ont permis d’observer que le surnageant de culture modulait la régulation du cycle cellulaire. Dans le but d’analyser le cycle cellulaire des cellules SJPL, la cytométrie en flux a été utilisée et a permis de démontrer que le surnageant de culture induisait un arrêt du cycle cellulaire en phase G2/M. Deux inhibiteurs de la phase G2/M ont alors été utilisé. Il s'est avéré que ces inhibiteurs avaient la capacité d’inhiber le VSRRP dans les cellules SJPL. Enfin, la spectrométrie de masse a été utilisée dans le but de caractériser les molécules actives présentes dans le surnageant de culture d’A. pleuropneumoniae et d’identifier deux molécules. Ce projet a permis de démontrer pour la première fois qu’A. pleuropneumoniae est capable de perturber le cycle cellulaire et que ce dernier était un élément important dans l’effet antiviral contre le VSRRP. / Porcine reproductive and respiratory syndrome virus (PRRSV) is the most important pathogen in the swine industry and causes important economic losses. No effective antiviral drugs against it exist. It was recently reported that the culture supernatant of Actinobacillus pleuropneumoniae, the causative agent of porcine pleuropneumonia, possesses an antiviral activity in vitro against PRRSV in SJPL cells. The objectives of this project were (i) to identify the mechanism behind the antiviral activity displayed by A. pleuropneumoniae, and (ii) to characterize the active molecules present in the culture supernatant. Proteomic analyses were first conducted and demonstrated the culture supernatant ability to induce modulations of the cell cycle regulation. In order to determine the SJPL cell cycle, flow cytometry analyses were performed and demonstrated that the culture supernatant induced a G2/M-phase cell cycle arrest. Two G2/M-phase cell cycle inhibitors were then used and their ability to inhibit PRRSV infection in SJPL cells was demonstrated. Finally, in order to characterize the active molecules present in the A. pleuropneumoniae culture supernatant, mass spectrometry was used and two molecules were identified. This is the first study demonstrating the A. pleuropneumoniae ability to disrupt cell cycle and the cell cycle importance to the inhibitory activity against PRRSV.

Mycoplasma hominis est une bactérie opportuniste qui peut être responsable d’infections du tractus urogénital, d’infections néonatales ou d’infections disséminées notamment chez les patients immunodéprimés. La membrane des mycoplasmes constitue l’interface d’interaction directe avec le milieu extérieur en raison de l’absence de paroi. Cette membrane contient de nombreuses lipoprotéines qui ont le pouvoir d’activer des cellules dendritiques humaines (hDCs), d’induire la production de cytokines et de polariser le système immunitaire adaptatif. Nous avons étudié l’interaction de M. hominis PG21 avec les hDCs en nous penchant d’une part sur la fraction du mycoplasme qui active les hDCs et d’autre part sur la réponse immunitaire innée des hDCs. Apres avoir déterminé les lipoprotéines contenues dans un extrait TX-114 de M. hominis PG21, nous avons enrichi en lipoprotéines bioactives une fraction de vésicules membranaires du mycoplasme par une double extraction utilisant deux détergents non dénaturants, le Sarkosyl puis le Triton X-114. Apres séparation par SDS-PAGE, nous avons identifié vingt lipoprotéines qui pourraient entrainer la sécrétion d’IL-23 par les hDCs, notamment la lipoprotéine MHO_4720. Un lipopeptide synthétique correspondant à la fraction N-terminale de MHO_4720 est capable de stimuler les hDCs. En analysant les variations transcriptionnelles des gènes codant pour les 48 lipoprotéines de M. hominis PG21 par qRT-PCR, nous avons également déterminé que 21 lipoprotéines sont surexprimées après 4h ou 24h de contact entre le mycoplasme et les hDCs. Enfin, la réponse cellulaire a été évaluée par PCR array et ELISA. Nous avons observé l’activation d’inflammasome(s) par la mise en évidence de la production d’IL-1β dépendant de la caspase 5. / Mycoplasma hominis is involved in urogenital tract infections, neonatal infections or disseminated infections particularly in immunocompromised patients. Mycoplasmas have no cell wall and their membrane is the main interface mediating the interaction between the mycoplasma and its environment. Lipoproteins that are anchored to the extracellular side of the plasma membrane are known to induce the maturation of human dendritic cells (hDCs), to stimulate the pro-inflammatory cytokine production by hDCs and to polarize the adaptive immune system. We studied the interaction of M. hominis PG21 with hDCs in order to assess the lipoproteins that can induce the stimulation of hDCs, to determine the lipoproteins that are regulated upon interaction of the mycoplasma with the host cell and to evaluate the innate host cell response. Using a double extraction strategy with two non-denaturing detergents, Sarkosyl then Triton X-114, and separation by SDS-PAGE, we found that 20 lipoproteins may induce the secretion of IL-23 by the hDCs, especially the MHO_4720 lipoprotein. We showed that a synthetic lipopeptide corresponding to the N-terminus part of the MHO_4720 lipoprotein can stimulate the hDCs in a dose-dependent manner. Using qRT-PCR for the evaluation of the transcriptional regulation of the 48 lipoprotein-coding genes of M. hominis PG21, we also determined that 21 lipoproteins were upregulated upon 4h and 24h of contact of M. hominis with hDCs. Finally, the hDC innate immune response was evaluated by PCR array and ELISA. We observed a caspase 5-dependent production of IL- 1β corresponding to the activation of an inflammasome.

Cette thèse porte sur deux aspects complémentaires, le développement et l’implémentation de nouvelles approches de cristallisation et de cristallographie sérielle ainsi que leur mise en œuvre dans l’étude structurale de complexes enzymes : ARNt. La cristallographie est la méthode la plus employée en biologie structurale, mais elle présente encore des points délicats. Plusieurs méthodes avancées ont été déployées dans ce travail pour y pallier qui ont conduit à la résolution de la structure de l’ARNt nucléotidyltransférase du psychrophile Planococcus halocryophilus et à l’étude de son adaptation structurale au froid ; des puces microfluidiques de cristallisation qui ont servi à la résolution de plusieurs structures à température ambiante par cristallographie sérielle ; enfin le Xtal Controller utilisé pour l’étude d’évènements de nucléation et de croissance cristalline dans un but de préparation d’échantillons pour analyse sous rayonnement XFEL. Entre autres systèmes biologiques, cette thèse présente la caractérisation de deux familles d’inhibiteurs visant les aspartyl-ARNt synthétases, notamment du pathogène Pseudomonas aeruginosa. / This thesis focuses on two complementary aspects, the development and implementation of new approaches of crystallization and of serial crystallography as well as their use in the structural study of enzymes/tRNA complexes. Crystallography is the most used method in structural biology, but it presents delicate points. Different methods were implemented in this work to overcome these points, which led to the resolution of the structure of the CCA-adding enzyme of the psychrophilic organism Planococcus halocryophilus and to the study of its structural adaptation to the cold; novel microfluidic crystallization chips that have been used for the resolution of several structures by serial crystallography at room-temperature; finally the Xtal Controller used for the study of nucleation and crystal growth events with the purpose of preparing samples for analysis under XFEL radiation. Among other biological systems, this thesis presents the study and characterization of two families of inhibitors targeting aspartyl-tRNA synthetases, including the one of the pathogenic organism Pseudomonas aeruginosa.

Candida albicans est le premier pathogène fongique chez l'homme (avec 78 % des infections). Nous avons choisi d'étudier, chez cette levure diploïde, les protéines de surface ancrées à la membrane et/ou à la paroi par une ancre Glycosylphosphatidylinositol (GPI). Des expériences antérieures au laboratoire ont montré que l'absence de Gpi7p (une enzyme de la voie de biosynthèse de l'ancre GPI) affectait l'ancrage des protéines à ancre GPI (GpiP) pariétales, l'intégrité de la paroi et la virulence de C. albicans. Outre le fait d'être localisées à la surface, plus de 60 % des 104 GpiP n'ont pas d'orthologue connu. Toutes ces données nous laissent penser que cette classe de protéines pourrait jouer un rôle clé dans les interactions de C. albicans avec son environnement. L'étude, présentée dans cette thèse, a été menée selon deux approches. La première consistait à interrompre un maximum de gènes codant des GpiP, puis à étudier le phénotype associé à ces invalidations pour ensuite cribler ces mutants GpiP pour les interactions macrophage-C. albicans in vitro. Cette approche globale nous a permis de construire une banque de mutants relativement importante ; son étude phénotypique montre que les GpiP sont impliquées dans trois grandes catégories fonctionnelles : (i) la morphogenèse, (ii) la réponse au stress et (iii) l'intégrité de la paroi avec la sensibilité à la caspofungine. Le crible pour des mutants atteints dans leur résistance à la phagocytose ne nous a pas permis d'obtenir des résultats clairs, probablement à cause des conditions testées qui n'étaient pas assez stringentes. La seconde approche consistait à étudier l'impact de la mauvaise localisation de certaines protéines pariétales, en utilisant le mutant gpi7-/-, sur la réponse innée de l'hôte face à C. albicans. Nos expériences montrent très clairement que le mutant gpi7-/- induit une très forte production de TNFΑ par les macrophages accompagnée d'un recrutement accru de neutrophiles au site de l'infection. Cette étude suggère qu'en l'absence de Gpi7p, la paroi de C. albicans serait mieux reconnue par les phagocytes mais que cette reconnaissance n'impliquerait pas les récepteurs TLR2 et TLR4.

La température est un des principaux facteurs climatiques pilotant le développement des champignons pathogènes foliaires pendant les différentes étapes de leur cycle parasitaire. Puisque ces microorganismes se développent à la surface, puis à l'intérieur des feuilles, c'est la température de feuille (" body temperature " en écologie) qui pilote leur développement. En épidémiologie végétale, c'est toutefois la température d'air qui est utilisée pour caractériser l'effet de la température sur le développement des agents pathogènes foliaires. Or, la température de feuille peut différer significativement de la température d'air en fonction des conditions climatiques. La prise en compte de la température d'air pour étudier la dynamique des maladies foliaires ne peut donc s'affranchir de deux biais : la température mesurée n'est pas celle qui est réellement perçue par l'agent pathogène et l'hétérogénéité spatiale des températures au sein du peuplement n'est pas prise en compte. De plus, la relation entre la température et le développement des agents pathogènes est non linéaire, ce qui limite la gamme de validité autorisant l'utilisation des sommes de températures, pourtant largement employées en protestion des cultures. L'objectif général de cette thèse est de reconsidérer la prise en compte de la température pour l'étude du développement des champignons pathogènes foliaires.Le pathosystème blé-Mycosphaerella graminicola a été choisi en tant qu'objet d'étude. La stratégie adoptée pour atteindre les objectifs de la thèse combine deux approches complémentaires, l'expérimentation et la modélisation. Pour la première fois, la loi de réponse d'un agent pathogène foliaire à la température de feuille a été établie. Un dispositif expérimental innovant a permis d'établir la loi de réponse pour trois isolats sur une large gamme de températures foliaires, via la mesure en continu de la température de 191 feuilles (F et F) inoculées et l'utilisation d'un système de forçage thermique par lampe infrarouge. La loi de réponse de la période de latence de la septoriose à la température de feuille s'apparente au concept de courbe de performance thermique développé en écologie. Celle-ci étant non linéaire sur l'ensemble de la gamme de température étudiée, l'impact de l'amplitude de fluctuations de température de feuille a été caractérisé. Une amplitude élévée a conduit à plusieurs effets négatifs pour le développement de M. graminicola : l'augmentation de la durée du cycle de l'agent pathogène, la diminution de la surface sporulante des lésions et de la densité de pycnides. Les différences de cinétique de développement en fonction de l'amplitude des fluctuations ne sont que partiellement expliquées par l'effet Kaufmann (purement mathématiques), suggérant que M. graminicola atténue les conséquences négatives d'amplitudes de fluctuation plus élevées. Enfin, les simulations du développement de la septoriose réalisées à partir de données de températures foliaires diffèrent signicativement de celles réalisées à partir de températures d'air mesurées de façon standard par une station météorologique. Ces simulations ont également souligné le caractère déterminant du pas de temps considéré.Par le transfert de concepts d'écologie vers l'épidémiologie, cette thèse ouvre des pistes pour améliorer la prise en compte de la température dans les modèles épidémiologiques. Elle contribue au développement d'une meilleure compréhension des mécanismes par lesquels l'environnement affecte les microorganismes, point clé pour le développement de modèles mécanistes de réponses possibles au changement climatique

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les pratiques culturales modifient l'architecture des couverts de manière à augmenter ou diminuer le développement des épidémies mais les processus mis en jeu sont complexes ; des modèles mécanistes simulant l'interaction entre plante et pathogène devraient aider à les clarifier. Les modèles de Plantes Virtuelles, qui permettent de décrire explicitement la structure tridimensionnelle de la plante, semblent particulièrement prometteurs pour exprimer les effets de l'architecture de la plante sur le développement des épidémies. L'objectif de cette étude est d'examiner la possibilité de simuler l'effet de l'architecture des plantes sur le développement de la maladie en utilisant un modèle Plante Virtuelle. Dans ce travail, nous nous intéressons au pathosystème blé-Septoria tritici, dans lequel l'architecture joue un rôle important. En effet, les spores de Septoria tritici sont propagées par les éclaboussures de pluie depuis les feuilles infectées du bas du couvert vers les nouvelles feuilles saines. Notre travail s'est appuyé sur un modèle pré-existant d'épidémie de la septoriose, Septo3D. L'architecture du blé a été étudiée pour une gamme de densités et de date de semis. Les différences de phyllochrone entre traitements ont été dans une gamme susceptible de modifier le développement de la septoriose. Ces variations ont été représentées par un modèle descriptif qui tient compte du nombre de feuilles final et de la photopériode. Une description détaillée des variables d'architecture à l'échelle des organes et du couvert a fourni une documentation originale et complète sur la plasticité de l'architecture du blé. Ces données ont été utilisées pour paramétrer la description du blé dans Septo3D. Globalement, les traitements étudiés ont conduit à de fortes différences de la densité de végétation au cours du temps. Les dynamiques de développement de la septoriose ont été suivies pour trois traitements de densités contrastées. Les cinétiques de la maladie simulées par le modèle étaient conformes aux mesures expérimentales. Bien que, l'approche nécessite davantage de validation, les résultats confirment que l'approche Plante Virtuelle apporte un nouvel éclairage sur les processus et les caractéristiques des plantes qui impactent les épidémies. En conclusion, nous proposons quelques perspectives en vue de nouvelles applications et améliorations de l'approche.

La surveillance de la santé se définit comme la production et le traitement de données destinées à informer les programmes de mitigation des risques sanitaires. La surveillance des maladies infectieuses animales est généralement considérée comme un bien public, impliquant la responsabilité de l’Etat. La surveillance des maladies émergentes transfrontalières, dont l’influenza aviaire hautement pathogène (IAHP), est même perçue comme un bien public mondial, justifiant un partage d’informations entre Etats. La forme la plus répandue de la surveillance, dite passive ou réactive, repose sur la communication d’acteurs privés ou publics d’informations qu’ils détiennent sur l’état sanitaire des populations animales qu’ils observent aux autorités en charge de la surveillance. La surveillance se trouve donc confrontée à la problématique des biens publics dont la gestion est dépendante de la décision décentralisée d’acteurs privés. Deux questions se posent alors : quels sont les facteurs qui influencent la décision de transmettre une information aux systèmes de surveillance publics ? Ces facteurs sont-ils purement financiers ou impliquent-ils d’autres types d’enjeux, qui font intervenir l’environnement social de l’individu, le territoire dans lequel il s’insère et ses rapports de pouvoirs ? Une autre question est celle de l’existence de réseaux d’information, établis entre acteurs privés et publics permettant d’alerter un maximum d’acteurs de l’apparition d’un risque sanitaire. Comment ces réseaux de constituent-ils ? Dans quelle mesure sont-ils liés aux systèmes de surveillance publics ? Quelles formes de gestion du risque, sous contrôle privé ou public, permettent-ils ? Le cas étudié est celui de l’IAHP due à H5N1 chez les volailles domestiques en Asie du Sud-Est. Une étude a été menée dans quatre zones d’échelle spatiale réduite réparties sur les deux pays, trois au Viet Nam et une en Thaïlande. La théorie des graphs a été appliquée à la diffusion de l’information sur les suspicions d’IAHP entre acteurs privés et publics des territoires avicoles. La structure de ces réseaux d’information est conditionnée par l’organisation politique des territoires ruraux, sous forme de villages, et par les filières dans lesquels s’insèrent les élevages présents dans les territoires. Dans les zones d’étude du Viet Nam présentant un grand nombre d’élevage commerciaux privés, les acteurs amont de la filière avicole commerciale, qui fournissent aliments et produits vétérinaires aux éleveurs, ont un accès privilégié à l’information issue du secteur avicole commercial et villageois. Dans la zone d’étude de Thaïlande, les acteurs impliqués dans les combats de coqs ont un accès privilégié à l’information issue des éleveurs villageois. Ces acteurs centraux dans les réseaux facilitent la diffusion spatiale des informations et l’accès de l’ensemble des éleveurs à ces informations. Les autorités vétérinaires sont présentes dans les réseaux mais la priorité qui leur est accordée est faible en comparaison aux acteurs privés de la filière. En parallèle, des entretiens qualitatifs ou semi-quantitatifs utilisant les outils de l’épidémiologie participative ont été menés afin d’identifier les enjeux associés à la déclaration des suspicions aux autorités vétérinaire. Les enjeux diffèrent selon les territoires et les types de production avicoles qui les composent. Ces enjeux vont au-delà des problématiques purement financières : risques sanitaires et nuisances environnementales pour le voisinage, responsabilité dans les pertes économiques des autres éleveurs et des partenaires commerciaux, et valeur affective et sociale de l’animal sont autant de composantes potentielles de la décision de l’éleveur de déclarer une suspicion aux autorités. Une partie de ces enjeux est liée aux mesures de contrôle mise en place par l’Etat face au risque sanitaire. Cependant, d’autres sont strictement associés à la diffusion de l’information. / Health surveillance is defined as the production and processing of data aimed at informing health risk mitigation programs. Surveillance of infectious animal diseases is usually considered as a public good, involving the responsibility of the state. Surveillance of transboundary emerging diseases, like HPAI, is even perceived as an international public good, justifying information sharing between countries. The most common type of surveillance, i.e. passive or reactive surveillance, is based on communications from private or public actors of the information they hold about the health status of animal populations they observe to authorities in charge of health surveillance. Animal health is therefore confronted with the problematic of public goods whose production depends on decentralized private decision. Two questions may be raised: what are the factors influencing the decision to transmit information to public surveillance systems? Are these factors solely of monetary nature or are they linked with other types of issues, among which the social environment of individuals, the place where they live and their power relationships? Another question relates to the existence of information networks established between private and public actors which enable to a part of the population of sanitary threats. How these are networks constituted? To which extent are they linked with public surveillance systems? Which type of risk management do they allow? The studied case is H5N1 HPAI in domestic poultry in Southeast Asia. A study was conducted in four areas of limited spatial scale distributed in two countries, three in Viet Nam and one in Thailand. Graph theory was applied to the diffusion of information related to HPAI suspicions between actors, private or public. The structure of these networks is shaped by the political organization of rural places, the villages, and by the value chains to which poultry farms belong. In study areas of Viet Nam with widespread commercial poultry farming, upstream actors of the value chain, supplying feed and veterinary products to farmers have better access to information from the commercial and backyard poultry farms. In the Thailand study area, actors participating in cock fighting games have a better access to information from backyard farms. These actors who are central in information networks facilitate the spatial spread of information and access of farmers to information from distant locations. Veterinary authorities are included in the information networks but their attributed priority is week in comparison with private actors of value chains. Besides, qualitative and semi-quantitative interviews were conducted, using tools of participatory epidemiology, in order to identify issues linked with suspicion reporting to veterinary authorities. Those issues differ according to places and types of poultry production. They go beyond purely monetary concerns: sanitary risks and environmental nuisances to the neighborhood, responsibility in economic losses of other farmers and commercial partners and social and affective value of animals are potential components of the decision of farmers to report a suspicion to veterinary authorities. A part of these issues are linked with disease control measures implemented by the state in response to sanitary risks. However, others are strictly associated with information spread. It is the case, for example, of impacts of information on poultry market prices.