L’objectif de ce travail est d’une part (i) étudier le comportement de la biomasse notamment la production d’EPS en présence des composés pharmaceutiques (un agent anticancéreux et cinq antibiotiques); et d’autre part, (ii) étudier les EPS dans le contexte de décantation des boues en présence d’agents fongiques et en situations réelles dans des stations d’épuration. L’étude en présence de l’agent anticancéreux a été réalisée dans des bioréacteurs à membranes. La présence de l’agent anticancéreux a induit l’augmentation de la production d’EPS agissant comme un mécanisme de protection microbienne qui était à l’origine du colmatage des membranes. L’effet de cinq antibiotiques a été évalué en réacteur batch. La famille des macrolides a montré un effet plus important sur l’activité microbienne avec une augmentation significative de la production d’EPS associée à un mécanisme de protection. La décantation des boues en présence des cultures fongiques a été conduite en réacteur pilote. Une amélioration spectaculaire de la décantation a été liée à une meilleure cohésion au sein des flocs imputable en grand partie à l’augmentation de la production d’EPS. Enfin, le diagnostic du procédé de traitement des eaux a été établi sur trois stations d’épuration des papeteries grâce à une double approche d’une part l’analyse physico-chimique des boues et d’autre part, l’exploitation statistique d’analyse en composantes principales (ACP) des paramètres technologiques enregistrées dans chaque station. Nous avons tenté d’exprimer sous forme de régressions linéaires ou polynomiales de deuxième degré, la décantation en fonction d’une quantité réduite des paramètres mesurés / The objective of this work is firstly, i) to study the microbial behaviour of the biomass especially the production of the EPS in the presence of pharmaceutical compounds (an anticancer product and five antibiotics); and secondly, ii) to study EPS in the context of the sludge settling in wastewater treatment plants. The study in the presence of the anticancer product was done in membrane bioreactors. The presence of the anticancer product provoked the production of the EPS as the protection mechanism which is at the origin of the membrane fouling.The effect of five antibiotics was evaluated in batch reactors. The family of macrolides showed the most important effect on the microbial activity with a significant increase of the EPS production which was associated with a protection mechanism.Sludge settling in the presence of fungi was carried out in a pilot reactor. The spectacularly improvement of the sludge settleability was related with a better cohesion inside of the flocs attributed to an increase of the EPS production.Finally, the diagnosis of different wastewater treatment processes was established in three paper mill wastewater treatment plants thanks to the double approach used here, the physico-chemical analysis of the sludge and the statistical analysis by principal components analysis of the different parameters recorded in each plant. We tried to describe the parameter related to the settling behaviour by linear or polynomial regressions of second degree in function of a reduced number of the measured parameters

La perméabilité membranaire joue un rôle important dans la résistance aux antibiotiques chez lesbactéries à Gram négatif.L’objectif de notre travail était de caractériser la fonction tenue par les deux régulateurs globaux dela perméabilité membranaire chez Enterobacer aerogenes: mar et ram. L’objectif initial futd’identifier le répresseur spécifique de RamA qui manquait en tant qu’élément de la cascade derégulation actuellement définie. La sélection de 60 souches nous a permis de confirmer le rôlecentral joué par RamA dans la régulation, ainsi qu’identifier des mutations pouvant être critiques, auniveau de RamR. Ainsi, l’absence variations observées dans le régulon marRAB et l’expressionmodérée des transcrits montrée par qRT-PCR laisse penser, que RamA a un rôle clef dans larégulation de l’expression des porines et des pompes d’efflux chez E. aerogenes.L’autre partie de notre travail reposait sur l’étude de la translocation des antibiotiques au traversdes porines. L’étude des interactions porine-carbapénèmes s’est faite sur la porine sauvage OmpFd'Escherichia coli et deux mutations. Les résultats indiquent également l'importance de l'aspartateen position 113 dans la sélectivité de translocation des carbapénèmes au sein de la porine OmpF.Ce travail montre ainsi que la translocation des pénicillines est aussi sous la dépendance desinteractions qui se créent entre le substrat et le résidu en position 113 de OmpF et limitent alorsleur passage au niveau du canal porine. Nous avons recherché la contribution attribuée à la porineOmp36 d'E. aerogenes dans la translocation de certaines béta-lactamines. Les mesures ont permisde conclure que les deux beta-lactamin / Genetic permeability plays an important role in antibiotic resistance of Gram-negative bacteria.Our work was to characterize and better understand of the genetic regulation of membranepermeability in E. aerogenes. We focused on two global regulators, mar and ram, in about 60clinical isolates. Alterations in the upstream region of ramA and in ramR but no mutations in marAnor marR were observed. Overexpression of ramA or ramR led to an altered antibiotic susceptibilityassociated to decrease of porins expression and over-expression of efflux-pumps. qRT-PCR pointedout the estimated importance of the ram-regulon in the regulation cascade.Another part of this work was to characterize the translocation of compounds through porins andthe role of porins in drug uptake in general. Measurement of the rate of antibiotic action of threecarbapenems in an E. coli strain solely expressing OmpF as porin clearly indicated the importanceof the aspartate at position 113 in antibiotic translocation. A multi-disciplinary three way approachof computer modeling, black-lipid-bilayer assays and measurement of antibiotic action, suggestedthat interactions with residue D113 of E. coli porin OmpF are rate-limiting for transport throughthe porin channel. Combination of biological and biophysical measurements with E. aerogenesporin Omp36 denoted that interactions between the porin channel and the antibiotic facilitate andaccelerate transport.

No description available.

La résistance aux antibiotiques a pris une ampleur considérable du fait de l’utilisation des antibiotiques dans de nombreux domaines. Pour respecter l’approche « OneHealth », il est essentiel d’avoir une image spécifique de chaque situation, afin d’orienter les recommandations et de limiter la dissémination des gènes, des plasmides et des clones. Nos objectifs étaient adaptés à nos populations d’étude (chevaux et porcs) afin d’ajuster les résultats aux besoins des filières. Dans la filière équine, nous avons quantifié les résistances phénotypiques et identifié les gènes de β-lactamases à spectre étendu (BLSE/AmpC) présents dans le microbiome des chevaux sains, et nous avons identifié les facteurs de risque associés à leur portage en France et au Québec. En France, nous avons également caractérisé les mécanismes de dissémination des gènes de BLSE/AmpC. Nous avons mis en évidence qu’en France et au Québec, les E. coli commensaux provenant de fèces de chevaux sains étaient majoritairement non susceptibles à l’ampicilline, l’amoxicilline/acide clavulanique et la streptomycine et que des E. coli multirésistants et porteurs de gènes codant pour des BLSE/AmpC étaient détectés dans respectivement environ 45% et 8% des chevaux. Le blaCTX-M-1 était majoritairement détecté bien qu’en France d’autres BLSE aient été identifiés (blaCTX-M-2 et blaCTX-M-14) ainsi que le gène AmpC blaCMY-2. L’administration d’un traitement médical, le nombre de personnes s’occupant des chevaux, le type d’activité et le fait de participer à un évènement équestre dans les trois derniers mois ont été identifiés comme des facteurs de risque du portage des E. coli multirésistants ou producteurs de gènes BLSE/AmpC, soit en France soit au Québec. En France, le plasmide IncHI1-ST9 était majoritairement associé aux gènes blaCTX-M-1/2 et à l’opéron fos. Pour la filière porcine, nos objectifs étaient de colliger les données de la base de données du laboratoire EcL entre 2008 et 2016, d’évaluer la présence d’un agrégat spatio-temporel pour les isolats ETEC:F4 non susceptibles à l’enrofloxacine et de caractériser ces isolats et les éléments génétiques mobiles qu’ils transportent. En effet, l’enrofloxacine est un antibiotique de haute importance en santé humaine, et doit donc faire l’objet d’une surveillance accrue. Nous avons trouvé que plus de 90% des isolats d’E. coli entérotoxinogènes détectés chez des cas de porcs malades soumis au laboratoire EcL de 2008 à 2016 au Québec, étaient multirésistants. Le virotype LT:STb:F4 prédominait jusqu’en 2014, puis a été dépassé par le virotype LT:STb:STa:F4. Un agrégat spatio-temporel d’isolats LT:STb:STa:F4 non susceptibles à l’enrofloxacine a été détecté entre 04/2015 et 09/2016 au centre de la Montérégie. Nous avons démontré la présence d’un clone ETEC:F4 non susceptible à l’enrofloxacine, à haut risque, qui se dissémine en Amérique du Nord depuis 2013. Les isolats appartenant à ce clone sont ST100, O149:H10. Ils sont multirésistants, et associés à une pathogénicité et une virulence augmentée par rapport aux isolats détectés avant 2000. Ils portent le réplicon IncFII. Les résistances et leur mécanisme de dissémination sont différents selon l’espèce animale. Ces divergences sont fonction de l’usage des antibiotiques, et des échanges possibles avec les différents protagonistes en contact avec les animaux. / Antimicrobial resistance has become an essential issue in the last decades because of the extensive use of antimicrobials in numerous sectors. In order to follow the OneHealth approach, it is critical to have a precise picture of each situation, to adjust recommendations and prevent resistance gene dissemination as well as plasmid and clone spread. Our objectives were adapted to the animal populations under study. Therefore, our results were compatible with each sector. In the equine sector, we quantified phenotypic resistance and identified β-lactamase (ESBL/AmpC) genes present in the intestinal microbiome of healthy horses and we identified risk factors associated with their carriage both in France and in Quebec. Then, in France we characterized ESBL/AmpC gene spread mechanisms. We demonstrated that commensal E. coli originating from the feces of healthy horses were mostly non-susceptible to ampicillin, amoxicillin/clavulanic acid and streptomycin. The presence of multidrug resistant E. coli and of E. coli carrying ESBL/AmpC genes was found in around 45% and 8% of horses respectively. The most frequently detected gene was blaCTX-M-1, although blaCTX-M-2 and blaCTX-M-14 were also identified in France. The AmpC gene blaCMY-2 was identified in both localities. Medical treatment, staff number, activity, and participation in an equestrian event within the last three months were identified as risk factors for MDR or ESBL/AmpC E. coli. In France, commensal E. coli from healthy horses most commonly possessed the IncHI1-ST9 plasmid. This plasmid carries blaCTX-M-1/2 genes and the fos operon. For the swine sector in Quebec, our objectives were to gather data provided by the Animal pathogenic and zoonotic E. coli (APZEC) database between 2008 and 2017, to assess the presence of a spatio-temporal cluster for enrofloxacin non-susceptible ETEC:F4 and to characterize these isolates and the mobile genetic elements they carry. Enrofloxacin is an antibiotic classified as highly important in human medicine and as such needs to come under higher scrutiny. For this sector, we demonstrated that more than 90% of enterotoxigenic E. coli (ETEC) isolates from diseased swine submitted to the EcL between 2008 and 2016, were multidrug resistant. The main virotype in 2014 was LT:STb:F4. It was subsequently replaced by the LT:STb:STa:F4 virotype. A spatio-temporal cluster of LT:STb:STa:F4 isolates non-susceptible to enrofloxacin was detected between 04/2015 and 09/2016 in the centre of the Monteregie region. These isolates constituted an ETEC:F4 high risk enrofloxacin non-susceptible clone, which has been spreading in North America since 2013. Isolates belonging to this clone are ST100, O149H10, phylogroup A, and fimH gene negative. These isolates are multidrug resistant and associated with a higher pathogenicity and virulence than isolates detected before 2000. They all carry the incFII replicon. Resistance and mechanisms of dissemination are different according to the animal species being studied. This is likely due to different patterns of antimicrobial use in each industry and possible interactions with different protagonists in contact with the animals. It is essential to understand the situation for each animal species in order to adapt recommendations for efficiently limiting the spread of resistance genes, plasmids and clones.

Les Streptomyces sont des bactéries filamenteuses du sol à Gram +. Elles sont connues pour leur capacité à produire des métabolites secondaires utiles en médecine et en agriculture. S. coelicolor et S. lividans sont des souches modèles phylogénétiquement proches. Elles ont cependant des capacités contrastées à accumuler des lipides de réserve de la famille des triacylglycérol (TAG) et produire des métabolites secondaires alors qu’elles possèdent des voies de biosynthèse similaires pour ces deux types de molécules. En présence de glucose, S. coelicolor produit des niveaux élevés de métabolites secondaires spécifiques et son contenu en TAG est faible alors que c'est le contraire chez S. lividans. En revanche, en présence de glycérol, les deux souches accumulent une quantité de TAG similaire mais S. coelicolor produit aussi des métabolites secondaires. Le but de la présente thèse était de déterminer les caractéristiques métaboliques différentielles qui sous-tendent les différentes capacités biosynthétiques de ces deux souches modèles. Pour ce faire, une analyse protéomique comparative sans marquage des souches cultivées en milieu R2YE liquide ou solide en présence de glucose ou de glycérol comme principales sources de carbone a été réalisée en utilisant la technique de chromatographie liquide couplée à de la Spectrométrie de Masse en tandem (LC-MS / MS). Au total, 2024 et 4372 protéines ont été identifiées à partir des cultures liquides et solides, représentant 24% et 50% du protéome théorique. Les études en liquide ont révélé que le métabolisme de S. lividans était principalement glycolytique alors que le métabolisme de S. coelicolor était principalement oxydatif. Elles ont également indiqué que ces caractéristiques pourraient être liées au catabolisme préférentiel des acides aminés par rapport au glucose chez S. coelicolor par rapport à S. lividans. De plus, cette thèse constitue la première analyse protéomique du métabolisme de ces deux souches modèles en présence de glycérol. / Streptomyces are filamentous Gram+ soil bacteria well known for their ability to produce secondary metabolites useful in medicine and agriculture. S. coelicolor and S. lividans are phylogenetically closely-related model strains but they have contrasted abilities to accumulate storage lipids of the TriAcylGlycerol (TAG) family and to produce secondary metabolites whereas they possess similar pathways for the biosynthesis of these molecules. In the presence of glucose, S. coelicolor produces high levels of specific secondary metabolites and its TAG content is low whereas it is the opposite for S. lividans. In contrast, in the presence of glycerol, the two strains accumulated similar amount of TAG but S. coelicolor still produces secondary metabolites. The aim of the present thesis was to determine the differential metabolic features supporting such different biosynthetic abilities. To do so, a comparative label-free shotgun proteomic analysis of the strains grown in liquid or solid R2YE media with glucose or glycerol as main carbon sources was carried out using Liquid chromatography−tandem mass spectrometry (LC−MS/MS). A total of 2024 and 4372 proteins were identified in liquid and solid cultures, representing 24% and 50% of the theoretical proteome, respectively. These studies revealed that S. lividans metabolism was mainly glycolytic whereas S. coelicolor metabolism was mainly oxidative. They also suggested that these features might be related to the preferential catabolism of amino acids over glucose of S. coelicolor compared to S. lividans. Furthermore, this thesis constituted the first proteomic analysis of the metabolism of these two model strains in the presence of glycerol. / Streptomyces es un género de bacterias filamentosas Gram+ provenientes del suelo que son conocidas por su capacidad para producir metabolitos secundarios útiles en la medicina y agricultura. S. coelicolor y S. lividans son cepas modelo filogenéticamente próximas que presentan capacidades opuestas para acumular lípidos de reserva de la familia de los triglicéridos (TAG) y para producir metabolitos secundarios en tanto que ambas cepas poseen rutas metabólicas idénticas para la biosíntesis de éstas moléculas. En presencia de glucosa, S. coelicolor produce altos niveles de metabolitos secundarios específicos y su contenido de TAG es bajo mientras que en S. lividans el comportamiento es opuesto. Sin embargo, en presencia de glicerol, ambas cepas acumulan cantidades similares de TAG y S. coelicolor produce metabolitos secundarios. El objetivo de ésta tesis fue de determinar las características metabólicas que distinguen las diferentes capacidades biosintéticas mencionadas previamente. Por esto, un análisis protéomico comparativo sin marcaje de tipo “shotgun” fue realizado con las dos cepas cultivadas en medio R2YE líquido y sólido usando glucosa o glicerol como fuentes principales de carbono mediante Cromatografía Líquida en “tándem” acoplada a Espectrometría de Masas (LC-MS/MS). Un total de 2024 y 4372 proteínas fueron identificadas en cultivos en medio líquido y sólido, representando 24% y 50% del proteoma teórico, respectivamente. El presente estudio demostró que el metabolismo de S. lividans fue principalmente glicolítico mientras que el metabolismo de S. coelicolor fue principalmente oxidativo. También se sugiere que éstas características pueden estar relacionadas con la preferencia catabólica de aminoácidos sobre el catabolismo de glucosa de S. coelicolor comparada con S. lividans. Además, la presente tesis constituye el primer análisis proteómico del metabolismo de éstas dos cepas modelo en presencia de glicerol.

La résistance aux antibiotiques est une menace sérieuse pour la santé publique. En effet, si on ne change pas rapidement notre consommation excessive d'antibiotiques, la situation actuelle va se dégrader jusqu'à basculer dans une ère dite "post-antibiotique", dans laquelle plus aucun antibiotique ne sera efficace contre les infections microbiennes. Bien que ce phénomène de résistance apparaît naturellement, l'utilisation abusive d'antibiotiques accélère le processus. De plus, la présence de pathogènes multi-résistants neutralise l'effet des traitements existants et dans le cas de chirurgies courantes (césariennes, transplantations d'organe...), la situation peut rapidement s'aggraver voire devenir mortelle. C'est pourquoi des directives, émanant des autorités sanitaires, doivent être mises en place afin de contrôler l'utilisation des médicaments, et ce, à tous les niveaux de la société, des individus au secteur agricole en passant par les professionnels de santé et les industries pharmaceutiques. Le monde de la recherche scientifique, quant à elle, doit trouver des nouvelles stratégies pour enrayer la propagation de la résistance. Dans ce contexte, cette thèse a pour objectif le développement d'une méthode de prédiction, par calculs d'énergie libre, des mutations de β-lactamases favorables à l'hydrolyse des β-lactames. Ces travaux méthodologiques ont donc conduit au développement : (1) de nouveaux paramètres pour les enzymes à zinc, implémentés dans le champ de force OPLS-AA et validés par des simulations de dynamique moléculaire sur un panel de métalloenzymes représentatives, (2) d'un protocole de paramétrisation de ligands covalents pour étudier le comportement de certains β-lactames dans CMY-136, une nouvelle β-lactamase caractérisée au laboratoire, et (3) d'un protocole de calcul d'énergie libre évalué au moyen de compétitions internationales de prédiction. Ce dernier a ensuite été utilisé pour tenter d'expliquer pourquoi la carbamylation de la sérine catalytique n'a pas lieu dans certaines oxacillinases. Au travers de ces travaux, nous avons pu améliorer significativement notre approche computationnelle et désormais tout est en place pour une exploration exhaustive des mutations possibles dans les β-lactamases. / Antibiotic resistance is a global concern threatening worldwide health. Indeed, if we don't change our overconsumption of antibiotics, the current situation could worsen until a "post-antibiotic" era in which existing treatment would be ineffective against microbial infections. Despite the natural occurrence of antibiotic resistance, the misuse of antibiotics is speeding up the process. Furthermore, presence of multi-resistant pathogens negates the effect of modern treatments and usual surgeries (caesarean sections, organ transplantations...) might be riskier in the future, or even lethal. That's why, common guidelines have to be edicted by health authorities in order to control antibiotic use at every level of society, from individuals to healthcare industry including health professionals and agriculture sector. As for scientific research, new strategies have to be considered in order to limit the spread of antibiotic resistance. In that context, the presented thesis aimed at developing a protocol to predict, by free energy calculations, β-lactamase mutations which could promote the hydolysis of β-lactams antibiotics. In order to achieve that, we developed several methodological approaches including: (1) new parameters for zinc enzymes implemented in OPLS-AA force field and thereafter validated using molecular dynamics simulations of representative zinc-containing metalloenzymes, (2) a protocol to parameterize covalent ligands in order to analyze the dynamical behavior of some β-lactams in CMY-136, a novel β-lactamase recently characterized in our laboratory, and (3) a pmx-based free energy protocol. The latter was also assessed through several international blinded prediction challenges, and finally used to find out why carbamylation of the catalytic serine is not observed in certain OXA enzymes. Throughout this work, we made significant improvements in our protocol, and now everything is in place for an exhaustive prediction of possible mutations in β-lactamases.

Travaux de recherche effectués sous la supervision de la docteure Marylise Duperthuy (directrice) et de la docteure Catherine Paradis-Bleau (codirectrice). / L’augmentation de l’incidence des infections bactériennes par des souches résistantes, multirésistantes, voire même ultrarésistantes, aux antibiotiques, combinés à la crise de découverte de nouvelles molécules depuis les années 1960 et du sous-investissement chronique de certains états dans la recherche publique, pourrait coûter la vie à 10 millions d’êtres humains par an d’ici 2050. L’écrasante majorité des souches bactériennes résistantes aux antibiotiques sont des bactéries à Gram négatif. Ceci est notamment dû à la composition intrinsèque de leur enveloppe, leur permettant d’être insensibles à de nombreuses molécules pourtant létales pour d’autres types de bactéries. L’étude des composants et des mécanismes de biosynthèse de l’enveloppe, qui sont essentiels au maintien de l'intégrité des bactéries et peuvent être impliqués dans leur virulence, devrait permettre l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques. Dans le premier chapitre, nous allons tout d’abord faire un tour d’horizon des éléments composant l’enveloppe des bactéries à Gram négatif, des mécanismes de résistance aux antibiotiques et du danger que représentent les bactéries à Gram négatif. Mes résultats de recherches, présentés sous forme de quatre articles aux chapitres deux à cinq, sont précédés d’une mise en contexte des recherches propres aux deux laboratoires, portant d’une part sur les biofilms et la mobilité de Vibrio cholerae et d’autre part sur l’enveloppe de Escherichia coli. Dans le premier article, nous avons déterminé par quel mécanisme la polymyxine B en concentration sous-inhibitrice affecte la formation de biofilm chez Vibrio cholerae. Nous avons observé que la polymyxine B affecte principalement le flagelle par une action mécanique. La formation de biofilm nécessitant le flagelle dans ses premières étapes de formation, nous avons conclu que l’action de la polymyxine B prévenait ce changement d’état. Dans le second article, nous avons conçu un protocole d’évolution expérimentale qui nous a permis d’identifier des mutations dans différents gènes permettant à Vibrio cholerae de se déplacer plus rapidement en présence de concentration sous-inhibitrice de polymyxine B. Nous avons alors identifié chez plusieurs souches différentes mutations ayant probablement réduit ou anéanti la fonction des protéines IhfA, DacB, VacJ (MlaA) et MlaF. En nous basant sur la littérature, nous proposons que la perte de fonction de ces 5 protéines induisant l’augmentation de la mobilité en présence de polymyxine B puisse s’expliquer selon trois mécanismes, impliquant la stabilité de l’enveloppe, la sécrétion de vésicules de membrane ou une altération de l’expression de différents gènes. Dans le troisième article, nous avons étudié l’implication du stress oxydatif dans l’arrêt de la synthèse de la paroi qui est fatal au mutant ∆elyC de Escherichia coli. Nous avons alors démontré que la lyse du mutant ∆elyC est causée par la surproduction de radicaux hydroxyles dans son enveloppe. Cette molécule cause des dommages dans l’enveloppe suffisamment importants pour provoquer l’arrêt de synthèse de la paroi. Le mécanisme provoquant cette surproduction de radicaux toxiques reste encore à déterminer. Par le biais de l’étude de la fonction du facteur ElyC, nous avons découvert une nouvelle vulnérabilité dans l’homéostasie de l’enveloppe qu’il nous tarde de pouvoir exploiter. Dans le dernier article, nous avons étudié l’importance de la voie de synthèse de l’antigène commun aux entérobactéries dans le processus létal apparaissant en l’absence du facteur ElyC. Nous avons découvert que le mutant ∆elyC accumule un élément commun aux voies de synthèse de la paroi et de l’antigène commun aux entérobactéries, l’undécaprényl pyrophosphate. Nous avons également découvert que l’augmentation du recyclage de cette dernière via la surexpression du gène codant pour la protéine PgpB permettait de prévenir la lyse du mutant. Notre hypothèse est que l’absence de ElyC induit une mauvaise répartition de l’undécaprényl phosphate entre les voies de synthèse de la paroi et de l’antigène commun aux entérobactéries. La suractivité de la voie de synthèse de l’antigène commun aux entérobactéries induirait l’accumulation d’undécaprényl pyrophosphate provoquant l’inhibition de Pbp1b, empêchant l’ajout de nouvelles sous-unités à la paroi conduisant ainsi à la lyse du mutant ∆elyC. Ainsi l’ensemble de ces travaux a permis de mieux comprendre et d’identifier des vulnérabilités de l’enveloppe de Vibrio cholerae et Escherichia coli, de préciser certains mécanismes ainsi que d’entrevoir le rôle de divers facteurs impliqués dans l’homéostasie de leur enveloppe. / The increased incidence of bacterial infections by resistant, multiresistant and even extensively drug-resistant strain, combined with the crisis of new molecules discovery since the 1960s and the chronic underinvestment of certain states in public research, could cost 10 million human lives per year by 2050. The overwhelming majority of resistant bacteria are the Gram-negative one. This is mainly due to the intrinsic composition of their envelope, allowing them to be insensitive to many molecules yet lethal for other types of bacteria. The study of envelope components and biosynthetic mechanisms, which are essential for the maintenance of bacterial integrity and could be involved in their virulence, should lead to the identification of new therapeutic targets. The first chapter gave an overview of the different elements composing Gram-negative bacteria envelope, mechanisms of resistance and the threat that Gram-negative bacteria represent. The presentation of my work, divided in four articles from chapter two to chapter five, was preceded by a contextualization of the research projects specific to both laboratories, on biofilm and motility of Vibrio cholerae on one hand and on Escherichia coli envelope from the other hand. In the first paper, we determined the mechanism by which a sub-inhibitory concentration of polymyxin B affects biofilm formation in Vibrio cholerae. We observed that polymyxin B mainly affected the flagellum by a mechanical action. Since biofilm formation requires the flagellum in the early stages of its formation, we concluded that the action of polymyxin B prevented this change in Vibrio cholerae lifestyle. In the second paper, we designed an experimental evolution protocol which allowed us to identify mutations in different genes that increase Vibrio cholerae motility in the presence of sub-inhibitory concentration of polymyxin B. We then identified that different mutations had altered ihfA, dacB, vacJ (mlaA) and mlaF genes in different mutants. These mutations have probably induced reduction or loss of function of the proteins for which they respectively code. Based on literature, we hypothesize that the loss function of these proteins inducing increase in mobility in the presence of polymyxin B could be explained by three 7 mechanisms involving envelope stability, secretion of membrane vesicles or altered expression of various genes. In the third paper, we investigated the involvement of oxidative stress in the fatal peptidoglycan synthesis arrest occurring in the ∆elyC mutant of Escherichia coli. We then demonstrated that lysis of the ∆elyC mutant is caused by the overproduction of hydroxyl radicals in its envelope. This molecule causes multiple and sufficiently important damages in the envelope to stop the synthesis of the wall. The mechanism causing this overproduction of toxic radicals has yet to be determined. By studying the function of the ElyC factor, we have discovered a new weakness in envelope homeostasis that we are eager to exploit. In the last paper, based on a previously formulated hypothesis, we investigated the importance of the enterobacterial common antigen synthesis pathway in the lethal process occurring in the absence of ElyC. We found that the ∆elyC mutant accumulates common element to the cell wall and enterobacterial common antigen synthesis pathways, undecaprenyl pyrophosphate. We also observed that the ∆elyC mutant lysis phenotype could be suppressed by increasing undecaprenyl pyrophosphate recycling via the overexpression of the gene coding for the phosphatase PgpB. We propose that the absence of ElyC induces a misallocation of undecaprenyl phosphate between the cell wall and enterobacterial common antigen synthesis pathways, in favors the latter pathway. Overactivation of the enterobacterial common antigen pathway would induce undecaprenyl phosphate accumulation, causing inhibition of Pbp1b, thus blocking addition of new subunits to the cell wall and leading to its lysis. Ultimately, all the original data generated by my research project has led to a better understanding of envelope vulnerabilities of Vibrio cholerae and Escherichia coli, to clarify certain mechanisms but also to glimpse the role of various factors involved in the homeostasis of their envelope. / L'aumento dell’incidenza delle infezioni da batteri resistenti, multi-resistenti e anche estremamente resistenti agli antibiotici, combinata con la rarefazione della scoperta di nuove molecole fra gli anni 1960 e il sotto investimento cronico di certe nazioni nella ricerca pubblica, potrebbe costare la vita a 10 milioni di essere umano all'anno nel 2050. La stragrande maggioranza delle specie resistenti agli antibiotici sono batteri Gram- negativi. Questo è dovuto principalmente alla composizione intrinseca dei loro involucri che permette loro di essere insensibili a molte molecole che sono letali per altri tipi di batteri. Lo studio delle componenti e i meccanismi di sintesi dell’incurvo, che sono essenziali nell’integrità dei batteri e che possono essere coinvolti nella loro virulenza, dovrebbe permettere l'identificazione di nuovi bersagli terapeutici. Nel primo capitolo, avremo una panoramica dei diversi elementi che compongono l'involucro dei batteri Gram-negativi, dei meccanismi di resistenza e della minaccia che i batteri Gram-negativi rappresentano. La presentazione del mio lavoro, diviso in quattro articoli dal capitolo due a cinque, sarà preceduta da una contestualizzazione dei progetti di ricerca specifici di ciascuno dei due laboratori, sul biofilm e la motilità di Vibrio cholerae da un lato e sull'involucro di Escherichia coli dall'altro. Nel primo articolo, abbiamo determinato il meccanismo con cui la polimixina B in concentrazione sub-inibitoria influenza la formazione de biofilm in Vibrio cholerae. Abbiamo osservato che la polimixina B danneggia principalmente il flagello attraverso un'azione meccanica. Poiché la formazione del biofilm richiede il flagello nelle prime fasi della sua formazione, abbiamo concluso che l'azione della polimixina B ha impedito questo cambiamento nello stile di vita di Vibrio cholerae. Nel secondo articolo, abbiamo messo a punto un protocollo di evoluzione sperimentale che ci ha permesso di identificare diversi geni che aumentano la motilità di Vibrio cholerae in presenza di una concentrazione sub-inibitoria di polimixina B. Abbiamo quindi identificato vari mutazioni in diversi varianti che hanno probabilmente provocato la riduzione o il soppresso della funzione delle proteine IhfA, DacB, VacJ (MlaA) e MlaF. Sulla base della letteratura, proponiamo che la perdita di funzione di queste proteine inducendo un aumento della 9 mobilità in presenza di polimixina B può essere spiegato attraverso tre meccanismi coinvolgendo la stabilità dell'involucro, la secrezione di vescicole di membrana o l’alterazione dell’espressione di diversi geni. Nel terzo articolo, abbiamo studiato il coinvolgimento dello stress ossidativo nell'arresto della sintesi del peptidoglicano che è fatale al mutante ∆elyC di Escherichia coli. Abbiamo poi dimostrato con numerosi esperimenti che la lisi del mutante ∆elyC è causata dalla sovrapproduzione di radicali idrossilici nel suo involucro. Questa molecola causa importanti danni nell’involucro provocando l’inibendo della sintesi del peptidoglicano. Il meccanismo che causa questa sovrapproduzione di radicali tossici deve ancora essere determinato. Studiando la funzione del fattore ElyC, abbiamo scoperto una nuova vulnerabilità nell'omeostasi dell’involucro che siamo in fretta di sfruttare. Nel nostro ultimo articolo, basandoci su un'ipotesi precedentemente formulata, abbiamo studiato l'importanza della via di sintesi dell'antigene comune agli enterobatteri nel processo letale che si svolge in assenza di ElyC. Abbiamo scoperto che il mutante ∆elyC accumula un elemento comune alle vie di sintesi del peptidoglicano e dell'antigene comune agli enterobatteri, l'undecaprenil pirofosfato. Abbiamo anche scoperto che l'aumento del riciclaggio di quest'ultimo attraverso la sovraespressione del gene pgpB previene la lisi del mutante. Proponiamo che l'assenza di ElyC induce una allocazione diffetosa del undecaprenil fosfato tra le vie di sintesi del peptidoglicano e dell'antigene comune agli enterobatteri. L'iperattivazione della via dell'antigene comune agli enterobatteri provoca l'accumulo di undecaprenil pirofosfato, causando l'inibizione di Pbp1b e dunque dell’aggiunta di nuove unità al peptidoglicano, provocandone quindi la lisi. Quindi, questo lavoro ha portato a una migliore comprensione o identificazione delle vulnerabilità dell'involucro di Vibrio cholerae ed Escherichia coli, a chiarire certi meccanismi essenziali ma anche a intravedere il ruolo di vari fattori coinvolti nell'omeostasi del loro involucro.

L'intensification de l'activité agricole depuis la deuxième moitié du 20e siècle, notamment l'utilisation de produits agrochimiques dans les bassins versants, a affecté la qualité des ressources d’eau douce. Des traces de produits agrochimiques, tels que les pesticides et les engrais, sont transportées par ruissellement de surface ou lixiviation, provoquant des effets directs ou indirects sur les organismes aquatiques. Se trouvant à la base des réseaux trophiques aquatiques, les micro-organismes sont des habitants indispensables dans les écosystèmes d’eau douce, où ils jouent également un rôle important pour les services écosystémiques en tant que propulseurs des cycles biogéochimiques. En faisant partie de l'écosystème, les communautés bactériennes sont susceptibles aux perturbations anthropiques croissantes qui se déroulent dans leurs milieux. Le but principal de cette thèse est d'étudier l'effet de perturbations agricoles simulées sur les bactéries d'eau douce par une approche expérimentale avec des réservoirs extérieurs (mésocosmes) et en utilisant le séquençage d’ADN à haut débit. Des mésocosmes ont été remplis de 1 000 litres d'eau provenant d'un lac bien préservé et, ensuite, ont été traités avec des pesticides largement utilisés au monde en combinaison avec des engrais. Les trois études présentées dans cette thèse explorent les réponses du bactérioplancton dans cette même expérience sous différents angles : la première (chapitre II) s'est concentrée sur les réponses écologiques des communautés bactériennes à de différentes combinaisons de produits agrochimiques; la deuxième (chapitre III) a examiné si les gènes de résistance aux antibiotiques pourraient changer le succès d'espèces soumises à une grave contamination par un herbicide et, finalement, la troisième (chapitre IV) a suivi les altérations évolutives parmi les espèces ayant des réponses écologiques similaires par rapport au traitement avec l’herbicide. En mettant l'accent sur la réaction des communautés exposées à un mélange de produits agrochimiques, le chapitre II complémente des études écotoxicologiques, qui se concentrent traditionnellement sur les réponses d'une seule espèce à des produits chimiques isolés. Les mésocosmes ont été exposés à de différentes concentrations d'un herbicide à base de glyphosate et d'un insecticide néonicotinoïde, séparés ou en combinaison, en plus d'apports faibles ou élevés en nutriments. Le séquençage des amplicons du gène de l'ARNr 16S et la prédiction des variantes de séquences ont étés faits pour étudier la diversité taxonomique, ainsi que le profilage de l'utilisation microbienne des sources de carbone pour décrire les changements de diversité fonctionnelle à travers le temps. Les résultats ont révélé que la stabilité des communautés microbiennes varie en fonction du type et de l'intensité de la perturbation. Bien que les communautés bactériennes n’aient pas réagi à l’introduction de l’insecticide ou d’engrais, elles sont modifiées de manière intensive sous des concentrations élevées de l'herbicide à base de glyphosate. Des aspects distincts de la diversité des communautés ont réagi différemment aux perturbations : alors que la composition fonctionnelle est restée stable face aux perturbations, la composition taxonomique au niveau taxonomique le plus fin a été sensible au glyphosate et résiliente aux échelles taxonomiques plus larges (c'est-à-dire, du genre au phylum). Ces résultats soulignent la complexité des réponses écologiques et fournissent des évidences de la redondance fonctionnelle concernant l'utilisation des sources de carbone dans les communautés microbiennes. Le chapitre III a testé l'hypothèse selon laquelle les gènes de résistance aux antibiotiques, en particulier les pompes d'efflux, favorisent la survie des bactéries en présence de l'herbicide à base de glyphosate. Cette hypothèse n'a été confirmée que par des études expérimentales en laboratoire avec des cultures bactériennes et plus récemment dans les microbiomes du sol. C'était donc la première fois que cette hypothèse a été testée dans un système aquatique. Au chapitre II, on a observé que l'herbicide à base de glyphosate favorisait la domination de nombreux taxons de l'embranchement des protéobactéries, dont Agrobacterium, un genre qui code pour l'enzyme cible du glyphosate appartenant à la classe des résistants. Cependant, d'autres espèces codant pour la classe de l'enzyme sensible au glyphosate étaient également favorisées, ce qui implique le rôle d'autres mécanismes de résistance. Dans le chapitre III, les analyses de métagénomes et des génomes assemblés par métagénomes ont révélé une augmentation de la fréquence de gènes de résistance aux antibiotiques après l'administration de fortes doses de l'herbicide. D’ailleurs, l'abondance relative des espèces présentes après qu’une forte dose de l'herbicide a été administrée était mieux prédite par la présence de gènes d'efflux d'antibiotiques dans leur génome que par la présence du gène codant pour l'enzyme résistante au glyphosate. Ces résultats renforcent les études récentes et contribuent aux premières évidences provenant des communautés bactériennes d'eau douce. L'objectif du chapitre IV était de vérifier si les bactéries ayant la même réponse écologique à la contamination par l'herbicide à base de glyphosate présenteraient également des réponses évolutives similaires. En plus, ce chapitre avait pour but de contribuer aux preuves expérimentales du modèle de l'écotype stable, un modèle proéminent sur l'évolution et l'origine de la diversité dans les espèces bactériennes. On a supposé que les espèces favorisées par l'herbicide subiraient des balayages sélectifs éliminant la variation génétique dans le génome, comme le prédit le modèle évolutif de l'écotype stable. Pour tester cette hypothèse, des polymorphismes nucléotidiques ont été quantifiés au sein des populations bactériennes au cours du temps dans 12 populations bien représentées dans le séquençage métagénomique qui a été fait dans le chapitre III. Contrairement à ce que l'on attendait, les populations écologiquement prospères ont montré une variété de réponses évolutives et la diversité n'a été supprimée que dans quelques-unes d'entre elles. Les résultats montrent que d'autres mécanismes évolutifs qui maintiennent la variation génétique, tels que des balayages sélectifs à l'échelle du gène plutôt qu’à l'échelle du génome, peuvent être plus souvent impliqués dans le succès des espèces qui survivent au stress anthropique. Mis ensemble, ces résultats soulignent la complexité des réponses bactériennes face à une perturbation anthropique au niveau des communautés, des populations, des gènes et des allèles. Les connaissances apportées par cette thèse peuvent améliorer les évaluations des risques de déversements accidentels en eau douce. Le changement permanent à des niveaux taxonomiques fins et la sélection croisée pour les gènes de résistance aux antibiotiques en présence de concentrations élevées d'herbicides indiquent des risques qui devraient être mieux compris par rapport à leur prédominance et les mécanismes qui les causent. D’ailleurs, la dynamique évolutive décrite ici sur une échelle de temps de courte durée fournit des données pour soutenir une importante théorie sur la différenciation et la spéciation bactériennes. / Agriculture intensification in the second half of the 20th century, particularly the use of agrochemicals within watersheds, has affected freshwater quality. Traces of agrochemicals, such as pesticides and fertilizers, reach freshwater systems through runoff or leaching, causing direct or indirect effects on aquatic organisms. Microorganisms are essential inhabitants of aquatic systems as they are at the foundation of food webs and play roles in ecosystem functioning as important drivers of biogeochemical cycles. By being part of the ecosystem, bacterial communities are subject to the increasing anthropogenic perturbations in their environment. The main objective of this thesis is to investigate the effect of simulated agricultural perturbations on freshwater bacteria through an experimental approach with outdoor tanks (mesocosms) and using high-throughput DNA sequencing. Mesocosms were filled with 1,000 L of water from a pristine freshwater lake and treated with widely used pesticides in combination with fertilizers. The three main studies in this thesis explored the bacterioplankton responses in this experiment through different angles: the first study (chapter II) focused on ecological responses to a combination of agrochemicals; the second (chapter III) explored how changes in antibiotic resistance genes could explain the ecological success of species facing severe herbicide contamination and the third study (chapter IV) tracked evolutionary changes among species with similar ecological responses to the herbicide treatment. Chapter II aimed to complement ecotoxicological studies, that traditionally focus on single species responses to individual chemicals, by focusing on communities exposed to a mixture of agrochemicals, as typically observed in nature. For that, the mesocosms were exposed to different concentrations of a glyphosate-based herbicide and a neonicotinoid insecticide, isolated or in combination, in addition to low or high nutrient inputs. Sequencing of 16S rRNA gene amplicons and inference of amplicon sequence variants were done to study taxonomic diversity, as well as profiling microbial use of carbon sources to describe functional diversity changes through time. The results revealed that the stability of microbial communities varies according to the type and intensity of the disturbance. The highest dose of the glyphosate-based herbicide was the major driver of ecological responses within bacterial communities, which were not altered by the insecticide nor by nutrient fertilization. Distinct aspects of community diversity responded differently to perturbation: while functional composition remained stable in face of disturbances, taxonomic composition was sensitive to glyphosate at the finest taxonomic level and resilient at higher taxonomic units (i.e. genus to phylum). These results highlight the complexity of ecological responses and provide evidence of functional redundancy regarding the use of carbon sources in these communities. Chapter III tested the hypothesis that antibiotic resistance genes, particularly efflux pumps, would favour bacterial survival in the presence of the glyphosate-based herbicide. This hypothesis has only been confirmed through experimental laboratory studies with bacterial cultures and more recently in soil microbiomes, it was thus the first time it was tested in an aquatic system. As observed in chapter II, glyphosate-based herbicide favoured the dominance of many taxa of the phylum Proteobacteria, including Agrobacterium, a genus that encodes the glyphosate-resistant target enzyme. However, other species encoding the glyphosate-sensitive version of the enzyme were also favoured, implying other resistance mechanisms. In chapter III, the analysis of metagenomes and metagenome-assembled genomes revealed an increased frequency of antibiotic resistance genes following high doses of the herbicide. Additionally, the relative abundance of species after a severe herbicide pulse was better predicted by the presence of antibiotic efflux genes in their genome than by the presence of the gene encoding the resistant glyphosate target enzyme. These results reinforce recent studies and contribute to the first evidence from freshwater bacterial communities. The goal of chapter IV was to test if bacteria with the same ecological response to the contamination with the glyphosate-based herbicide would also show similar evolutionary responses. Furthermore, this chapter aimed to contribute to experimental evidence to the stable ecotype model, a prominent model on the evolution and origin of diversity in bacterial species. If assumptions of the stable ecotype model were confirmed by the experiment, species favoured by the herbicide would experience selective sweeps purging genetic variation across the genome. To test this hypothesis, single nucleotide variants were quantified within bacterial populations over time in 12 populations well-represented in the metagenomic sequencing that was performed in chapter III. Differently than expected, ecologically successful populations showed a variety of evolutionary responses and diversity was purged only in a few of them. The results show that other evolutionary mechanisms that maintain genetic variation, such as gene-wide specific sweeps rather than genome-wide sweeps, may be more often involved in the success of species surviving anthropogenic stress. Together, these results highlight the complexity of bacterial responses in the face of an anthropogenic disturbance at the level of communities, populations, genes, and alleles. The knowledge provided by this thesis may improve assessments of the potential risks of accidental spills in freshwater. The permanent change at fine taxonomic levels and the cross-selection for antibiotic resistance genes in the presence of high concentrations of herbicide indicate risks that should be better understood regarding their predominance and causing mechanisms. Moreover, the evolutionary dynamics here described in a short-term time scale provide observational data to support a theoretical background on bacterial differentiation and speciation.

L’avènement des inhibiteurs du point de contrôle immunitaire (ICIs) ciblant l’axe PD-1/PD-L1 a révolutionné le traitement des patients avec un carcinome pulmonaire non à petites cellules (CPNPC). Ce mémoire consolide les conclusions de trois études distinctes visant à analyser et à améliorer l'efficacité des ICIs en monothérapie chez le CPNPC. La première section explore les bénéfices associés au durvalumab suivant une chimioradiothérapie chez les patients présentant un CPNPC localement avancé, confirmant le bénéfice de survie associé aux ICI et élargissant les perspectives émises depuis l'étude PACIFIC, y compris au niveau de la valeur prédictive du PD-L1. Dans l’optique de caractériser de nouveaux biomarqueurs d’efficacité, la deuxième section souligne le rôle crucial du microbiome intestinal dans la modulation de la réponse aux ICIs, spécifiquement au niveau de la dysbiose intestinale liée aux antibiotiques. La méta-analyse proposée confirme l’impact délétère des antibiotiques sur la survie des patients traités avec un ICI, tout particulièrement lorsque l’antibiothérapie précède l’inhibition du PD-1/PD-L1. Dans le domaine des stratégies immunomodulatrices émergentes, la troisième section explore l’impact de la cryoablation chez les patients présentant un CPNPC avec PD-L1≥50% et traités avec le pembrolizumab. Sans relever un signal d’efficacité supérieure, cette étude de phase I/II confirme la faisabilité et l’innocuité de la cryoablation, une technique permettant la libération d’antigènes tumoraux en circulation sans dénaturation thermique. Ultimement, ce mémoire propose un survol des bénéfices de survie, biomarqueurs prédictifs et stratégies immunomodulatrices liés à l’utilisation des ICIs chez les patients avec un CPNPC avec l’espoir d’optimiser les paradigmes thérapeutiques existants. / The advent of immune checkpoint inhibitors (ICIs) targeting the PD-1/PD-L1 axis has revolutionized the therapeutic landscape for patients diagnosed with non-small cell lung cancer (NSCLC). This thesis consolidates the findings of three distinct studies aiming to analyze and enhance the efficacy of ICI monotherapy in NSCLC. The first section delves into the real-world use of durvalumab following chemoradiotherapy in stage III NSCLC, confirming the survival benefit associated with ICI administration in this context and broadening the insights derived from the PACIFIC study, particularly regarding the predictive value of PD-L1. With the aim of characterizing new biomarkers of efficacy, the second section sheds light on the crucial role of the gut microbiome in modulating responses to ICIs, particularly intestinal dysbiosis related to antibiotics. The meta-analysis confirms the detrimental impact of antibiotics on the overall survival of patients with advanced cancer treated with ICI monotherapy, especially when antibiotic therapy precedes PD-1/PD-L1 inhibition. In the realm of emerging immunomodulatory strategies, the third section explores the impact of cryoablation in patients with NSCLC and PD-L1≥50% treated with pembrolizumab. Although the procedure did not translate into a signal of superior efficacy, the proposed phase I/II study confirms the feasibility and safety of cryoablation, a technique allowing the release of circulating tumor antigens without heat-related denaturation. Ultimately, this thesis presents a contemporary overview of survival benefits, predictive biomarkers, and immunomodulatory strategies associated with the use of ICIs in monotherapy in patients with NSCLC, with the hope of optimizing existing therapeutic paradigms.

Les agents anti-infectieux sont utilisés pour traiter ou prévenir les infections chez les humains, les animaux, les insectes et les plantes. L’apparition de traces de ces substances dans les eaux usées, les eaux naturelles et même l’eau potable dans plusieurs pays du monde soulève l’inquiétude de la communauté scientifique surtout à cause de leur activité biologique. Le but de ces travaux de recherche a été d’étudier la présence d’anti-infectieux dans les eaux environnementales contaminées (c.-à-d. eaux usées, eaux naturelles et eau potable) ainsi que de développer de nouvelles méthodes analytiques capables de quantifier et confirmer leur présence dans ces matrices. Une méta-analyse sur l’occurrence des anti-infectieux dans les eaux environnementales contaminées a démontré qu’au moins 68 composés et 10 de leurs produits de transformation ont été quantifiés à ce jour. Les concentrations environnementales varient entre 0.1 ng/L et 1 mg/L, selon le composé, la matrice et la source de contamination. D’après cette étude, les effets nuisibles des anti-infectieux sur le biote aquatique sont possibles et ces substances peuvent aussi avoir un effet indirect sur la santé humaine à cause de sa possible contribution à la dissémination de la résistance aux anti-infecteiux chez les bactéries. Les premiers tests préliminaires de développement d’une méthode de détermination des anti-infectieux dans les eaux usées ont montré les difficultés à surmonter lors de l’extraction sur phase solide (SPE) ainsi que l’importance de la sélectivité du détecteur. On a décrit une nouvelle méthode de quantification des anti-infectieux utilisant la SPE en tandem dans le mode manuel et la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS). Les six anti-infectieux ciblés (sulfaméthoxazole, triméthoprime, ciprofloxacin, levofloxacin, clarithromycin et azithromycin) ont été quantifiés à des concentrations entre 39 et 276 ng/L dans les échantillons d’affluent et d’effluent provenant d’une station d’épuration appliquant un traitement primaire et physico- chimique. Les concentrations retrouvées dans les effluents indiquent que la masse moyenne totale de ces substances, déversées hebdomadairement dans le fleuve St. Laurent, était de ~ 2 kg. En vue de réduire le temps total d’analyse et simplifier les manipulations, on a travaillé sur une nouvelle méthode de SPE couplée-LC-MS/MS. Cette méthode a utilisé une technique de permutation de colonnes pour préconcentrer 1.00 mL d’échantillon dans une colonne de SPE couplée. La performance analytique de la méthode a permis la quantification des six anti-infectieux dans les eaux usées municipales et les limites de détection étaient du même ordre de grandeur (13-60 ng/L) que les méthodes basées sur la SPE manuelle. Ensuite, l’application des colonnes de SPE couplée de chromatographie à débit turbulent pour la préconcentration de six anti-infectieux dans les eaux usées a été explorée pour diminuer les effets de matrice. Les résultats obtenus ont indiqué que ces colonnes sont une solution de réchange intéressante aux colonnes de SPE couplée traditionnelles. Finalement, en vue de permettre l’analyse des anti-infectieux dans les eaux de surface et l’eau potable, une méthode SPE couplée-LC-MS/MS utilisant des injections de grand volume (10 mL) a été développée. Le volume de fuite de plusieurs colonnes de SPE couplée a été estimé et la colonne ayant la meilleure rétention a été choisie. Les limites de détection et de confirmation de la méthode ont été entre 1 à 6 ng/L. L’analyse des échantillons réels a démontré que la concentration des trois anti-infectieux ciblés (sulfaméthoxazole, triméthoprime et clarithromycine) était au dessous de la limite de détection de la méthode. La mesure des masses exactes par spectrométrie de masse à temps d’envol et les spectres des ions produits utilisant une pente d’énergie de collision inverse dans un spectromètre de masse à triple quadripôle ont été explorés comme des méthodes de confirmation possibles. / Anti-infectives are used to treat or prevent infections in humans, animals, insects and plants. The occurrence of traces of these substances in wastewaters, natural waters and even drinking water has caused concern among the scientific community especially because of their biological activiy. The goal of this research was to study the occurrence of anti-infectives in contaminated environmental waters (wastewaters, natural waters, and drinking water) and to develop new analytical methods able to quantitate and confirm their presence in these matrices. A meta-analysis on the occurrence of anti-infectives in contaminated environmental waters demonstrated that at least 68 parent compounds and 10 transformation products have been quantified to date. Environmental concentrations vary between 0.1 ng/L and 1 mg/L depending on the compound, the matrix and the source of contamination. According to this study, detrimental effects of anti-infectives on aquatic biota are possible and these substances could also affect indirectly human health because of their possible contribution to the dissemination of antibiotic resistance in bacteria. Preliminary tests on the development of a method of determination of anti-infectives in wastewaters showed the main difficulties to overcome during solid-phase extraction (SPE) as well as the importance of the detector selectivity. A novel method of determination of anti-infectives was described using off-line tandem SPE and liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). Six target anti-infectives (sulfamethoxazole, trimethoprim, ciprofloxacin, levofloxacin, clarithromycin and azithromycine) were quantitated at concentrations between 39 and 276 ng/L in samples of influent and effluent collected from a primary and physico-chemical wastewater treatement plant. Reported effluent concentrations indicate that the mean mass of these substances discharged daily in the St. Lawrence River was ~ 2 kg. In order to reduce total analysis time and simplify sample preparation, a new on-line SPE-LC-MS/MS was presented. This method used a column-switching technique to preconcentrate 1.00 mL of sample in an on-line SPE column. Method analytical performance allowed the quantitation of six anti-infectives in municipal wastewaters and limits of detection were of the same magnitude (13-60 ng/L) than methods based in offline SPE. Next, the application of turbulent flow chromatography on-line SPE columns for the preconcentration of six anti-infectives in wastewaters was explored. Results showed that these columns are an interesting alternative to traditional on-line SPE columns. Finally, in order to allow analysis of anti-infectives in surface and drinking water, we developed an on-line SPE-LC-MS/MS method using large-volume injections (10 mL). Breakthrough volumes of several on-line SPE columns were estimated and the column having the best retention, Strata-X, was chosen. Method detection and confirmation limits were between 1 and 6 ng/L. Analysis of real samples indicated that the concentration of the three target anti-infectives (sulfamethoxazole, trimethoprim and clarithromycin) was lower that the method detection limits. Accurate mass measurement by time-of-flight mass spectrometry and product ion spectra obtained by a reversed-energy ramp in a triple quadrupole mass spectrometer were explored as alternative confirmation methods.