Résumé : Le Campylobacter est la première cause de gastro-entérites bactériennes dans les pays industrialisés. La grande majorité des cas sont des infections sporadiques dont la source est rarement identifiée. Le Campylobacter fait partie de la flore intestinale normale d’une large diversité d’animaux et peut également se retrouver dans l’eau. Le but de mon projet de recherche était d’étudier l’épidémiologie clinique et moléculaire des infections à Campylobacter en Estrie afin de déterminer les principales sources d’infections sporadiques et de comparer les génotypes des isolats de Campylobacter selon les différentes niches écologiques. Nous avons déterminé le profil de sensibilité aux antibiotiques d’isolats de différentes sources. Nous avons observé un haut taux de résistance à l’érythromycine et à la tétracycline et un faible taux de résistance à la ciprofloxacine chez les isolats de poulet, pouvant refléter l’utilisation de ces antibiotiques dans cet élevage. Le fait que le taux de résistance à l’érythromycine parmi les isolats humains soit significativement moins élevé que chez les isolats de poulet suggérait l’importance d’autres sources de Campylobacter chez l’humain. Afin de déterminer quelle méthode de typage moléculaire serait la mieux adaptée pour notre devis de recherche, nous avons comparé quatre méthodes (AFLP, MLST, typage du gène fla et EGCP). Seul le MLST a pu attribuer des isolats humains à des niches écologiques particulières comme le poulet, le lait cru et l’eau. Afin d’optimiser la technique de MLST, nous avons développé un système complémentaire basé sur le HRM, qui est beaucoup plus rapide et moins coûteux que le MLST. Nous avons démontré que le HRM a le potentiel de complémenter les méthodes d’analyses basées sur du séquençage pour l’étude des mutations ponctuelles et de faciliter une vaste gamme d’études basées sur des méthodes génotypiques, telle la détection de mutations ponctuelles qui confèrent de la résistance aux antibiotiques. Nous avons entrepris par la suite une étude cas-cas et un vaste projet d’isolement et de caractérisation moléculaire de souches de Campylobacter en Estrie, afin de véritablement cerner les mécanismes de transmission de la bactérie et de comparer les sources d’infections sporadiques chez les cas acquis en régions rurales vs urbaines. Nous avons confirmé que le poulet était responsable de la majorité des cas de campylobactérioses. Cependant, nos résultats suggèrent que la saisonnalité ainsi que le gradient urbain-rural de la campylobactériose sont dus à l’exposition aux souches bovines, particulièrement chez le groupe d’âge des 15-34 ans via l’exposition professionnelle. Par la détermination des sources d’infections, nous avons établi des pistes d’interventions utilisables par les autorités de santé publique, afin de diminuer l’incidence de la campylobactériose au Québec. / Abstract : Campylobacteriosis is the leading notifiable enteric disease in industrialised countries. It colonizes a wide range of animal which in turn spread the disease. The majority of campylobacteriosis cases are sporadic infections for which the source is rarely apparent. The main goal of my research project is to determine contamination sources of Campylobacter in the Eastern Townships, to identify the sources and routes of transmission and to establish the main sources of sporadic infections. We determined antimicrobial susceptibility profiles of Campylobacter isolates in order to predict which bacterial population will be resistant, caused by antimicrobial selective pressure administered to the host. High levels of resistance of chicken isolates to erythromycin and tetracycline, and low levels of resistance to ciprofloxacin reflect the use of the former antibiotics in animal husbandry. The fact that the erythromycin and tetracycline resistance levels were significantly lower among human isolates suggests that other transmission sources are important for human infection. In order to determine which molecular typing method will be the most relevant for our research design, we compared four typing methods (AFLP, MLST,/7a typing and PFGE). Only MLST has the potential to link isolates to a particular ecological niche, such as chicken, raw milk and water. In order to optimize MLST, we developed a complementary system based on HRM. We demonstrated that HRM has the potential to complement the analysis methods based on sequencing for SNP and facilitate a wide range of studies based on genotypic methods. We have subsequently undertaken a major project of isolation and molecular characterization of Campylobacter in the Eastern Townships, in order to truly understand the mechanisms of transmission of the bacteria and determine the source of sporadic cases. We confirmed that chicken was responsible for the majority of cases of campylobacteriosis. However, we have shown that the urban-rural gradient of campylobacteriosis in the Eastern Townships could be explained by exposure to bovine, especially for the 15-34 year old age group through occupational exposure. By the identification of infection sources, we proposed courses of action that could be used by public health authorities to reduce the incidence of campylobacteriosis in Quebec.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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La maitrise de la résistance bactérienne et l’utilisation prudente des antibiotiques à l’hôpital constituent des enjeux majeurs pour les autorités de santé dans tous les pays européens. Toutefois, les connaissances en matière de consommation des antibiotiques et de politique de bon usage des antibiotiques dans les établissements sont limitées. Dans ce contexte, le travail de cette thèse permet de donner une meilleure vision de la consommation des antibiotiques dans les pays européens à partir des données de surveillance disponibles. Il apporte également des cibles d’amélioration de la prescription des antibiotiques et identifie plusieurs indicateurs de qualité pour mener à bien une politique de bon usage des antibiotiques. De plus, ce travail utilise le modèle des hôpitaux français pour identifier des critères d’ajustement de la consommation des antibiotiques facilement disponibles qui sont essentiels à mettre en œuvre pour établir des comparaisons entre les différents hôpitaux. Il s’intéresse également à la relation entre la politique de bon usage des antibiotiques dans les hôpitaux et une moindre consommation des antibiotiques. En conclusion, les données de surveillance de la consommation des antibiotiques ont donc permis de répondre à plusieurs hypothèses de recherche et de dégager de nouveaux axes de réflexions. / The control of bacterial resistance and the prudent use of antibiotics in hospitals are major challenges for health authorities in all European countries. However, little is known regarding antibiotic consumption and antibiotic policies in hospitals. In this context, this thesis provides insight into the antibiotic consumption using available survey databases. It also identifies targets for quality improvement and several quality indicators which are essencial to carry out a prudent use antibiotic policy. Moreover, the model of French hospitals was used to explore easily available adjustment criteria for the antibiotic consumption which are crucial to implement comparisons between different types of hospitals. This work brings light onto the relationship between the antibiotic policy and a low level of antibiotic use in French hospitals. In conclusion, survey databases have enabled us to answer several research assumptions and to generate new horizons of reflection.

L’objectif de ce travail est de caractériser l’effet de l’érythromycine sur l’activité bactérienne et l’inhibition de l’épuration dans les réacteurs de traitement des eaux usées urbaines. L’étude a montré l’importance du temps d’exposition à l’érythromycine. L’inhibition de la nitrification et de l’épuration de la DCO a été mesurée sur une période de 4 h pour des concentrations supérieures à 1 mg/L d’érythromycine alors que l’inhibition de l’épuration pour une concentration d’érythromycine de 4 µg/L a été mesurée suite à 20 h d’exposition. L’origine de la liqueur mixte est également déterminante : l’érythromycine a inhibé la nitrification avec les boues de Nancy mais n’a pas inhibé la nitrification avec les boues et Épinal. Par contre, l’inhibition de l’épuration de la DCO a été mesurée pour les deux boues. Des analyses microscopiques ont montré qu’en présence d’érythromycine les flocs bactériens se fractionnaient suite aux lyses bactériennes. La microscopie en épifluorescence et la microscopie confocale combinées à des marqueurs de viabilité fluorescents ont permis de déterminer les vitesses de mortalité bactérienne. Ces études ont mis en évidence un temps de latence qui précède la mortalité des bactéries. Ce temps de latence pourrait être lié aux mécanismes d’adsorption de l’antibiotique et de diffusion dans les flocs, ainsi qu’à la vitesse biologique de mortalité. Enfin, un marquage simultané Gram et viabilité (microscopie confocale 3D au cours du temps) a montré que l’érythromycine pourrait modifier la composition bactérienne des boues en sélectionnant les bactéries les moins sensibles / This study examines the effect of erythromycin on activated sludge bacteria and the inhibition of the pollution removal in batch reactors treating urban wastewater. Results showed the importance of exposure time to erythromycin. Inhibition of nitrification and COD removal was measured during a 4 h period for erythromytcin concentrations higher than 1 mg/L. A 4 µg/L erythromycin concentration inhibited COD removal during a 20 h exposure time. The effect of erythromycin on nitrification was variable depending on the sludge origin. Erythromycin inhibited the specific nitrification rate with sludge from Nancy WWTP, but increased the nitrification rate at the other facility (Epinal WWTP). The cell lysis resulted in destruction of activated sludge flocs. Microscopic techniques (epifluorescence and confocal laser scanning microscopy (CLSM)), combined with a fluorescent viability indicator, allowed us to study erythromycin time-kill activity.Viability staining results showed a latency time before the lower antibiotic concentrations began to kill bacteria. This latency time could be related to antibiotic adsorption and diffusion into activated sludge flocs as well as the rate of bateria death. The effect of erythromycin according to the bacterial Gram type was investigated with 3-dimensional Confocal Laser Scanning Microscopy (CLSM) time-lapse imaging combined with a Gram and Viability staining. Gram+ bacteria had a higher mortality rate than the Gram- bacteria. This result suggests that antibiotic in wastewater could change the activated sludge bacteria composition according to their Gram type by selecting bacteria the less sensitive to the antibiotics

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Nous assistons durant ces trente dernières années à une croissance de la fréquence d’apparition des bactéries résistantes aux antibiotiques. Face à la récurrence des infections difficiles à traiter dues à ces bactéries pathogènes multi-résistantes, le renforcement de l’arsenal des antimicrobiens fait partir des préoccupations majeures de santé publique. À ce titre, une approche ethno-pharmacologique a été initiée dans le cadre d’une coopération entre le laboratoire de pharmacodynamie biochimique (Université Félix Houphouët-Boigny, Côte d’Ivoire) et le laboratoire universitaire de biodiversité et d’écologie microbienne(Université de Bretagne Occidentale, France). Dans cette approche, les habitudes traditionnelles d’automédication par les plantes médicinales ont été exploitées pour identifier de nouvelles sources de composés antimicrobiens. Dans une première partie de cette présente étude, une investigation sur les résistances bactériennes en Côte d’Ivoire a montré non seulement une évolution de la fréquence d’apparition des bactéries résistantes aux antibiotiques dans le temps, mais aussi une évolution de ces souches résistantes vers des différents types de multi-résistances. Dans la seconde partie, Morinda morindoides, une plante médicinale ivoirienne, a suscité notre attention pour la recherche de substances antimicrobiennes. À partir de 18 extraits des différents organes de cette plante, des tests d’activité antimicrobienne ont permis de justifier son utilisation en médecine traditionnelle. L’extrait à l’acétonitrile de la racine qui affiche l’activité la plus intéressante a servi pour isoler et caractériser 12 phytomolécules antimicrobiennes dont une se distingue par sa structure chimique originale, la morindoïdine. En plus de leurs paramètres antimicrobiens, d’autres propriétés biologiques de ces substances ont été évaluées telles que, leur pouvoir antioxydant, leur cytotoxicité, leur activité hémolytique et leur cible moléculaire. Cette évaluation a révélé un mode d’action sans doute proche de celui des quinolones. / We are witnessing over these last thirty years a growing frequency of occurrence of antibiotic-resistant bacteria. This observation is coupled with a reduction in discovery of new antimicrobials. Given the recurrence of difficult to treat infections caused by these pathogens become multidrug resistant, strengthening the antimicrobial arsenal is one of the main public health concerns. To this end, an ethnopharmacological approach has been developed. Within the framework of cooperation between the laboratory of Biochemical pharmacodynamics (University of Cocody, Côte d'Ivoire) and the laboratory of microbial biodiversity and ecology (LUBEM EA 3882, University of Brest, France), traditional self-medication habits affecting more than 70% of the population of Cote d'Ivoire were analyzed to identify new sources of antimicrobial compounds. In the first part of this study, an investigation of bacterial resistance in Côte d'Ivoire has revealed not just an increase in the frequency of occurrence of antibiotic-resistant bacteria in time, but also an evolution of resistant strains toward different types of antibiotics. In the second part, Morinda morindoides, an Ivorian medicinal plant aroused our attention for the research of antimicrobial substances. From 18 extracts from different organs of this plant the antimicrobial activity tests were performed. The acetonitrile extract of the root which exhibit the most interesting activity was used to isolate and characterize 12 antimicrobial phytomolecules. One of these compounds exhibits an original chemical structure named morindoidine. In addition to their antimicrobial activity, other biological properties of these substances have been evaluated such as their antioxidant potency, their cytotoxicity, their hemolytic activity and their molecular target. This assessment revealed a mode of action probably close to that of quinolones.

Évolution expérimentale aux limites de l'extinction : Le cas de Pseudomonas fluorescens soumise au stress. Les stress environnementaux : ces perturbations d'origine biotiques ou abiotiques des conditions de vie qui ont un impact sur les populations par l'altération des capacités de reproduction et/ou de survie des organismes, peuvent parfois mener une espèce à l'extinction si celle-ci n'est pas en mesure de s'adapter suffisamment rapidement. Avec l'augmentation de l'impact des activités humaines, le taux d'extinction des espèces est aujourd'hui estimé être de plusieurs ordres de grandeur au dessus du taux d'extinction basal. Il est donc important de comprendre les facteurs écologiques et évolutifs, à l'échelle de l'espèce comme de la communauté, qui déterminent la survie ou l'extinction d'une espèce soumise à un stress sévère.Au cours de cette thèse, nous utiliserons les outils de l'évolution expérimentale avec la bactérie Pseudomonas fluorescens soumise à un stress antibiotique, ainsi que des outils théoriques, pour étudier les facteurs déterminants les conditions d'un sauvetage évolutif : événement d'évolution rapide d'une population en situation d'effondrement démographique sous l'effet d'un stress létal. Nous étudierons aussi le rôle d'un stress plus modérés : une carence en ressource, sur deux aspects de la structure des communautés liés à la stabilité de ces dernières face aux perturbations environnementales : La topologie d'un réseau trophique bactérie-phage, ainsi que la distribution des tailles de populations, décrite par la loi de Taylor, pour des populations bactériennes en mono-culture ou en compétition sur un gradient de ressource. Nos travaux ont permis de mieux comprendre le sauvetage évolutif, en montrant notamment le rôle déterminant de la taille des populations et de leur diversité génétique initiale dans la capacité d'adaptation à un stress létal. Mais aussi en proposant une meilleure description des dynamiques de populations typiques de cette situation. Nous avons aussi montré la capacité d'une limitation des ressources à altérer la structure des réseaux trophiques et ainsi leur stabilité face aux perturbations. / Experimental Evolution at the Edge of Extinction, The Case of Pseudomonas fluorescens in Stressful Environments.Environmental stresses : the biotic or abiotic perturbations of life conditions which have an impact on populations through impaired organism's ability to survive and/or reproduce, can sometimes result in species extinction if rapid evolutionary adaptation doesn't occur. With the increasing impact of human activities, the rate of species extinction is now estimated to be several orders of magnitudes above the background rate. It is therefore crucial to understand the ecological and evolutionary factors, at species and community levels, which determine the survival or extinction of species exposed to severe stresses. All along this thesis, we will use experimental evolution tools with the bacterium Pseudomonas fluorescens exposed to antibiotic stress, as well as theoretical tools, to study the factors driving evolutionary rescue : the rapid evolutionary adaptation occurring in populations experiencing demographic collapse under a lethal stress. Then we will study how a moderate stress (low resource availability) drives different aspects of communities structure related to their stability against environmental perturbations : The topology of a bacteria-bacteriophage trophic network, and the distribution of population sizes along a resource gradient, described by Taylor's law, for bacterial populations either in mono-culture or in competition. Our results led to a better understanding of evolutionary rescues. In particular, we show the crucial role of initial population size and genetic diversity in the ability to evolve adaptation to an initially lethal stress. And we refined the description of populations dynamics in such cases. We show also how resource limitation can disturb trophic network structure, resulting in a lower stability against environmental perturbations.