Les infections nosocomiales, causées par des agents pathogènes, peuvent être porteurs de gènes de résistance aux antibiotiques (GRAs) et engendrer des échecs thérapeutiques. Les données indiquent que le taux d'acquisition des bacilles à Gram négatif producteurs de carbapénémases (BGNPC), comme les Entérobactéries productrices de carbapénémases (EPC) est en augmentation dans certains hôpitaux, bien que des mesures existent pour limiter leur dissémination. Ce projet vise à évaluer la présence de trois gènes associés à la production de carbapénémases (*bla*$_\text{KPC}$, *bla*$_\text{OXA-48}$, *bla*$_\text{NDM}$) dans l'environnement des patients ayant été dépistés positifs pour un ou des BGNPC lors de leur admission. L'échantillonnage a eu lieu dans 26 chambres de patients porteurs, en isolement avec précautions additionnelles, dans 4 hôpitaux du Québec. L'échantillonnage d'air actif a été effectué avec l'échantillonneur SASS® 3100 à un débit de 300 L/min pendant 33 minutes. L'échantillonnage d'air passif de surfaces *no-touch* a été réalisé pour évaluer la déposition sur le long terme de bioaérosols. Les sols et les drains d'éviers ont aussi été échantillonnés pour évaluer les mécanismes de dissémination possibles. Des chambres de patients non-porteurs et des corridors ont également été échantillonnés pour évaluer la dissémination des GRAs. Les gènes de résistance et les bactéries totales ont été quantifiés par PCR quantitative (qPCR). Le projet a révélé que le GRA testé positif chez le patient porteur est fréquemment retrouvé dans sa chambre comme sur les sols (97%), sur des surfaces *no-touch* comme les cadres de porte (52%) et d'autres surfaces *no-touch* variées (42%). Il est cependant moins fréquent dans les drains d'éviers (17%) et dans l'air avec l'échantillonnage actif (4%). Le nombre de copies du GRA testé positif chez le patient porteur dans les échantillons positifs sont exprimées en médianes. Elles étaient plus élevées sur les sols (2.3 x 10⁴ copies/surface) et moins élevées sur les cadres de porte (1.7 x 10² copies/surface). Des gènes associés à la production de carbapénémases ont aussi été retrouvés à l'extérieur des chambres de patients porteurs, mais les valeurs quantifiables sont significativement plus faibles lorsqu'on s'éloigne de ces chambres. Les résultats obtenus permettront de mieux comprendre le rôle de l'air dans la dissémination des GRAs et d'évaluer la contamination environnementale associée aux GRAs qui ne se limitent pas aux chambres de patients en isolement. / Healthcare-Associated Infections (HAIs) are mainly caused by Gram-negative bacteria. These pathogens can carry antibiotic resistance genes (ARGs) and cause treatment ineffectiveness. Data indicate that the rate of acquisition of carbapenemase-producing organisms (CPOs), such as carbapenemase-producing Enterobacteriaceae (CPE), is increasing in some hospitals, although measures exist to limit their dissemination. This project aims to evaluate the presence of three genes associated with the production of carbapenemases (*bla*$_\text{KPC}$, *bla*$_\text{OXA-48}$, *bla*$_\text{NDM}$) in the environment of patients who screened positive for one or more CPOs upon admission. Sampling took place in 26 rooms of CPO-colonized patients, in isolation with additional precautions, in 4 hospitals in Quebec. Active air sampling was performed with the SASS® 3100 stationary sampler at a flow rate of 300 L/min for 33 minutes. Passive air sampling of *no-touch* surfaces was performed to assess the long-term deposition of bioaerosols. Floors and sink drains were also sampled to assess possible diffusion mechanisms. Non-colonized patient rooms and hallways were also sampled to assess the diffusion of ARGs. ARGs and total bacteria were quantified by quantitative PCR (qPCR). The project revealed that the ARG harbored by CPO-colonized patient is frequently found in their room such as on floors (97%), on *no- touch* surfaces such as door frames (52%) and other various *no-touch* surfaces (42%). However, it is less common in sink drains (17%) and in the air with active sampling (4%). Copy number of the ARG harbored in CPO-colonized patients are expressed as medians. They were higher on floors (2.3 x 10⁴ copies/surface) and lower on door frames (1.7 x 10² copies/surface). Genes associated with carbapenemase production have also been found outside the rooms of CPO-colonized patients, but the quantifiable values are significantly lower when moving away from these rooms. The results obtained in this study allow us to better understand the role of air in the dissemination of ARGs and evaluate the environmental contamination associated with ARGs which are not limited to isolated patient rooms.

La menace croissante de la résistance aux antibiotiques nécessite des approches innovantes. Ainsi, dans le contexte de la recherche des alternatives aux antibiotiques, cette étude explore le potentiel antimicrobien de cinq peptides contre des souches multirésistantes de *Campylobacter* spp., une cause fréquente d'intoxication alimentaire. L'objectif de cette étude était de caractériser les déterminants génétiques de la résistance et de la virulence à l'aide du séquençage du génome entier, et d'évaluer l'activité inhibitrice de quatre microcines (McC, MccJ25, MccB17 et MccE492) et d'un analogue de la brévibacilline chimiquement synthétisé contre des isolats cliniques multirésistants de *Campylobacter* spp. L'antibiogramme initial met en évidence une résistance marquée à la ciprofloxacine, la tétracycline, l'ampicilline et la gentamicine, avec 54.4 % de souches exprimant une multirésistance. L'analyse génomique a identifié des gènes de résistance et des mutations, associant la résistance à la tétracycline au gène *tet(O)*, la résistance à la ciprofloxacine à des mutations du gène *gyrA* et des séquences régulatrices modulant l'expression d'un système d'efflux, et des gènes de la famille *aph* pour les aminosides. La majorité des souches portent des gènes de virulence, notamment le gène *cgtB* lié au syndrome de Guillain-Barré. Les peptides MccJ25, McC, MccB17 et MccE492 ont été produits par fermentation, puis purifiés. En revanche, l'analogue de la brévibacilline, un dérivé de la brévibacilline, un lipopeptide linéaire naturellement produit par *Brevibacillus laterosporus*, a été synthétisé chimiquement. Les peptides MccJ25, McC et MccE492 ont démontré des effets inhibiteurs notables, avec des CMI variant de 125µg/ml à 500µg/ml. L'analogue de la brévibacilline se distingue par une efficacité supérieure, présentant des CMI variant de 8µg/ml à 64µg/ml. Ces peptides sont actifs contre les isolats multirésistants. Notre tentative de générer des mutants résistants à l'analogue de la brévibacilline n'a pas abouti. En revanche, nous avons réussi à sélectionner des mutants résistants à la microcine C. Les CMI de ces souches passaient de 125ug/ml à 1mg/ml (CMIx4). Ces résultats soulignent le potentiel des peptides antimicrobiens notamment l'analogue de la brévibacilline, en tant qu'alternatives aux antimicrobiens contre les infections bactériennes à *Campylobacter* résistants aux antibiotiques. Cette étude met en lumière le rôle majeur de cette bactérie en tant que vecteur de transmission de la résistance aux antibiotiques, soulignant l'importance de recherches continues pour atténuer cette menace mondiale. / The growing threat of antimicrobial resistance (AMR) calls for innovative approaches. This study explored the antimicrobial potential of five peptides against multi-resistant *Campylobacter* spp. strains, a common cause of food poisoning. This study aimed to characterize the genetic determinants of resistance and virulence using whole-genome sequencing, and to evaluate the inhibitory activity of four microcines (McC, MccJ25, MccB17, MccE492) and a chemically synthesized brevibacillin analog against clinical isolates of multidrug-resistant *Campylobacter* spp. Initial susceptibility testing revealed marked resistance to ciprofloxacin, tetracycline, ampicillin, and gentamicin, with 55.4% of strains expressing multidrug resistance. Genomic analysis identified resistance genes and mutations, associating resistance to tetracycline with the *tet(O)* gene, ciprofloxacin with mutations in the *gyrA* gene and regulatory sequences modulating the expression of an efflux system, and aminoglycosides with genes of the *aph* family. Most strains carry virulence genes, notably the *cgtB* gene linked to Guillain-Barré syndrome. The peptides MccJ25, McC, MccB17 and MccE492 were produced by fermentation and then purified. In contrast, brevibacillin analogue, a derivative of brevibacillin, a linear lipopeptide naturally produced by *Brevibacillus laterosporus*, was chemically synthesized. Peptides MccJ25, MccC and MccE492 demonstrated significant inhibitory effects, with MICs ranging from 125µg/ml to 500µg/ml. Brevibacillin analogue stands out for its superior efficacy, with MICs ranging from 8µg/ml to 64µg/ml. These peptides are active against multi-resistant isolates. Our attempt to create mutants resistant to the brevibacillin counterpart has not succeeded. On the other hand, we succeeded in selecting mutants that are resistant to microcin C. These results underline the potential of antimicrobial peptides, notably brevibacillin, as alternatives to antimicrobials against antimicrobial-resistant *Campylobacter* bacterial infections. The current study highlighted the major role of this bacterium as a vector involved in the transmission of AMR to humans, animals, and the environment, exacerbating the global threat of antibiotic-resistant infections, underlining the importance of ongoing research to mitigate this global threat.

La résistance du virus herpes simplex (VHS) aux antiviraux, particulièrement chez des sujets immunosupprimés, et sa capacité d’envahir le système nerveux central soulèvent de nombreuses questions au niveau clinique. Des mutations au sein du gène de la thymidine kinase et de l’ADN polymérase virale sont responsables de la résistance aux traitements antiviraux. Il est donc important d’élucider davantage les différents mécanismes moléculaires à l’origine de ces évènements de résistance et de développer de nouvelles avenues thérapeutiques. De plus, le VHS est la cause la plus fréquente d’encéphalite sporadique et potentiellement fatale dans les pays de l’ouest. Ce type de pathologie est occasionné en partie par une intense réplication virale mais également par une réponse immunologique encore incomprise jusqu’à maintenant. Les travaux présentés dans cette thèse de doctorat ont pour but de développer de nouveaux modèles in vitro et in vivo permettant d’étudier ces deux facettes importantes du VHS. L’impact de certaines mutations et l’effet d’un nouveau traitement dans la résistance du VHS aux antiviraux ont été évalués. La réponse immunitaire innée cérébrale de même qu’une nouvelle approche thérapeutique en rapport avec une encéphalite à VHS ont également été caractérisées. / Herpes simplex virus (HSV) resistance to antiviral treatment is a real concern among immunocompromised population. Mutations localized in the thymidine kinase (TK) and/or the DNA polymerase (pol) genes are mainly responsible for those resistance issues. Thus, it is becoming important to increase knowledge in this area and to develop new therapeutic strategies. Also, HSV has this unique biological property to invade the nervous central system and causes encephalitis. During this type of infection, an important immunological process occurs. However, this inflammatory response is still very controversial and needs to be elucidated. The main objectives of this doctoral thesis consisted of: 1- the characterization of antiviral resistance and 2- the elucidation of the brain inflammatory response to HSV. The first part consisted in the development of an in vitro system allowing the characterization of several mutations in the TK and/or the DNA pol genes responsible for antiviral resistance and the elaboration of a new antiviral strategy. The second part was to characterize the inflammatory response following the induction of HSV-1 encephalitis in a mouse model and to develop an alternative immunomodulatory approache. Mutations localized in conserved and non-conserved regions of the TK are associated with ACV resistance. Hydroxyurea increases the activity of nucleoside (ACV) and nucleotide (CDV) analogues. A delayed glucocorticoid treatment is highly beneficial by decreasing the brain viral load as well as pro-inflammatory cytokine production in the brain of infected mice. TNF- and IL-1permit the initiation of an innate immune response allowing a control of the viral replication and an efficient transition to the adaptive immune response required for viral clearance during HSV-1 encephalitis. A prophylactic treatment with a TLR3 agonist significantly increases the mean life expectancy and survival rate of mice infected with HSV-1 compared to non-treated mice. The experimental models developed during this Ph. D. allow a better understanding of the molecular mechanisms of resistance and of the brain inflammatory response to the HSV.

À la suite d'un diagnostic de cancer de l'ovaire, la prise en charge thérapeutique constitue une étape déterminante dans la survie des patientes atteintes. Actuellement, la plupart de celles-ci subiront une cytochirurgie suivie d'une chimiothérapie standard comprenant du Cisplatin (ou Carboplatin) et du Paclitaxel. Malgré une réponse initiale adéquate, il a été démontré que 75-80% d'entre elles récidiveront peu de temps après la fin de leurs ("leurs" prend un "s" si chaque femme à plusieurs traitements) traitements. Dans ces cas de récidive, la plupart des patientes développeront aussi une résistance à la chimiothérapie. A ce stade, l'administration d'un traitement efficace devient donc un problème de taille pour les oncologues. La technologie des micropuces à ADN est grandement utilisée au niveau de la recherche sur le cancer, y compris celles portant sur les mécanismes et les biomarqueurs associés à la chimiorésistance dans les cancers ovariens. Dans notre programme de recherche, nous avons évalué le profil d'expression génique de six paires de tumeurs prélevées avant et après la chimiothérapie (CT) de six patientes atteintes d'un cancer épithéliale de l'ovaire (CEO), dans le but de pouvoir caractériser moléculairement les récidives résistantes de l'ovaire. Nos résultats ont montré la présence d'une signature moléculaire spécifique dans les tumeurs post-CT présentant une surexpression de gènes associés à des mécanismes connues de chimiorésistance et à la régulation négative de la prolifération. D'autres gènes liés à la réponse aux traitements, à l'apoptose, au contrôle du cycle cellulaire et à la régulation positive de la prolifération sont sous-exprimés dans ces mêmes tumeurs. Nous avons aussi analysé le profil d'expression génique de tumeurs primaires de l'ovaire de type séreux présentant différentes réponses aux agents chimiothérapeutiques, dans le but d'identifier une signature moléculaire spécifique associée à la réponse aux traitements primaires. Nos résultats suggèrent que la chimiorésistance innée peut être attribuée à une action combinée de différents facteurs liés au transport de la drogue (acquisition/excrétion), à la prolifération cellulaire ainsi qu'à des altérations dans le métabolisme, la réponse inflammatoire et l'apoptose. Une liste prédictive contenant 43 gènes a été développée et possède la capacité de pouvoir classifier les patientes ayant une tumeur séreuse de l'ovaire selon leur risque de récidiver tôt ou tard à la suite de leurs CT Découlant de ces études, plusieurs biomarqueurs associés à la chimiorésistance ont été identifiés. L'expression de certains d'entre eux a été validée dans une cohorte contenant 166 patientes atteintes de CEO présentant différents temps de survie (survie avec ou sans progression de la maladie) suivant leurs (idem) traitements de CT initiaux. Sur une liste contenant 15 candidats potentiels, nous avons observé qu'une plus faible expression protéique du biomarqueur HSP10 ainsi qu'une diminution de la prolifération cellulaire (via une plus faible expression du marqueur Ki67) prédisent une plus faible survie sans progression de la maladie et donc, par déduction, une plus grande chance de développer une chimiorésistance. L'expression protéique d'autres biomarqueurs (CTSL2 et MUC1) a été évaluée dans notre cohorte et nous avons trouvé que ceux-ci montraient une tendance à être associés avec la survie des patientes. Ceux-ci devront cependant être revalidés dans une plus grande cohorte de patientes. L'analyse des profils d'expression génique des tumeurs chimiorésistance de l'ovaire a aussi mené à l'identification de l'utilisation de médicaments anti-inflammatoires (Célébrex) en termes de traitement potentialisateurs pouvant augmenter l'effet cytotoxique du Cisplatin sur les cellules de cancer de l'ovaire. Afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires contrôlant la réponse immédiate des cellules de cancer de l'ovaire aux traitements de CT ainsi que l'émergence d'une chimiorésistance précoce, nous avons étudié les profils d'expression génique de sphéroïdes dérivés de six lignées cellulaires de cancer de l'ovaire suivant un traitement avec des agents chimiothérapeutiques couramment utilisés dans le traitement des CEO (Cisplatin, Paclitaxel et Topotecan). Nous avons trouvé que l'induction de gènes liés aux mécanismes de réplication et de réparation de l'ADN dans les sphéroïdes traités avec du Cisplatin et du Topotecan pourraient être associée avec la réponse immédiate aux traitements et pourrait être liée à un mécanisme précoce de résistance. De façon similaire, la surexpression de différents isotypes de tubulines suivant un traitement des sphéroïdes avec du Paclitaxel pourrait représenter un effet compensatoire précoce à l'action de cette drogue. Finalement, les conditions de croissance en sphéroïde, condition reconnue pour altérer l'expression génique, pourrait substantiellement contribuer à réduire l'efficacité des agents chimiothérapeutiques sur les sphéroïdes de cancer de l'ovaire. Pris ensemble, les résultats présentés dans cette thèse aideront à mieux comprendre les mécanismes moléculaires associés à la chimiorésistance dans les cancers ovariens et aideront à définir de nouvelles stratégies diagnostiques et thérapeutiques pour ce type de patientes.

YB-1 (Y-Box-binding Protein 1) est une protéine multifonctionnelle qui affecte plusieurs processus biologiques incluant la transcription, la traduction, la réparation de l’ADN et le développement embryonnaire. YB-1 appartient à une large famille de protéines liant l’ADN / l’ARN avec un motif très conservé à travers l’évolution appelé CSD (Cold Shock Domain). YB-1 est une protéine surexprimée dans plusieurs tumeurs et affecte les différentes voies de développement des cancers. Une surexpression de la protéine YB-1 rend les cellules des cancers du sein, ovariens et colorectaux résistants aux composés à base de platine. La protéine YB-1 présente beaucoup d’intérêts thérapeutiques pour lutter contre les cancers. Bien que plusieurs approches visant à cibler la protéine YB-1 aient été développées pour prévenir et traiter des patients, un effort substantiel reste nécessaire puisque la fonction multiple de la protéine YB-1 doit être prise en considération. Les buts de ce projet sont d’identifier les partenaires de la protéine YB-1 impliqués au niveau de la chimiorésistance dans différents types de cancers aux composés à base de platine et de développer de nouvelles approches thérapeutiques potentielles. Pendant cette étude, nous avons identifié les protéines NONO et RALY comme nouveaux partenaires de la protéine YB-1 dans les cellules des cancers colorectaux. Nous avons démontré que les protéines NONO et RALY sont impliquées au niveau de la chimiorésistance des cellules des cancers colorectaux aux composés à base de platine. Cette étude a aussi permis d’identifier RPS4X comme nouveau partenaire de la protéine YB-1 impliqué au niveau de la chimiorésistance des cellules du cancer du sein et ovarien au cisplatine. La protéine RPS4X est un nouveau biomarqueur prédictif et pronostic pour les patientes atteintes du cancer de l’ovaire et traitées au cisplatine. Le biomarqueur RPS4X représente ainsi, une nouvelle cible thérapeutique potentielle pour contrecarrer la chimiorésistance des cancers aux composés à base de platine incluant les tumeurs avec une surexpression de la protéine YB-1. Le niveau d’expression de la protéine RPS4X pourrait être utilisé en première ligne pour la sélection des thérapies pour des patientes atteintes des cancers ovariens et du sein. / YB-1 (Y-Box-binding Protein 1) is a multifunctional protein involved in several cellular processes including transcription, translation and DNA repair. YB-1 is important for late-stage embryonic development and belongs to the family of DNA/RNA-binding proteins with an evolutionarily ancient conserved Cold Shock Domain (CSD). YB-1 is overexpressed in many malignant tissues and plays an important role in the development of cancer. Many studies reported that high expression of YB-1 protein is associated with a worse prognosis in cancer patients. Moreover, an overexpression of YB-1 protein in breast, colorectal and ovarian cancer cell lines induced chemoresistance to platinum agents. YB-1 protein is a good therapeutic target to counteract platinum resistance in cancer. Different strategies for novel therapeutic approaches targeting YB-1 protein were used to prevent and treat people with cancer. The use of YB-1 as a therapeutic targets is still a big challenge in research and its multifunctional properties should be taken into consideration when developing a new therapy against YB-1. The goals of this project are to identify YB-1-interacting proteins required for platinum agents resistance in cancer cell lines and to develop a potential therapeutic target to treat cancers. During this study, NONO and RALY proteins were identified as new partners of YB-1 protein in colorectal cancer cell lines. We proved that NONO and RALY are significant potential target to counteract oxaliplatin resistance in colorectal cancers including tumors overexpressing the YB-1 protein. In addition, we found RPS4X protein as new a partner of YB-1 involved in cisplatin resistance in beast and ovarian cancers. These results suggest that the RPS4X protein is a significant potential target to counteract cisplatin resistance in breast and ovarian cancers. Also, we have established that RPS4X is a new promising prognostic marker for patients with high-grade serous ovarian cancer. More importantly, RPS4X is shown to be predictive of cisplatin response. RPS4X could thus be useful when selecting the first line therapies for patients with breast and ovarian cancer.

Les intégrons sont des éléments génétiques capables d'intégrer et de disséminer, par un mécanisme de recombinaison spécifique de site, des gènes de résistance aux antibiotiques trouvés sous la forme de cassettes. Ils contiennent un gène qui code pour une intégrase (intl) qui effectue la recombinaison en agissant sur deux sites cibles : le site attl en cis avec le gène d'intégrase et le site palindromique attC d'une cassette. Les intégrases d'intégrons sont donc directement impliquées dans l'accumulation et la formation de nouvelles combinaisons de cassettes de résistance dans la région variable des intégrons plasmidiques et il est donc important de mieux comprendre leur fonctionnement. Les travaux présentés à l'intérieur de cette thèse visent l'étude des interactions entre les intégrases d'intégrons et leurs sites d'attachement. Le premier objectif est de vérifier si la substitution de certains résidus peut permettre de modifier la capacité d'une intégrase d'intégron à exciser différentes cassettes. Pour ce faire, nous avons étudié l'intégrase chromosomique, SamlntLA, trouvée chez Shewanella amazonensis SB2BT afin de déterminer si cette enzyme est capable d'exciser différentes cassettes, de comparer son activité avec celles des intégrases SonIntIA et IntI2*179E et finalement de comparer les propriétés de l'enzyme sauvage avec celles de quelques enzymes mutantes. Nous avons donc testé la capacité de ces trois intégrases sauvages et de quelques mutantes à exciser plusieurs cassettes contenant différents sites attC. Les résultats démontrent que l'intégrase SamlntLA est beaucoup moins active que les intégrases SonIntIA et IntI2*179E pour effectuer l'excision des cassettes. Ils démontrent aussi que les substitutions V206R, V206K et V206H permettent d'augmenter l'efficacité de SamlntLA à exciser certaines cassettes mais que l'activité de ces intégrases mutantes est inférieure à celle montrée par les intégrases SonIntIA et IntI2*179E. Le deuxième objectif est d'analyser l'influence de l'identité des bases protubérantes et de l'espacement qui les sépare sur l'excision des cassettes par les intégrases d'intégrons. Nous avons ainsi effectué la mutagenèse du site attCdfrAi en amont de la cassette sat2 pour obtenir des variantes de séquences et d'espacement entre les bases protubérantes afin de déterminer comment ces modifications influencent la capacité des intégrases Intll, IntI2*179E, IntI3 et SonIntIA à exciser les cassettes. Nous avons ainsi démontré que l'intégrase Intll est plus efficace pour exciser les cassettes contenant des sites attC caractérisés par des bases protubérantes T et G séparées par 6 nucleotides tandis que l'intégrase IntI3 excise les cassettes contenant un nombre limité de sites attC. Nous avons aussi démontré que les intégrases IntI2*179E et SonIntIA tolèrent les changements de bases protubérantes et qu'elles excisent une plus grande variété de cassettes que les intégrases Intll et IntI3.

Aeromonas salmonicida ssp. salmonicida est un agent pathogène aquatique causant la furonculose chez les salmonidés, particulièrement les poissons d’élevage. L'antibiothérapie est la méthode couramment utilisée pour traiter cette maladie dans le monde entier. Toutefois, son efficacité est menacée par l’apparition de souches résistantes, voire multirésistantes, aux antibiotiques. L’étude de ces souches bactériennes devient donc nécessaire afin d’identifier les éléments génétiques responsables de ces résistances et comprendre comment ils contribuent à la propagation de l’antibiorésistance. C’est dans cette démarche que se positionne la présente étude qui a pour objectif de caractériser de nouveaux éléments génétiques porteurs de résistances aux antibiotiques chez A. salmonicida ssp. salmonicida à l’aide du séquençage à longues lectures. Plus spécifiquement, au centre de ce projet se trouve la souche SHY16-3432 dont l’étude a permis d’identifier trois nouveaux variants de plasmides nommés pAsa9b, pAsa5-3432 et pRAS3-3432, où ces deux derniers confèrent les résistances aux antibiotiques observées. L’analyse des séquences de ces trois variants a révélé qu’ils se distinguent tous de leur contrepartie classique par leur contenu en éléments génétiques mobiles. Le plasmide pAsa5-3432 possède une nouvelle région de multirésistances composée de plusieurs éléments génétiques mobiles. Celle-ci semble avoir été acquise à la suite d’une recombinaison entre deux plasmides. De son côté, pRAS3-3432 porte un nouvel élément inséré qui a uniquement été identifié chez l’agent pathogène porcin Chlamydia suis. Quant à pAsa9b, il se différencie du plasmide de référence par l’absence d’une séquence d’insertion. Ces découvertes soulignent ainsi l’importance des éléments mobiles sur la plasticité génomique d’A. salmonicida ssp. salmonicida ainsi que sa grande capacité d’interactions avec d’autres bactéries incluant des agents pathogènes animaux. En outre, les données obtenues dans ce projet suggèrent qu’il est nécessaire d’utiliser le séquençage à lectures longues pour caractériser complètement le génome de bactéries au plasmidome complexe comme A. salmonicida ssp. salmonicida. / Aeromonas salmonicida subsp. salmonicida is an aquatic pathogen that causes furunculosis to salmonids, especially in fish farms. Antibiotherapy is a common method used to treat this worldwide disease. Unfortunately, its effectiveness is becoming limited due to the presence of drug-resistant strains and even multidrug-resistance strains of the bacterium. The study of these bacterial strains becomes necessary in order to identify the genetic elements responsible for this resistance and to understand how they contribute to the spread of antibiotic resistance. In this study, we focused on the A. salmonicida subsp. salmonicida strain SHY16-3432 to characterize novel genetic elements conferring resistance to antibiotics using long-read sequencing technologies. It allowed us to identify three novel plasmid variants named pAsa9b, pAsa5-3432 and pRAS3-3432, the latter two being responsible for the observed antibiotic resistance. The sequence analysis of these three variants revealed that they all differ from their classical counterparts through the presence or absence of mobile genetic elements. The plasmid pAsa5-3432 carries a new multi-drug resistance region composed of numerous mobile genetics elements that appears to have been acquired through plasmid recombination. As for pRAS3-3432, it contains a new inserted element that has only been reported in the swine pathogen Chlamydia suis. Lastly, the only variation between pAsa9b and the reference plasmid is the absence of an insertion sequence in pAsa9b. Overall, these discoveries highlight the significant implication of mobile genetics elements in the genomic plasticity of A. salmonicida subsp. salmonicida and suggest that this aquatic bacterium has a high capacity to interact with other bacteria, including animal pathogens. Furthermore, the data obtained suggest that the use of long-read sequencing technologies is required to fully decipher the genome of bacteria possessing complex plasmid repertoire, such as A. salmonicida subsp. salmonicida.

Cette thèse, organisée en trois essais, porte sur l’économie de la santé des populations et traite l’analyse bioéconomique de la résistance aux antibiotiques. Elle aborde les enjeux sociaux économiques de l’utilisation inter-temporelle des antibiotiques en considérant l’efficacité de traitement comme une ressource renouvelable ou non renouvelable. Nos résultats d’analyse visent une contribution scientifique à la gestion parcimonieuse, efficace et durable des antibiotiques disponibles. Un tel objectif apparait aujourd’hui comme une alternative viable à la capacité limitée du marché à offrir de nouveaux antibiotiques contre les bactéries résistantes. Nous combinons ici (1) une approche épidémiologique, qui permet de modéliser la transmission des maladies infectieuses et l’efficacité de traitement des antibiotiques, et (2) une approche économique qui consiste à modéliser la demande d’antibiotiques et le taux de traitement de la population. Le premier essai (chapitre I) porte sur l’analyse dynamique de l’usage médical d’antibiotiques dans un contexte de la résistance bactérienne. Nous comparons ici le taux de traitement médical avec le taux de traitement socialement optimal. Nous postulons un modèle avec un médecin représentatif qui traite la population avec un seul antibiotique. La demande d’antibiotique dépend de la fraction d’individus prêts à payer pour obtenir le traitement. L’utilité instantanée du médecin dépend du revenu de son travail et du niveau d’altruisme par lequel il intègre le bien-être de la population dans son objectif. Sous ces hypothèses, les résultats de simulation montrent une forte incitation à prescrire l’antibiotique lorsque le médecin est altruiste et lorsqu’il bénéficie d’une rémunération fixe lui garantissant une ressource financière stable en tout temps. Dans cette situation, le médecin accorde une priorité à la guérison des patients et surutilise l’antibiotique, accélérant ainsi l’effet de la résistance bactérienne. Ce qui n’est pas le cas lorsque le médecin est rémunéré à l’acte qui sous-utilise l’antibiotique à court et à moyen termes. En prescrivant moins l’antibiotique, il anticipe qu’une hausse de l’infection augmente son revenu dans le futur. Le second essai (chapitre II) analyse la demande d’antibiotiques en accès libre lorsque deux antibiotiques sont disponibles. Le modèle épidémiologique développé à cet effet montre une interaction entre les réservoirs d’efficacité de traitement. Les fonctions d’interaction spécifiées ici peuvent avoir un effet positif (mutualisme) ou défavorable (prédation) à l’évolution des efficacités de traitement des antibiotiques. Les résultats de simulation montrent que les patients utilisent d’abord l’antibiotique doté d’un rapport qualité cout élevé (qualité relative) et ayant la plus forte guérison additionnelle. Cet avantage de traitement tend vite à diminuer sous l’effet de la résistance alors que l’efficacité de traitement de l’antibiotique substitut s’apprécie. Les patients vont ensuite utiliser les deux antibiotiques en même temps. Cet effet de substitution est en particulier favorisé par l’interaction positive entre les efficacités de traitement. A l’état stationnaire, cet effet mutualisme disparait et l’un des antibiotiques ne sera plus utilisé. Le troisième essai (chapitre III) examine l’ordre optimal de l’utilisation des antibiotiques dans un cadre social. L’objectif du planificateur social consiste à maximiser le bien-être agrégé de la population, y compris celui des individus en bonne santé. Le cout social d’utilisation d’un antibiotique inclut à la fois le cout de production pharmaceutique et les couts externes de traitement liés à la résistance aux antibiotiques et au risque de contagion des infections. Les résultats d’analyse montrent qu’on doit utiliser les antibiotiques par ordre séquentiel lorsqu’un antibiotique domine sur l’autre à la fois en termes de qualité relative (rapport qualité-coût social) et de qualité nette (différence qualité-coût social). En revanche, il convient d’utiliser les deux antibiotiques simultanément lorsqu’ils ont chacun un avantage de traitement sur l’autre, l’un en termes de qualité relative et l’autre en termes de qualité nette. / This thesis adds to the literature of population health by taking an economic perspective. Specifically, it focuses on the bioeconomic analysis of antibiotic resistance. It addresses the socioeconomic issues of the inter-temporal use of antibiotics by considering treatment efficacy of an antibiotic as a renewable or non-renewable resource. Our analysis informs the scientific debate on the parsimonious, effective and sustainable management of available antibiotics. This type of management now appears as a viable alternative to the limited ability of the market to offer new antibiotics capable of dealing with resistant bacteria. We combine (1) an epidemiological approach, which allows the modelling of the transmission of infectious diseases and antibiotic efficacy treatment, and (2) an economic approach, which consists in modelling the demand for antibiotics as well as the private and socially optimal treatment rate of antibiotics. This thesis is organized in three essays. The first essay (Chapter I) focuses on the dynamic analysis of a physician’s prescription rate/ use of antibiotics in a context of bacterial resistance. We compare the physician’s treatment of medical treatment with the socially optimal treatment rate. We postulate a model with a representative physician who treats the population with a single antibiotic. The demand for antibiotics depends on the fraction of individuals willing to pay for the treatment given a prevailing level of antibiotic resistance. The physician's instant utility depends on the income from his work and the level of his/her altruism towards the population welfare. Under these hypotheses, the results show a strong incentive to prescribe the antibiotic when the physician is altruistic and receives a fixed remuneration at all times. In this case, the physician gives priority to healing patients and overuses the antibiotic, accelerating therefore the effect of bacterial resistance. This is not the case when the physician is paid via a fee for services, he/she underutilizes the antibiotic in the short and medium term. By prescribing the antibiotic less, he/she anticipates that an increase in infection will increase his/her remuneration in the future. The second essay (Chapter II) analyzes the demand of the antibiotics available under open access (generic industry) when two antibiotics are available. The epidemiological model developed for this purpose shows an interaction between the reservoirs of treatment efficiency. The interaction functions specified here may have a positive (mutualism) or unfavourable (predation) effect on the evolution of antibiotic treatment efficiencies. Simulation results show that patients first use the antibiotics with the high quality-cost ratio (relative quality) and the greatest additional recovery rate. This advantage tends to decrease under the effect of rising bacterial resistance while the treatment efficiency of the substitute antibiotic increases. Patients will then use both antibiotics simultaneously. This substitution effect is in particular favoured by the positive interaction between the treatment efficiencies. At steady state, this mutualism effect disappears and only one of the antibiotics (depending on the bio-economic parameters) will be used. The third essay (Chapter III) examines the optimal order of the use of antibiotics from social point of view. The goal of the social planner is to maximize the aggregate welfare of the population, including that of healthy individuals. The social cost of using an antibiotic includes pharmaceutical production costs, the external costs of treatment related to antibiotic resistance and the risk of contagion. The results of the analysis show that the antibiotics should be used in sequential order when one antibiotic dominates the other in terms of relative quality (social quality-cost ratio) and net quality (social quality-cost difference). On the other hand, both antibiotics should be used simultaneously when one dominates in terms of relative quality and the other in terms of net quality.

Raisonnement: Les mécanismes post-transcriptionnels occupent une place importante au sein de la régulation de l’expression génique. L’expression génique est cruciale au bon développement de la cellule, mais également à sa survie. L’altération des mécanismes post-transcriptionnels fait maintenant l'objet de nombreuses études sur la cause ou la conséquence de différentes pathologies humaines telles que le cancer. Récemment, les Granules de Stress (GS) ont été trouvées à agir comme un nouveau mécanisme post-transcriptionnel, qui permet à la cellule de survivre en conditions de stress. Résultats: Notre étude démontre pour la première fois, la formation de GS dans les cellules cancéreuses traitées avec un agent chimiothérapeutique. De cela, nous avons élucidé un sentier spécifique de formation des GS en réponse au Bortézomib (Bz). Nous avons montré que cet inhibiteur de protéasome réduit l’initiation de la traduction via la phosphorylation du facteur de l’initiation de la traduction (eIF2). Cette phosphorylation d’eIF2 se produit via l’activation de la kinase de stress HRI (Heme-Regulated kinase). La suppression de la voie de phosphorylation d’eIF2-GS via la déplétion de HRI favorise une mort cellulaire accrue chez les cellules cancéreuses traitées au Bz. Ces données révèlent donc un rôle important pour HRI dans la résistance des cellules cancéreuses face au Bz, en partie par l’entremise de sa capacité à réguler la formation de GS. Pour faire suite à cette étude, nous décrivons que le facteur anti-apoptotique p21 est séquestré à l’intérieur des GS qui sont induites par le Bz. L’emprisonnement de l’ARNm p21, hautement instable, à l’intérieur des GS permet à cet ARNm d’être protégé, stabilisé et donc accumulé. Nous démontrons que la protéine de liaison à l’ARN, CUGBP1, est responsable de la localisation de l’ARNm p21 à l’intérieur des GS en réponse au Bz. Après un traitement prolongé de Bz, les GS sont désassemblées et ainsi relâchent une grande quantité d’ARNm p21 qui devient alors disponible pour être traduite. Cette traduction massive de p21 apporte alors un élan anti-apoptotique à la cellule cancéreuse ce qui lui permet de survivre au traitement chimiothérapeutique de Bz. Conclusions et perspectives: En somme, ces études décrivent une nouvelle voie spécifique de survie cellulaire qui implique un rôle potentiel pour les GS dans le cancer et qui pourrait être ciblée en thérapie. En perspective, des tumeurs xénogreffes chez la souris seront utilisées pour tester si (i) la suppression des GS via l’inactivation de HRI, et (ii) l’inactivation de la voie CUGBP1-p21, qui est régulée par les GS, sensibiliseraient les tumeurs au Bz, validant ainsi notre modèle in vivo. Ces études apporteraient des preuves de concept pour le développement de nouvelles stratégies ciblant les voies associées au GS et qui pourraient être utilisées en thérapie combinatoire pour diminuer le risque de résistance face au traitement de Bz. / Rationale: Post-transcriptional mechanisms play an important role in the regulation of gene expression. Gene expression is crucial for the proper development of the cell but also for its survival. The alteration of post-transcriptional mechanisms is now the subject of numerous studies on the cause, or on the consequence, of various human diseases such as cancer. Recently, Stress Granules (SG) have been found to act as a new post-transcriptional mechanism, which allows the cell to survive in stress conditions. Results: Our study demonstrates for the first time, the formation of SGs in cancerous cells, in response to a chemotherapeutic agent. From this we have elucidated a specific pathway of SG formation in response to Bortezomib (Bz). We demonstrate herein that this proteasome inhibitor reduces translation initiation via the phosphorylation of the initiation factor (eIF2). This phosphorylation of eIF2 is controlled through the activation of the heme-regulated kinase (HRI). The alteration of the pathway phospho-eIf2-SG, through depletion of HRI, causes massive cellular death in Bz treated cancerous cells. These data thus reveal a crucial role for HRI in the resistance of cancerous cells against Bz, in part via its capacity to regulate SG formation. Furthermore, we describe the anti-apoptotic factor p21 to be trapped inside Bz-SGs. This sheltering of the highly unstable p21 mRNA allows this one to be protected from degradation, which can be stabilized and accumulated. We also demonstrate, herein, that the RNA-binding protein CUGBP1 acts as a factor responsible for the localization of the p21 mRNA inside Bz-SGs. After prolonged treatment of Bz, SGs disassemble and release a high dose of p21 mRNA that becomes available for translation. This massive translation of anti-apoptotic p21 gives a boost to the cell that allows it to survive the stress. Perspectives and Conclusion: In sum, our studies describe a new specific pathway of cell survival that implies a potential role for SGs in cancer, which could be targeted in therapy. In perspective, xenograft tumors in mice will be used to test if (i) the inhibition of SG formation via the inactivation of HRI, and (ii) the inactivation of the CUGBP1-p21 pathway that is regulated by SGs, can both sensitize tumors to Bz treatment thus validating our model in vivo. These studies will provide us with a proof of principle for the development of new strategies targeting SG-associated pathways. Combinatorial therapies implicating the termination of such pathways could be developped in order to reduce the risk of recurrence against Bz.

La résistance croissante et alarmante aux antimicrobiens chez de nombreuses bactéries pathogènes humaines telles que Streptococcus pneumoniae, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae et Pseudomonas aeruginosa représente un problème majeur de santé publique. Ce problème est aggravé par l’apparition de souches multirésistantes et par le nombre limité d’antibiotiques en développement. Il devient donc impératif de s’affairer à protéger l’efficacité des molécules disponibles. Par ailleurs, une meilleure compréhension du mode d’action des antibiotiques et de la réponse induite par ceux-ci pourrait être bénéfique pour identifier de nouvelles cibles bactériennes pour le développement d’adjuvants chimio-thérapeutiques. Notre étude de la réponse transcriptomique par la technique d’ARN-Seq de trois souches de S. pneumoniae sensibles à la pénicilline (PEN) a montré un nouveau lien entre le métabolisme de la glutamine et la sensibilité à la PEN. En effet, les gènes des opérons glnRA et glnPQ impliqués dans la synthèse et l’absorption de la glutamine étaient parmi les gènes les plus sous-exprimés chez les trois souches traitées avec la PEN. Nous avons aussi détecté une augmentation des concentrations intracellulaires de la glutamine à la suite du traitement à la PEN. En outre, l’inhibition chimique de la glutamine synthétase codée par glnA sensibilise S. pneumoniae à la PEN, et ceci a aussi été observé chez des isolats cliniques résistants à la PEN. En résumé, une combinaison d’études transcriptomique et métabolomique a démontré que la PEN interfère avec le métabolisme de la glutamine, suggérant des stratégies qui pourraient être exploitées en bithérapie. Chez les bactéries à Gram négatif, la résistance aux carbapénèmes devient de plus en plus menaçante pour la santé mondiale. L'efficacité de l’imipénème (IMP) diminue avec l'apparition de la résistance. Notre criblage chimiogénomique chez E. coli, K. pneumoniae et P. aeruginosa a mis en évidence des réponses communes et spécifiques à l’IMP à chaque espèce. Une analyse comparative de 145 mutants a montré que les gènes les plus mutés codaient pour des protéines impliquées dans la biogenèse de la membrane et de l'enveloppe cellulaires, la transcription et la transduction de signal. iii Nos résultats ont montré que le gène rpoD codant pour un facteur sigma d'ARN polymérase était muté chez les trois espèces et le rôle de ce gène dans la résistance a été validé expérimentalement chez E. coli. En outre, de nombreux gènes codant pour des amidases, transférases et transglycosidases ont conféré un faible niveau de résistance aux entérobactéries, alors que les mutations d'OprD étaient fréquentes chez P. aeruginosa, mais divers systèmes de transduction de signal à deux composants étaient également susceptibles d'être impliqués dans la résistance à l'IMP. De façon intéressante, certains gènes identifiés tels que rpoD, slt codant pour une transglycosylase lytique, ainsi que les histidines kinases sont déjà envisagés comme des cibles thérapeutiques prometteuses. Finalement, cette étude a confirmé le pouvoir de diverses approches omiques quant à la compréhension des modes d’action des antibiotiques et à la prédiction des mécanismes de résistance développés contre eux. Ceci nous permettra de mettre en place des stratégies pour protéger l’efficacité des antibiotiques actuellement utilisés mais aussi celle de nouvelles molécules développées.