Les infections associées au milieu hospitalier demeurent une cause majeure de mortalité et de morbidité dans le monde, malgré plusieurs décennies dédiées à promouvoir une meilleure surveillance et des méthodes de désinfection plus complètes. La capacité des bactéries pathogènes à survivre sur des substrats solides a été identifiée comme un facteur clé de la pathogenèse de ces infections, en multipliant les sources de transmission et de contamination. Au niveau de la recherche, cette situation s’est récemment traduite par un intérêt marqué pour le développement de revêtements antibactériens novateurs pouvant constituer une ligne de défense complémentaire contre la colonisation bactérienne de surfaces, pourvu qu’ils puissent résister à l’environnement rigoureux des établissements de santé. Dans cette thèse, nous avons émis l'hypothèse qu'un revêtement antibactérien avec une stabilité supérieure pouvait être déposé en utilisant un procédé plasma modulable, de sorte que les propriétés du revêtement résultant pourraient être adaptées aux exigences de différentes situations ou applications. Par conséquent, des revêtements nanocomposites de carbone amorphe adamantin contenant de l'argent (Ag-DLC) ont été développés et étudiés comme plate-forme polyvalente pour des surfaces antibactériennes. L’intérêt de ce matériau réside dans la combinaison des excellentes propriétés mécaniques, de la résistance à l'usure et de l'inertie chimique du carbone amorphe adamantin avec les propriétés antibactériennes à large spectre des nanomatériaux d'argent au sein d’un même revêtement déposé par plasma. Ce travail a d'abord identifié les défis de conception spécifiquement associés au développement de revêtements antibactériens pour le milieu hospitalier. Des analyses approfondies des revêtements Ag-DLC ont ensuite démontré une bonne efficacité antibactérienne in vitro ainsi qu’une stabilité des propriétés, de la structure et de l’état chimique des revêtements dans le temps. L'étendue de la polyvalence des revêtements Ag-DLC a été évaluée au travers de l’identification des mécanismes de croissance principaux, permettant d’obtenir des informations essentielles sur la façon dont les propriétés des films, telles que la dureté, la teneur et la distribution d’argent, pouvaient être contrôlées en ajustant des paramètres spécifiques du dépôt plasma. De plus, un traitement de surface in situ a été développé pour surmonter les problèmes de délamination et a montré la capacité de favoriser l'adhérence de revêtements DLC sur des substrats métalliques. Dans l'ensemble, cette étude a mis en évidence l'importance de la stabilité dans l'application des revêtements antibactériens et a démontré le vaste potentiel des procédés plasma pour le dépôt de revêtements antibactériens stables avec des propriétés adaptables. / Healthcare-associated infections remain a major cause of mortality and morbidity worldwide, with a substantial financial burden on society, despite decades of monitoring and disinfection efforts. The ability of pathogenic bacteria to survive on solid substrates has emerged as a key contributing factor in the pathogenesis of these infections by multiplying the sources of transmission and contamination. This has prompted investigations into the development of innovative antibacterial coatings, which could provide a complementary barrier against bacterial colonization of surfaces provided that they can withstand the harsh operating environment of healthcare facilities. In this thesis, we hypothesized that an antibacterial coating with superior stability could be deposited using a tailorable plasma process, so that the resulting coatings’ properties could be adapted to match the requirements of different situations or applications. Therefore, silver-containing diamond-like carbon (Ag-DLC) nanocomposite coatings were developed and investigated as a versatile platform material for antibacterial surfaces. The interest of this material lies in the combination of the excellent mechanical properties, wear-resistance and chemical inertness of diamond-like carbon with the broad-spectrum antibacterial properties of silver nanomaterials in a single, plasma-deposited coating. This work first identified the specific design challenges associated with the development of antibacterial coatings for healthcare environments. Thorough investigations of Ag-DLC coatings then revealed good antibacterial efficacy in vitro as well as stability of the coatings’ properties, structure, and chemistry over time. The extent of the tailorability of Ag-DLC coatings was also assessed through the identification of the main growth mechanisms, providing insights on how the film’s properties, such as the hardness, silver content, and silver distribution, could be controlled by adjusting specific plasma deposition parameters. Furthermore, an in situ interface plasma treatment was developed to overcome delamination issues and showed the ability to promote the adhesion of high stress DLC coatings on metallic substrates. Overall, this study highlighted the importance of stability in the application of antibacterial coatings and demonstrated the vast potential of plasma processes for the deposition of stable antibacterial coatings with tunable properties.

L'objectif général de cette thèse était d'isoler et d'identifier de nouvelles souches de levures ayant une activité antagoniste contre des pathogènes alimentaires tel que Listeria sp. à partir des produits laitiers du terroir québécois. L'utilisation potentielle de ces souches comme agent naturel pour la biopréservation des aliments a également été explorée. Au total, 95 levures isolées de lait et de fromage du terroir québécois ont été criblés pour leur activité inhibitrice notamment contre Listeria monocytoenes. Parmi celles-ci, quatre levures, à savoir Candida tropicalis LMA-693, Debaryomyces hansenii LMA-916, Pichia fermentans LMA-256 et Wickerhamomyces anomalus LMA-827 ont montré une activité inhibitrice liée à la production de substances extracellulaires hydrophobes facilement extraites à partir du surnageant de culture. Les extraits concentrés réalisés à partir de surnageant de ces souches ont montré une forte inhibition contre Listeria ivanovii HPB28 avec des réductions de compte microbiens de 97, 92, 84 et 78 % pour les souches LMA-693, LMA-916, LMA-256 et LMA-827, respectivement. Des essais visant à purifier et à caractériser des peptides antilisteria produits par W. anomalus LMA-827 ont été effectués à partir des surnageants de culture. Deux pics HPLC ayant démontré une inhibition significative de L. ivanovii HPB28 ont été alors identifiés et purifiés. Dans la deuxième partie de la thèse, l'effet protecteur contre L. monocytogenes LMA-1045 des souches D. hansenii LMA-916 et de W. anomalus LMA-827 a été évaluée dans un caillé modèle de type Camembert, en co-culture et en utilisant les extraits acétone concentrés provenant de ces souches. Les analyses microbiologiques des différents caillés modèles ont révélé une inhibition significative de L. monocytoenges LMA-1045 par les extraits acétone à partir du premier jour de maturation jusqu'au cinquième. Les observations en microscopie électronique ont révélé une forte proportion de cellules en processus de lyse ainsi que la formation de pores. Finalement, la survie de D. hansenii LMA-916 aux gastro-intestinales a été étudiée grâce à un simulateur dynamique in vitro du tube digestif (TIM-1). Cette souche a montré une tolérance au stress digestif et un taux de survie (nombre de UFC de l'extrant / nombre de UFC de l'intrant du TIM-1 multiplié par 100) de 2,08 % en comparant avec 1,85 % de Saccharomyces boulardii. / The overall objective of this thesis was to isolate and identify new yeast strains from Quebec dairy products with antagonistic activity against food-borne pathogens such as Listeria sp. It also aims to evaluate the potential of these strains to be used as a natural food biopreservation. A total of 95 isolates of yeasts isolated from milk and cheese of Quebec were screened. Four yeasts, in particular, namely Candida tropicalis LMA-693, Debaryomyces hansenii LMA-916, Pichia fermentans LMA-256, and Wickerhamomyces anomalus LMA-827 selected for their inhibitory activity against Listeria monocytogenes. The inhibitory activity of these strains appears to be related to the production of an extracellular hydrophobic substances extracted from the culture supernatant. The evaluation of the inhibitory activity of these strains showed a strong inhibition against L. ivanovii HPB28 with microbial reduction of 97, 92, 84 and 78 %, respectively. Attempts to purify and characterize peptides produced by W. anomalus were conducted from the culture supernatant. Two protein HPLC peaks have demonstrated significant inhibition of L. ivanovii HPB28 were then identified and purified. In the second part of the thesis, the protective effect of D. hansenii LMA-916 and W. anomalus LMA-827 was analyzed as well as their acetone extracts concentrated against L. monocytogenes LMA-1045 in Camembert cheese model curd. Microbiological analyzes of different curds models showed significant inhibition of L. monocytogenes LMA-1045 in Camembert curd models containing the acetone extracts from the first day of ripening up to the fifth and ninth days. The electron microscopy observations revealed an extensive cell lysis, with the formation of pores. Finally, the survival of D. hansenii LMA-916 in a Camembert curd model under the gastrointestinal stress was studied using dynamic simulator in vitro gastrointestinal tract (TIM-1). The behavior of this strain showed a digestive stress tolerance and survival rate (number of CFU in the effluent from the TIM-1 / number of CFU input to the TIM-1 multiplied by 100) 2.08 % comparing with 1.85 % for Saccharomyces boulardii.

Le but de cette étude était de développer et caractériser de nouveaux films antimicrobiens à base de chitosane et de divergicine M35 et d'évaluer leur potentiel pour le biopréservation des produits marins prêts à consommer (PMP AC). Dans un premier temps, nous avons démontré dans cette étude que le chitosane, dépendamment de son poids moléc~laire, peut exercer une activité antimicrobienne importante contre L. monocytogenes. Trois types de chitosane ayant des poids moléculaires de 2, 20 et 100KDa ont été choisis pour leur activité antibactérienne importante. Nous avons aussi démontré que le mécanisme d' action du chitosane dépendait de son poids moléculaire. La détermination des concentrations minimales inhibitrices du chitosane et de la divergicine contre L. monocytogenes a permis de mettre en évidence un effet additif de ces deux composés contre L. monocytogenes. Finalement, des films bioactifs à base de chitosane à 100 KDa et de di vergicine ont été développés et caractérisés. Ces films ont montré des propriétés mécaniques, physiques et biologiques intéressantes. L'étude de la libération de la divergicine a montré que cette dernière se libérait graduellement des films de chitosane et que l'incorporation de la divergicine dans les films de chitosane augmentait l'activité antimicrobienne de ce dernier. Les résultats par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier démontrent que l'incorporation de la divergicine n'a pas affecté la structure des films et que les spectres de la divergicine libérée obtenus ne différent du spectre de la bactériocine pure que par l'intensité des pics. Nous avons par la suite validé nos résultats sur du saumon fumé à froid (SFF) entreposé à 4°C et 8°C pendant 21 jours'. Nous avons pu démontrer que le film à base de chitosane et de divergicine présente une meilleure activité contre L. monocytogenes comparativement à l'application de la solution filmogène et que l'application du film résulte en une inhibition de L. monocytogenes durant toute la période de l'entreposage. L'utilisation du film a aussi permis d'obtenir une meilleure qualité microbiologique et de meilleures caractéristiques organoleptiques du SFF, de maintenir la concentration des bases azotées volatiles totales à un niveau inférieur à celui du SSF non traité et d'augmenter la fermeté des filets.

Le risque de colonisation bactérienne sur des surfaces abiotiques pose des défis importants dans plusieurs domaines de la science. Dans cette optique, des revêtements anti-bactériens ont été développés à l'aide de différents matériaux. La modification de surface des polymères améliore ses propriétés, ce qui facilite le développement de matériaux ayant des réponses biologiques optimales adaptées ou adaptables à l'environnement dans lequel ils sont implantés. Le chitosane est un biopolymère avec activité anti-microbienne inhérente qui peut être utilisé dans une grande variété d'applications de soins de santé et de l'industrie, ce qui rend particulièrement intéressant pour le développement et l'application de nouveaux matériaux fonctionnalisés, ou avec des propriétés antibactériennes. Ce polymère est utilisé pour une grande variété d'applications dans les soins de santé et l'industrie, ce qui le rend particulièrement intéressant pour le développement et l'application de nouveaux matériaux fonctionnalisés. Dans cette étude, différents types de chitosane ont été caractérisés en fonction de leur degré de déacétylation (DDA) et de leur poids moléculaire (Mw) par des techniques telles que la Résonance Magnétique Nucléaire (¹³C-RMN) et la Chromatographie d'exclusion par taille (SEC). Les résultats obtenus à partir de ces analyses révèlent de l'importance d’une caractérisation complète des biopolymères, puisque leurs propriétés peuvent varier en fonction des méthodes de production, ce qui peut influencer par la suite son utilisation et l’application. Ensuite, la méthodologie utilisée pour la modification de traitement et la surface en utilisant des techniques de plasma pour la fonctionnalisation de surfaces et le greffage de molécules a été validée. Dans un premier temps, les films en PTFE (polytétrafluoroéthylène) ont été utilisés pour vérifier l'efficacité de la méthodologie proposée pour le traitement et la modification des surfaces. Trois bras d'ancrages l'anhydride glutarique (GA), le poly (éthylène glycol) bis (carboxyméthyl) (PEGb) et le poly (anhydride éthylène-alt-maléique) (PA) ayant des caractéristiques différentes ont été utilisés dans le but de créer des liens covalents entre le recouvrement de chitosane et des surfaces aminées PTFE. Chaque étape du traitement de surface a été vérifiée par Spectrométrie Photoélectronique par Rayons-X (XPS), avec les changements de la composition chimique, ainsi que par des mesures d'angle de contact et par colorimétrie. Les changements topographiques et de rugosité après le greffage ont également été observés par la Microscopie Électronique à Balayage (MEB) et par la profilométrie. Ces résultats ont démontré que le type de bras d'ancrage a une plus grande influence sur le processus de production des revêtements que le poids moléculaire des différents types de chitosane. Pour vérifier la réponse antibactérienne des différents types de revêtements obtenus, les tests ont d'abord été réalisés avec Xylella fastidiosa et ont révélé le potentiel de ces substrats recouverts de chitosane. Des tests utilisant des bactéries pathogènes telles que Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa et Staphylococcus aureus ont été réalisés, confirment l'activité antibactérienne des échantillons de PTFE-plasma-PA-CHIMW. Ces résultats ont amené l'application de cette méthodologie sur une surface de PET (polytéréphtalate d’éthylène), un polymère largement utilisé dans le domaine des textiles conventionnels ainsi que dans la production de biomatériaux hospitaliers. Ainsi, les méthodologies par plasma et par greffage développées dans cette étude pour la production de revêtements de chitosane, peuvent être appliquées à la production de surfaces pour lesquelles l'activité antibactérienne est souhaitée. / The risk of bacterial colonization on abiotic surfaces poses important challenges in various fields of science. In this scenario, antibacterial coatings were developed, using a large number of materials. The surface modification of polymeric materials allows to improve surface properties, facilitating the development of optimized materials with biological responses adapted or adaptable to the environment in which they will be implanted. Chitosan is a biopolymer with inherent antimicrobial activity which can be used in a wide variety of health care and industrial applications, making it particularly interesting for the development and application of novel functionalized materials, i.e. antibacterial properties. In this study, different types of chitosan were characterized according to their degree of deacetylation (DDA) and molecular weight (Mw), using Nuclear Magnetic Resonance (¹³C NMR) and Size Exclusion Chromatography (SEC), among others. The results obtained through these analyses revealed the great importance of the characterization of biopolymers since their properties can vary according to the production methods, which can influence its use as an application. Afterward, the methodology applied for the treatment and modification of surfaces using plasma, for the surface functionalization and grafting of molecules was validated. Initially, PTFE (poly(tetrafluoroethylene)) films were used to verify the efficiency of the proposed methodology for the treatment and surface modification. Three spacer molecules glutaric anhydride (GA), poly (ethylene glycol) bis (carboxymethyl) (PEGb) and poly (ethylene-alt-maleic anhydride) (PA), with different characteristics were used to covalently attach the chitosan coating to the aminated PTFE surfaces. Each step of the surface treatment was verified by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), through changes in chemical composition, by contact angle measurements and by colorimetry. The topographic and roughness changes after grafting were also observed by Scanning Electron Microscopy (SEM) and profilometry. These results demonstrated that the type of anchors has a greater influence on the coating process than the molecular weight of the different types of chitosan. To verify the antibacterial response of the different types of coatings obtained, tests were initially carried out using Xylella fastidiosa and revealed the potentiality of the substrates covered with chitosan. Tests using pathogenic bacteria such as Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, and Staphylococcus aureus were performed confirming the antibacterial behavior of PTFE-plasma-PA-CHIMW samples. These results encouraged the application of this methodology in PET (polyethylene terephthalate) substrate, a polymer widely used in the field of conventional textiles as well as in the production of hospital textiles and biomaterials. Thus, the plasma-grafting methodology developed in this study, for the production of chitosan coatings, can be applied to the production of surfaces where antibacterial activity is desired. / O risco da colonização bacteriana em superfícies abióticas impõe desafios importantes para os diversos campos da ciência. Neste cenário, revestimentos antibacterianos têm sido desenvolvidos, usando um grande número de diferentes materiais. A modificação da superfície de polímeros permite melhorar as suas propriedades, com vistas ao desenvolvimento de materiais com respostas biológicas adaptadas ou adaptáveis ao ambiente onde serão implantados. A quitosana é um biopolímero com atividade antimicrobiana o qual pode ser utilizado numa ampla variedade de aplicações de cuidados de saúde e industriais, tornando-a particularmente interessante para o desenvolvimento e aplicação de novos materiais funcionalizados, ou seja, com propriedades antibacterianas. Neste estudo, diferentes tipos de quitosana foram caracterizadas de acordo com o seu grau de desacetilação (DDA) e massa molar (Mw), através de técnicas como ressonância magnética nuclear (¹³C RMN) e cromatografia de exclusão de tamanho (SEC), entre outras. Os resultados obtidos através dessas análises revelaram a grande importância da caracterização de biopolímeros, uma vez que suas propriedades podem variar de acordo com os métodos de produção, o que pode influenciar no seu uso como aplicação. Em seguida, a metodologia aplicada para o tratamento e modificação de superfícies empregando as técnicas de plasma, para a funcionalização de superfícies e o grafting para a imobilização do recobrimento de quitosana foi validada. Inicialmente, filmes de PTFE (politetrafluoretileno) foram utilizados para verificar a eficácia da metodologia proposta para o tratamento e modificação de superfície. Três moléculas “ancoradoras” com diferentes características anidrido glutárico (GA), poli(etileno glicol) bis(carboximetil) (PEGb) e poli(anidrido etileno-alt-maleico) (PA), foram utilizadas visando ligar covalentemente o recobrimento de quitosana às superfícies de PTFE aminadas. Cada etapa do tratamento da superfície foi verificada por espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS), por medições de ângulo de contato e colorimetria sendo evidenciada as mudanças na composição química da superfície e sua molhabilidade. As alterações topográficas e de rugosidade após o grafting também foram observadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e perfilometria. Esses resultados demonstraram que o tipo de molécula ancoradora tem uma influência primária no processo de produção dos recobrimentos seguido pela massa molecular dos diferentes tipos de quitosana. Para verificar a resposta antibacteriana dos diferentes tipos de recobrimentos obtidos, testes foram inicialmente realizados empregando a Xylella fastidiosa e revelaram a potencialidade dos substratos recobertos com quitosana. Assim, testes utilizando bactérias patogênicas como, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa e Staphylococcus aureus foram realizados confirmando o comportamento antibacteriano das amostras PTFE-plasma-PA-CHIMW. Esses resultados encorajaram a aplicação desta metodologia em um substrato de PET (polietileno tereftalato), um polímero muito usado no ramo de têxteis convencionais como também na produção de têxteis hospitalares e biomateriais, demonstrando assim, que a metodologia de plasma-grafting aplicada neste estudo, para a produção de recobrimentos de quitosana, pode ser usada para a produção de superfícies onde a atividade antibacteriana é desejada, ou seja, esses revestimentos podem fornecer uma barreira adicional e complementar à transmissão de patógenos, enquanto podem atuar combinados com procedimentos normais de limpeza e desinfecção.

Les biofilms bactériens sont composés d’organismes unicellulaires vivants au sein d’une matrice protectrice, formée de macromolécules naturelles. Des biofilms non désirés peuvent avoir un certain nombre de conséquences néfastes, par exemple la diminution du transfert de chaleur dans les échangeurs de chaleurs, l’obstruction de membranes poreuses, la contamination des surfaces coques de navires, etc. Par ailleurs, les bactéries pathogènes qui prolifèrent dans un biofilm posent également un danger pour la santé s’ils croissent sur des surfaces médicales synthétiques comme des implants biomédicaux, cathéters ou des lentilles de vue. De plus, la croissance sur le tissu naturel par certaines souches des bactéries peut être fatale, comme Pseudomonas aeruginosa dans les poumons. Cependant, la présence de biofilms reste difficile à traiter, car les bactéries sont protégées par une matrice extracellulaire. Pour tenter de remédier à ces problèmes, nous proposons de développer une surface antisalissure (antifouling) qui libère sur demande des agents antimicrobiens. La proximité et la disposition du système de relargage placé sous le biofilm, assureront une utilisation plus efficace des molécules antimicrobiennes et minimiseront les effets secondaires de ces dernières. Pour ce faire, nous envisageons l’utilisation d’une couche de particules de silice mésoporeuses comme agents de livraison d’agents antimicrobiens. Les nanoparticules de silice mésoporeuses (MSNs) ont démontré un fort potentiel pour la livraison ciblée d’agents thérapeutiques et bioactifs. Leur utilisation en nano médecine découle de leurs propriétés de porosité intéressantes, de la taille et de la forme ajustable de ces particules, de la chimie de leur surface et leur biocompatibilité. Ces propriétés offrent une flexibilité pour diverses applications. De plus, il est possible de les charger avec différentes molécules ou biomolécules (de tailles variées, allant de l’ibuprofène à l’ARN) et d’exercer un contrôle précis des paramètres d’adsorption et des cinétiques de relargage (désorption). Mots Clés : biofilms, nanoparticules de silice mésoporeuses, microfluidique, surface antisalissure. / Bacterial biofilms are composed of single-cell organisms living within a protective matrix formed from natural macromolecules. Unwanted biofilms may have a number of adverse consequences such as reducing heat transfer in heat exchangers, obstruction of porous membranes, surface contamination ships hulls etc. In addition, pathogenic bacteria growing in a biofilm also pose a health hazard when this kind of film is found attached to biomedical implants, catheters, or on contact lenses. The presence of biofilms is difficult to treat because the bacteria are highly resistant to antimicrobial agents. In an attempt to address these problems, we propose to develop an antifouling surface which releases on demand antimicrobial agents in the presence of a biofilm. The proximity and the positioning of the delivery system of bioactive agents under the biofilm will ensure a more efficient use of antimicrobial molecules and minimize side effects of the latter. To do this, we consider the use of layers of colloidal particles of meso-porous silica as delivery agents of antimicrobial agents. Mesoporous silica nanoparticles (NPS Ms) have demonstrated a strong potential for targeted delivery of therapeutic and bioactive agents. Their use in nanomedicine stems from their interesting properties of porosity, the size and the adjustable shape of these particles, their surface chemistry providing a great flexibility for various functionalizations. Moreover, it is possible to load them with various molecules or biomolecules (of various sizes, ranging from ibuprofen to RNA), and exert fine control of the adsorption parameters and release kinetics (desorption). These particles also demonstrate excellent biocompatibility in vitro and in vivo. Keywords : biofilm, mesoporous nanosilica particles, microfluidics, antifouling surfaces.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / Cette thèse de doctorat présente la problématique de résistance aux antibiotiques parmi les pathogènes bactériens en émergence et en réémergence à travers le monde. En effet, le développement et la propagation des mécanismes de résistance compromet l’efficacité des traitements antibactériens disponibles et met en danger la vie des patients infectés. Cette thèse se concentre sur l’identification de nouvelles cibles antibactériennes et sur le développement de nouvelles classes d’agents antibactériens en utilisant le pathogène opportuniste Pseudomonas aeruginosa en tan que modèle d’étude. Le premier chapitre aborde l’exploitation des protéines de division cellulaire FtsZ et FtsA en tant que cibles antibactériennes. Suite à une revue de la littérature détaillée, deux articles scientifiques décrivent la synthèse et la sélection d’inhibiteurs contre FtsZ et FtsA. Ces inhibiteurs représentent des candidats prometteurs en vue du développement d’une nouvelle classe d’agents antibactériens. Le deuxième chapitre du corps de la thèse porte sur l’utilisation des amides ligases MurC, MurD, MurE et MurF essentielles à la biosynthèse de la paroi bactérienne en tant que cibles antibactériennes. Suite à une revue de la littérature sur la biologie de ces enzymes, trois articles scientifiques relatent la sélection d’inhibiteurs peptidiques par présentation phagique contre les enzymes MurD, MurE et MurF. Le mode d’action innovateur de ces inhibiteurs permet d’envisager le développement de nouveaux agents antibactériens par peptidomimétisme. Le dernier chapitre expose le pouvoir antibactérien des endolysines de bactériophages. Une revue de la littérature résume le mode d’action et la biologie des endolysines en tant qu’agents antibactériens efficaces ciblant l’intégrité de la paroi bactérienne. Par la suite, un article décrit la capacité de l’endolysine du phage ΦKZ à hydrolyser la paroi bactérienne des bactéries à Gram-négatif et à outrepasser les membranes bactériennes. Ainsi, cette enzyme possède un potentiel antibactérien fort intéressant. En conclusion, cette thèse fournit plusieurs pistes attrayantes afin de développer de nouvelles stratégies antibactériennes pour contrer la problématique de résistance aux antibiotiques. / This thesis first presents the critical outcome of antibiotic resistance among emerging and re-emerging bacterial pathogens worldwide. The incessant increase and spread of antibiotic resistance mechanisms compromise the efficiency of available antibacterial therapies and increase the impact of bacterial infections on human mortality and morbidity. This thesis focuses efforts to identify new antibacterial targets in order to develop novel classes of antibacterial agents using the opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa as a research model. The first chapter of this thesis reports the exploitation of the cell division proteins FtsZ and FtsA as antibacterial targets. A detailed scientific review is presented along with two articles reporting the synthesis and selection of inhibitors against FtsZ and FtsA. These inhibitors represent potent candidates to develop new classes of antibacterial agents targeting the bacterial cell division process. The second chapter describes the use of the essential bacterial cell wall biosynthesis enzymes MurC, MurD, MurE and MurF as antibacterial targets. A scientific review first summarises the biology of these amide ligase enzymes and three scientific articles report the selection of peptide inhibitors against MurD, MurE and MurF by phage display. The novel mode of action of these inhibitors against the unexploited Mur enzymes can be the basis for future development of antibacterial agents targeting the cell wall biosynthesis pathway by peptidomimetism. The last chapter exposes the antibacterial potential of the phage-encoded endolysin enzymes. A review describes the mode of action and the biology of endolysins as efficient antibacterial agents targeting the integrity of the bacterial cell wall layer. Finally, an article presents the peptidoglycan hydrolytic activity of the P. aeruginosa phage ΦKZ gp144 lytic transglycosylase. This endolysin is able to pass through the bacterial membranes and thus represents a strong candidate for developing new antibacterial therapies against Gram-negative bacteria. In conclusion, this thesis provides various attractive ways to develop new antibacterial strategies and face the problem of antibiotic resistance.

La contamination bactérienne et le développement de biofilms marins sont des problèmes récurrents, et terriblement coûteux sur les structures immergées des bâtiments de l'armée. L'emploi de composés bactéricides et nocifs pour l'écosystème est désormais interdit. Les travaux menés lors de cette thèse avaient donc pour objectif de mettre au point des traitements de surface originaux préventifs, permettant de limiter l'adhésion des bactéries marines et, le cas échéant, leur développement sur des matériaux à base de cuivre et de titane. Des surfaces de cuivre ont été fonctionnalisées par des espaceurs sur lesquels ont été greffées des molécules antibactériennes : un peptide, la Magainine I et une enzyme, le lysozyme HEWL. Une deuxième stratégie a consisté en le greffage d'espaceurs, puis des agents antibactériens, sur des surfaces microsctucturées à l'aide de photopolymères dérivés de poly(méthyl méthacrylate). Sur les surfaces de titane, la Magainine I et l'HEWL ont été greffés sur deux types d'espaceurs, un silane et un PEG diamine. Les traitements de surface, antibactériens, ont été optimisés grâce à des caractérisations à chaque étape par IR, XPS, AFM et mesures d'angle de contact. Afin de mettre en évidence les propriétés antibiofilms des surfaces fonctionnalisées, quatre tests ont été mis en place : un test d'adsorption de protéines, un test d'adhésion de bactéries, un test de viabilité des bactéries adhérées et enfin un test de croissance des bactéries après contact avec les surfaces fonctionnalisées. A titre d'exemples, le développement de bactéries sur les surfaces de titane a été réduit de 90% et l'adhésion de bactéries réduite de 80% sur les surfaces de cuivre

Dans l'industrie agro-alimentaire, l'adhésion de micro-organismes altérants ou pathogènes sur les surfaces induit des effets néfastes à la fois en termes de qualité, d'hygiène et de santé publique. Les vêtements professionnels constituent un des vecteurs de contamination par le personnel. Ce travail de thèse concerne l'évaluation de l'activité antimicrobienne de textiles antimicrobiens développés pour le secteur hospitalier et le secteur agro-alimentaire et rentre dans le cadre du projet collaboratif Actiprotex. Trois méthodologies ont été employées pour le dépôt d'agents antimicrobiens sur les textiles : méthodologie plasma (PVD/PECVD) ou sol-gel pour le dépôt d'argent, foulardage avec une solution contenant du laurylsulfate et du Poly Hexaméthylène Biguanide (PHMB) pour provoquer une co-précipitation du PHMB. Les activités antimicrobiennes de chaque textile ont été évaluées après 24 h de contact (suivant la norme ISO 20743-2005). Les quantités d'agent antimicrobien à la surface des textiles ont été évaluées par 2 techniques d'analyses de surface : la spectroscopie photoélectronique par rayons X (XPS) et la spectrométrie de masse d'ions secondaires (ToF-SIMS). Les textiles traités par plasma à l'argent se sont avérés être efficaces vis-à-vis de Listeria innocua LRGIA 01. Pour le traitement sol-gel, les textiles testés étaient également très actifs vis-à-vis de L. innocua LRGIA 01 et d'Escherichia coli XL1 blue. Cependant, E. coli XL1 blue est apparue plus sensible à l'argent que L. innocua LRGIA 01. Les textiles traités au PHMB se sont également avérés être très actifs vis-à-vis de L. innocua LRGIA 01 et de Staphylococcus aureus méthi-R nosoco 3011 cependant des cellules viables mais non cultivables (VNC) ont également été mises en évidence après contact de ces 2 souches avec le textile traité au PHMB. Pseudomonas aeruginosa ATCC 15742 s'est quant à elle avérée être plus résistante que ces 2 souches. La tenue aux lavages industriels ou ménagers des dépôts plasma d'argent et de PHMB par foulardage a également été évaluée. Les dépôts plasma d'argent résistent mal au lavage alors que le dépôt PHMB par foulardage s'est avéré résister à 10 lavages industriels. Pour mieux comprendre le mécanisme d'action du PHMB vis-à-vis de L. innocua LRGIA 01 en milieu liquide, trois approches ont été mises en oeuvre : la microscopie à épifluorescence en présence de marqueurs fluorescents pour évaluer l'état de la membrane des cellules, la spectrofluorimétrie en présence de sondes fluorescentes (DPH et TMA-DPH) pour évaluer la fluidité de la membrane des cellules et enfin la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) pour évaluer les changements de conformation de la membrane. Les résultats obtenus par ces 3 méthodes permettent de proposer un mode d'action du PHMB de type " carpet ", c'est à dire une fixation de l'agent antimicrobien en surface puis une désorganisation de la membrane conduisant à des changements de sa conformation puis à la formation de pores et à la mort cellulaire

Le marché de la cosmétique est l’un des marché les plus porteur actuellement dans le monde. La population française utilise énormément ces produits pour son hygiène quotidienne. Ce sont les shampoings ou autre crème de soins. Pour protéger ces produits, depuis maintenant de nombreuses années, les fabricants ajoutent des agents conservateurs pour augmenter la durée de conservation, ou encore éviter certaines contaminations microbiennes après les contacts avec la peau. Ces dernières années ont également vu les mentalités des consommateurs évoluer et actuellement, ces derniers souhaiteraient des produits cosmétiques le plus naturel possible, sans ajouts de conservateurs. Dans ce contexte, il semble intéressant de travailler sur la protection de ces produits par d’autres moyens. En premier lieu, nous vient immédiatement à l’esprit, la protection par l’emballage. L’idée est de modifier les emballages actuels pour leur conférer des activités antimicrobiennes et ainsi les rendre protecteurs. L’étude présentée s’intéresse à certaines possibilités de mises en oeuvre et modifications de polymères pour apporter une activité antimicrobienne. Deux voies de fabrications ont été étudiées dans cette thèse. Une première a consisté en la réalisation de revêtements antimicrobiens et protecteurs à basse température. Cette technique a montré la possibilité de créer des couches antimicrobiennes par photo-polymérisation à partir de monomères méthacrylates renfermant les agents antimicrobiens. C’est cette couche finale qui va venir s’ajouter à certaines zones spécifiques des emballages finaux pour assurer la protection antimicrobienne du contenu.La seconde voie d’action a étudié une fabrication plus industrielle à haute température. Cette technologie a permis de créer par extrusion des granulés antimicrobiens avec des introductions d’actifs de différentes natures. Ceux sont ces granulés qui sont par la suite injectés sous la forme d’emballages. Pour cette voie d’action, l’idée n’est plus de protéger l’emballage via une couche antimicrobienne, mais de substituer certaines pièces de l’emballage constituées de polymères naturellement antimicrobiens. Ces travaux ont permis la réalisation d’une large gamme de matériaux antimicrobiens. Les différentes solutions étudiées ont également permis de réaliser des prototypes d’emballages, ceci en collaboration avec certaines entreprises partenaires du projet. Tous ces prototypes seront prochainement testés en conditions réelles d’utilisations, c’est-à-dire par des essais de mises en contact avec le consommateur d’un système complet, à savoir le produit cosmétique conditionné dans des emballages protecteurs. Ces tests devront permettre de vérifier si les solutions proposées pourraient aboutir à une adaptation sur une chaine industrielle pour une utilisation à grande échelle / Today the cosmetic market is one of the most popular in the world. French people use many these products everyday as for examples, creams or shampoos. In order to protect the cosmetic products, the manufacturers introduced during these last year additives or conservative agents in cosmetic products to increase the shelf life or avoid a microbial contamination after a direct contact with the skin of consumers. However, recent years have also revealed that the consumer mindsets evolve and now, they would like cosmetics more natural, without addition of additives. In this context, it was interesting to work on the cosmetics protection by other ways. Firstly, we think immediately to the protection by use of packaging. The objective is to modify the current packaging to bring an antimicrobial activity and protect the cosmetics. This work presents different technologies of fabrication and modification of polymers to get an antimicrobial activity. For this, two techniques were studied. A first technology has consisted to develop antimicrobial coating at low temperature. This way has demonstrated possibilities of creation by photo-polymerization under UV radiations. Initially, the antimicrobial agents were introduced in liquid monomers before the polymerization and the fabrication of polymer networks. The final coatings were finally destiny to be added on specific areas of packaging, generally in contact with the consumers and prevent all risks of microbial contaminations from the products. The second technology has studied a way of polymer fabrication more industrial at high temperature. The technique has consisted to create antimicrobial pellets by extrusion with introductions of different natures of additives. The obtain pellets were injected at the end to fabricate certain pieces of the final packaging. This work has allowed the realization of a large range of antimicrobial materials. All the studied solutions have been used to fabricate prototype packaging in collaboration with partner companies of the project. All these prototypes will be tested by antimicrobial tests in real conditions of uses. If these tests prove successful, it will be possible to envisage an industrialization step

Depuis la vulgarisation de certains concepts comme la globalisation ou la mondialisation, le secteur agroalimentaire a connu une expansion fulgurante et un engouement incessant pour la commercialisation d’aliments entre les peuples à travers le monde. Ce phénomène, contribuant significativement à l’accroissement économique des marchés, n’est toutefois pas sans risque. Pendant ce temps, les dangers de sources microbiologiques, notamment les pathogènes, sont véhiculés par des matrices alimentaires et voyagent d’un pays à l’autre, ce qui augmente le risque de contamination pour les consommateurs. Conséquemment, on assiste à une augmentation des cas d’allergies alimentaires, d’intoxications ou de toxi-infections alimentaires dont les agents étiologiques peuvent venir des quatre coins du monde. À cet effet, les organismes réglementaires comme l’Agence canadienne d’inspection des aliments (ACIA), Santé Canada, la Food and Drug Administration (USFDA) américaine ou d’autres autorités internationales compétentes comme l’Organisation des Nations unies pour l’alimentation et l’agriculture(FAO) et l’Organisation mondiale de la santé (OMS) multiplient leurs efforts afin de mettre en place des normes et politiques réglementaires pour aider l’industrie agroalimentaire à renforcer les contrôles depuis la fabrication jusqu’à la commercialisation des aliments. Les dangers microbiologiques venant de pathogènes comme Bacillus cereus demeurent un risque de santé publique majeur qu’il faut maîtriser afin d’assurer la protection des consommateurs. Bien que de nombreuses techniques de contrôle (e.g., additifs alimentaires, haute pression hydrostatique, rayonnements ionisants, procédés thermiques, etc.) ont été développées et utilisées pour assurer la salubrité et l’innocuité des aliments, dans certains cas cela n’a pas permis de produire des aliments totalement exempts de bactéries responsables de la dégradation/altération des aliments et de pathogènes causant des intoxications alimentaires comme c’est le cas avec B. cereus. En effet, cette bactérie pathogène est ubiquitaire, aérobie et anaérobie facultative. Elle est capable de produire dans une grande variété d’aliments et d’ingrédients comme les épices des spores très résistantes ainsi que différents types de toxines pouvant causer la diarrhée, la nausée, le vomissement et même la mort. Dans cette optique, et vue la grande difficulté à maitriser la contamination des aliments causée par ce pathogène, l’objectif général de cette recherche a été d’utiliser la technologie d’électro-activation, une branche appliquée de l’électrochimie qui s’intéresse notamment à la réactivité des solutions aqueuses, comme méthode alternative et potentiellement efficace pour lutter contre B. cereus afin de produire des aliments plus sécuritaires avec une grande valeur nutritionnelle et organoleptique. Pour y parvenir, des solutions aqueuses de sels d’acides organiques de lactate de calcium, d’ascorbate de calcium et de leur mélange équimolaire ont été électro-activées dans un réacteur soumis à un courant électrique continu avec des intensités de l’ordre de 250, 500 et 750 mA pendant un maximum de temps de 30 minutes afin de produire les acides organiques conjugués respectifs; de l’acide lactique et de l’acide ascorbique. Dans la première partie de ce travail de recherche, les caractéristiques physicochimiques (e.g., pH, acidité titrable, pKa) des solutions électro-activées (SÉA) ont été étudiées et leurs profils moléculaires comparés à ceux d’acides standards respectifs en utilisant différentes techniques (e.g., FTIR, HPLC, DSC, DPPH), ce qui a permis de confirmer la production d’acides organiques conjugués respectifs des sels utilisés. Ces SÉA avaient un pH très bas, une acidité titrable élevée, notamment pour l’ascorbate de calcium et le mélange. En plus, une activité antioxydante élevée a été observée pour la solution électro-activée d’ascorbate de calcium et du mélange. Dans la deuxième partie de l’étude, les SÉA traitées à 250, 500 et 750 mA pendant 10, 20 et 30 min ont été retenues pour être mises en contact avec des cellules végétatives de Bacillus cereus ATCC 14579 en conditions modèles (contact direct) afin d’évaluer leurs effets antimicrobiens sur ce pathogène. Les cellules ont été testées en contact direct avec les SÉA pendant 5, 30 et 60 secondes. Le même traitement a été également réalisé par contact direct avec des acides organiques standards (lactique, ascorbique) pendant 5, 30, 60, et 120 secondes afin de faire des comparaisons. Les SÉA et les acides organiques standards correspondants avaient les mêmes valeurs d’acidité titrable. Par la suite, les cellules ont été observées au microscope (coloration au bleu de méthylène et fluorescence) afin d’évaluer les effets inhibiteurs/destructeurs de ces solutions. Également, les SÉA ont été diluées avec de l’eau distillée pour obtenir des solutions possédant 10 à 90% de l’acidité titrable (force) initiale pour être ensuite testées contre les cellules de B. cereus. Les résultats ont démontré que toutes les SÉA avaient une grande efficacité contre les cellules végétatives de B. cereus. Également, même à des taux de dilution représentant en moyenne 20% de la force initiale des SÉA, l’effet antimicrobien était très élevé pour les différentes solutions. L’observation de B. cereus au microscope a permis de confirmer les effets létaux des SÉA. Dans ce volet avec des cellules végétatives de B. cereus, l’efficacité des SÉA a été estimée à une réduction de 4–7 log UFC/mL. En plus, il a été démontré que le pouvoir antibactérien des SÉA était nettement plus élevé que celui des acides lactiques et ascorbiques standards (conventionnels). Dans la troisième partie de cette étude, des solutions électro-activées de lactate de calcium, d’ascorbate de calcium et de leur mélange équimolaire à 750 mA pendant 30 minutes ont été retenues et utilisées contre des spores de Bacillus cereus ATCC 14579 en conditions modèles et dans du saumon Atlantique frais. Les spores traitées ont été analysées à l’aide de microscopes électroniques à balayage et à transmission pour évaluer les effets sporicides des SÉA. Les résultats obtenus ont clairement montré un grand pouvoir sporicide des SÉA utilisées sur les spores de B. cereus avec une réduction de 7 à 9 log en utilisant une population initiale de spores de 10⁹ UFC/mL, dépendamment des conditions évaluées; à savoir : en contact direct (2–30 min), dans du saumon utilisé comme matrice alimentaire(2–7 min), ainsi qu’en combinaison avec de la chaleur modérée de 60, 70, 80 et 90 °C pendant 0.5–2 min. Également, il a été observé que la capacité sporicide des SÉA augmentait avec la température et le temps de contact. La microscopie électronique à balayage et à transmission a permis de constater que les SÉA pouvaient provoquer la destruction totale des cellules de B. cereus, et notamment la perforation de la membrane (cortex et manteau), ainsi que le reflux de différentes composantes de la structure des spores de B. cereus. Tenant compte des résultats obtenus dans cette étude, nous pouvons conclure que les solutions électro-activées à base de lactate de calcium, ascorbate de calcium et leur mélange, notamment celles électro-activées à 750 mA–30 min, pourraient être d’une grande contribution afin de renforcer la capacité de l’industrie alimentaire à lutter contre B. cereus ATCC 14579 et de produire des aliments plus sécuritaires pour le consommateur. / Since the popularization of concepts like globalization, the agri-food sector has experienced a huge expansion and a ceaseless craze for the marketing of food between the peoples worldwide. This phenomenon, contributing significantly to the economic growth of the markets, is not without risk, however. Meanwhile, microbiological hazards, including pathogens, are carried through food matrices and travel from one country to another, increasing the risk of contamination for consumers. Consequently, we are also witnessing an increase in cases of food allergies, foodborne illnesses and outbreaks, with etiological agents coming from all over the world. Thus, regulatory organisms such as Canadian Food Inspection Agency (CFIA), Health Canada, United States Food and Drug Administration (USFDA) or competent international authorities like Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) and World Health Organization (WHO) are stepping up efforts to put in place regulatory standards and policies in order to help the food industry to strengthen controls from the processing to the marketing of foods. Microbiological hazards from pathogens like Bacillus cereus remain a major public health risk that must be controlled in order to ensure consumers protection. Although many techniques of control (e.g., food additives, high hydrostatic pressure, ionizing radiation, thermal processes, etc.) have been developed and used to ensure the safety and security of foods, in some instance this has not allowed to produce food products that are completely free of bacteria responsible for degradation/spoilage of food and pathogens causing food poisoning as is the case with B. cereus. Indeed, this pathogenic bacterium is ubiquitous, aerobic and facultative anaerobic. It is able to produce, in a wide variety of foods and ingredients such as spices, highly resistant spores as well as different types of toxins that can cause diarrhea, nausea, vomiting, and even death. In this context, and given the great difficulty in controlling the contamination of food caused by this pathogen, the general objective of this research was to use the electro-activation technology, an applied branch of electrochemistry which is particularly interested in the reactivity of aqueous solutions, as an alternative and potentially effective method to fight against B. cereus in order to produce safer foods with high nutritional and organoleptic values. To achieve this, aqueous solutions of organic acid salts of calcium lactate, calcium ascorbate and their equimolar mixture were electroactivated in a reactor subjected to a direct electric current with intensities of 250, 500 and 750 mA for a maximum time of 30 minutes in a bid to produce the respective conjugated organic acids, lactic acid and ascorbic acid. In the first part of this research work, the physicochemical characteristics (e.g.,pH, titratable acidity, pKa) of the electro-activated solutions (EAS) were studied and their molecular profiles compared to those of respective standard acids using different techniques (e.g., FTIR, HPLC, DSC, DPPH), which helped to confirm the production of conjugated organic acids from the respective salts used. These EAS had a very low pH, a high titratable acidity, particularly for the calcium ascorbate and the mixture. In addition, a high antioxidant activity was observed for the electro-activated calcium ascorbate solution and the mixture. In the second part of the study, the EAS treated at 250, 500 and 750 mA for 10,20 and 30 min were selected to be brought into contact with vegetative cells of Bacilluscereus ATCC 14579 under model conditions (direct contact) in order to evaluate their antimicrobial effects on this pathogen. The cells were tested in direct contact with the EAS for 5, 30 and 60 seconds. The same treatment was also carried out by direct contact with standard organic acids (lactic, ascorbic) for 5, 30, 60, and 120 seconds in order to make comparisons. The EAS and the corresponding standard organic acids had the same titratable acidity values. There after, the cells were observed under microscope (Methylene blue and fluorescence) to evaluate the inhibitory / destructive effects of these solutions. Also, the EAS were diluted with distilled water to obtain solutions with 10 to 90% of the initial titratable acidity (strength) to be tested against B. cereus cells. The results demonstrated that all the EAS made were highly effective against the vegetative cells of B.cereus. Also, even at dilution rates averaging 20% of the EAS initial strength, the antimicrobial effect was very high for the different solutions. In addition, the microscopic observation of B. cereus has confirmed the lethal effects of EAS. In this part with the vegetative B. cereus cells, the efficacy of the EAS was estimated to a reduction of 4–7 log CFU/mL. In addition, the antibacterial power of the EAS has been shown to be significantly higher than that of the standard (conventional) lactic and ascorbic acids. In the third part of the study, electro-activated solutions of calcium lactate, calcium ascorbate and their equimolar mixture at 750 mA for 30 min were selected and used against the spores of Bacillus cereus ATCC 14579 under model conditions and in fresh Atlantic salmon. The treated spores were analyzed using scanning and transmission electron microscopes to evaluate the sporicidal effects of EAS. The results obtained clearly showed a great sporicidal power of the EAS used on B. cereus spores with a reduction of 7 to 9 log using an initial spore population of 10⁹ CFU/mL, depending on the conditions assessed; namely: in direct contact (2–30 min), in salmon used as a food matrix (2–7 min), as well as in combination with moderate heat of 60, 70, 80 and 90 ℃ for 0.5–2 min. Also, it was observed that the sporicidal capacity of the EAS increased with temperature and contact time. Scanning and transmission electron microscopy showed that the EAS could cause the total destruction of B. cereus cells, including perforation of the membranes (cortex and coat), as well as the reflux of different components of the structure of B. cereus spores. Taking into account the results obtained in this study, we can conclude that the electro-activated solutions made with calcium lactate, calcium ascorbate and their mixture, especially those electro-activated at 750 mA–30 min, could be of a great contribution to reinforce the capacity of the food industry to control B. cereus ATCC 14579 and produces safer foods for the consumer.