Les vaccins conjugués furent développés suite à l’inefficacité des vaccins polysaccharidiques chez les nourrissons et les personnes âgées. Les vaccins conjugués sont composés d’un polysaccharide extrait de la capsule bactérienne et d’une protéine porteuse. Celle-ci permet de décupler la réponse immunitaire, permettant aux vaccins d’être efficaces. L’évolution des connaissances en chimie et en analytique permettent aujourd’hui de mieux caractériser ces vaccins et de mieux maîtriser leur production. Cependant, les chimies de conjugaison utilisées pour lier le polysaccharide et la protéine porteuse, ne sont pas toujours définies et cela mène souvent à l’obtention de produits hétérogènes. Les objectifs de cette thèse ont été d’étudier le polysaccharide, les protéines porteuses et de nouvelles voies de conjugaisons pour lier spécifiquement ces deux biomolécules.Différents outils analytiques ont été utilisés afin d’acquérir une meilleure connaissance des deux partenaires de conjugaison. Cela a également permis d’établir une stratégie d’analyse efficace pour caractériser les produits de réaction. La spécificité des réactions de conjugaison a été induite par l’utilisation d’espaceurs bi-fonctionnels, réagissant spécifiquement sur certains acides aminés. Leur réactivité a d’abord été testée sur un modèle peptidique. Cela a permis de faciliter la caractérisation et d’étudier l’efficacité et la spécificité des réactions. Les réactions efficaces ont ensuite été testées différents modèles : de la protéine au vaccin. Sur les quatre réactions testées, une a été efficace sur tous les modèles. Cette chimie de conjugaison est prometteuse pour le développement de nouveaux vaccins / Conjugate vaccines were developed because polysaccharide vaccines were not efficient in infant and old people. These vaccines were composed of the polysaccharide extracted from the bacterial capsule linked to a carrier protein. This protein created an immunological boost which allowed the vaccine to induce a proper protection for everyone. As chemistry knowledge and analytical techniques evolved, vaccines can now be better characterized and the production can be better controlled. Nevertheless, the chemistries used to bind the polysaccharide and the carrier protein are not always well-defined, which leads to the production of heterogeneous products. The objectives of this PhD were to study the polysaccharide, carrier proteins and new conjugation chemistries to specifically bind the two biomolecules. The other challenge was to be able to check the reaction specificity and characterize reaction products.To do so different analytical tools were used to allow a better knowledge of both conjugation partners but also to establish an efficient analytical strategy for glycoconjugate characterization. Conjugation reactions specificity was induced by using different bi-functional linkers, reacting specifically for one type of amino acid. Linkers’ reactivity was first tested on a model peptide. This allowed to facilitate the characterization and to check for both reaction specificity and reaction success. Efficient reactions were then tested on different models from carrier proteins to glycoconjugate vaccines. One of the four tested reactions was efficient from the peptide to the vaccine model. This conjugation is thus promising for the development of new conjugate vaccines

Le domaine TIR (Toll/interleukin (IL)-1 receptor) est une composante essentielle du système immunitaire inné, celui-ci est présent dans les récepteurs TLR (Toll-like receptor) et les protéines adaptatrices associées comme MyD88 et TIRAP. La détection de pathogènes déclenche l'interaction entre les domaines TIR permettant ainsi l'initiation et la propagation de la signalisation par les TLRs. Aussi, de nombreux pathogènes produisent des effecteurs contenant un domaine TIR tels que BtpA et BtpB chez Brucella abortus, TirS chez Staphylococcus aureus ou TcpC chez l'uropathogènique Escherichia coli. Tous ces effecteurs bloquent la signalisation des TLRs et sont capables de perturber les voies de signalisation de l'immunité innée pendant l'infection. Cependant les mécanismes moléculaires impliqués restent la plupart du temps non caractérisés et dans certains cas controversés. Dans le but de mieux comprendre le fonctionnement de ce type d'effecteurs bactériens, j'ai caractérisé chez Pseudomonas aeruginosa PA7 un nouvel effecteur contenant un domaine TIR que nous avons renommé PumA pour Pseudomonas UBAP1 Modulator A. En parallele, j'ai aussi participé à des projets de caractérisation de deux autres effecteurs avec un TIR domain : BtpB et TirS. Ainsi, PumA est un facteur essentiel pour la virulence de P. aeruginosa PA7 et son domaine TIR est essentiel pour interaction avec deux protéines adaptatrice, TIRAP et MyD88. Durant l'infection de cellules épithéliales pulmonaires par P. aeruginosa PA7, PumA est responsable du contrôle de la translocation du facteur de transcription NF-κB dans le noyau. De plus, la production de PumA dans une souche de P. aeruginosa non-TIR confère à cette bactérie de nouvelles propriétés d'immuno-modulation. PumA cible aussi UBAP1, une protéine du complexe de tri endosomal requis pour le transport, ESCRT-I (endosomal sorting complex require for transport I) qui a été récemment montré pour moduler l'activation de récepteur de cytokine. Nos résultats montrent que UBAP1 peut s'associer avec TIRAP et MyD88, provoquant le mouvement de MyD88 à la membrane cytoplasmique, suggérant une nouvelle voie cellulaire commune entre UBAP1 et les TLRs, et révélant UBAP1 comme nouvelle cible pour des effecteurs bactériens dans le cadre du contrôle des réponses immunitaires de l'hôte / In higher eukaryotes, the innate immune system provides the first line of defense against invading pathogens. The Toll/interleukin-1 receptor (TIR) domain is an essential component of the innate immune system. This domain is present in Toll-like receptors (TLRs) and associated adaptor proteins such as MyD88 and TIRAP. Pathogen detection requires interaction between the TIR domains, which initiates and triggers propagation of TLR signaling. However, many pathogens produce a TIR domain-containing protein such as BtpA and BtpB in Brucella abortus, TirS in Staphylococcus aureus or TcpC in the uropathogenic strain Escherichia coli. These effectors block TLR signaling and are able to disrupt innate immune response during infection. However, the molecular mechanisms involved remain mostly uncharacterized and in some cases controversial. The objective of this thesis was to study bacterial effectors containing a TIR domain particularly at the molecular level. For this, we focused on Pseudomonas aeruginosa PA7, an atypical multi-drug resistant strain that contains an effector with a TIR domain that we named PumA, for Pseudomonas UBAP1 Modulator A. In addition, during these four years of thesis work I also participated in the characterization of two other effectors with a TIR domain: BtpB in B. abortus and TirS in S. aureus.We found that PumA is essential for virulence of P. aeruginosa PA7 and its TIR domain is the key element for interaction with two adaptor proteins MyD88 and TIRAP. During infection of lung epithelial cells by P. aeruginosa PA7, PumA is responsible for controlling the translocation of NF-?B into the nucleus indicative of activation of this transcription factor. In addition, production of PumA by a TIR-deficient strain of P. aeruginosa confers to this bacterium a new immuno-modulation property. Furthermore, PumA targets ubiquitin-associated protein 1 (UBAP1), a protein of the endosomal sorting complex required for transport I (ESCRT-I) which has recently been shown to modulate cytokine receptor activation. Our results also show that UBAP1 can associated with TIRAP and MyD88, causing movement of MyD88 to the cytoplasmic membrane and suggesting a new cellular pathway between UBAP1 and TLRs. In summary, our data reveal UBAP1 as a novel target for bacterial effectors implicated in control of host immune responses

La transformation naturelle bactérienne permet aux micro-organismes d'échanger des informations génétiques pour promouvoir leurs réponses adaptatives pour faire face aux changements environnementaux. De l'ADN extracellulaire est incorporé et recombiné au génome de l'hôte. Ce processus augmente la plasticité des bactéries. Chez S. pneumoniae, un pathogène majeur chez l'Homme engendrant des infections pouvant être mortelles, la transformation bactérienne accentue la transmission de gènes de résistance aux antibiotiques. Chez les bactéries à Gram positif, l'opéron comF encode l'expression de deux protéines. L'une est démontrée comme étant essentielle à la transformation, est décrite pour être membranaire. La seconde n'a pas été étudiée. Cependant ces protéines n'ont pas été étudiées d'un point de vue structural ou fonctionnel. Des mutagenèse et le double hybride bactérien ont permis de mettre en évidence que ses protéines sont indispensables pour l'expression de la compétence et interagissent avec de nombreuses protéines du transformasome. De plus, l'expression des deux protéines de manière hétérologue prouve qu'elles sont solubles et forment des oligomères. L'analyse structurale de ComFA, atteste de la conformation atypique de cette helicase trimerique et hexamerique. En outre, l'activité ATPasique simple brin DNA-dépendant de cette protéine est démontrée. Finalement un complexe protéique a été révélé entre ComFA et ComFC dont l'étude microscopique à hautes résolutions prouve l'apparition d'un anneau via l'assemblage de deux hexamères. Ces résultats suggèrent que ComFA est le moteur tirant l'ADN dans la cellule. Quant à ComFC, elle semble aider à la stabilisation de ComFA. / Bacterial natural transformation allows microorganisms to exchange genetic information to promote their adaptive responses to cope with environmental changes. The extracellular DNA is incorporated and recombined with the genome of the host. This phenomenon increases the plasticity of Gram positive and negative bacteria. S. pneumoniae is a major pathogen for humans, which is causing infections that can be deadly. In this specie, bacterial transformation increases the transmission of antibiotic resistance.In Gram-positive bacteria, comF operon encodes the expression of two proteins. One of them, shown to be essential for natural transformation, is expected to be a membrane protein. The second is not described. However, up to now neither protein has been studied from a structural or functional point of view. Mutagenesis technique and double hybrid bacterial assay allowed to show that both proteins are essential for the expression of the competence and interact with many proteins of the transformasome. In addition, heterologous expresion of both proteins have shown their solubility and the formation of oligomers. Structural analysis of ComFA demonstrates the unique conformation of this hexameric and trimeric helicase. Furthermore, the ATPase single stranded DNA-dependent activity of this protein could be detected. Finally, a protein complex is formed between ComFA and ComF, and high-resolution microscopic study proves the occurrence of a ring via a two-hexamers. These results suggest that ComFA is the engine pulling the DNA in the cell. As for ComFC, this protein seems to help stabilizing of ComFA.

Ralstonia solanacearum, une béta-proteobactérie d'origine tellurique, est l'une des phytobactérioses les plus nuisibles au niveau mondial. Cette bactérie est capable d'infecter plus de 250 espèces différentes dont certaines présentent un intérêt économique majeur (tomate, pomme de terre, tabac). R. solanacearum est divisée en 4 phylotypes distincts présentant des origines géographiques différentes : I (asiatique), IIA et IIB (américain), III (africain), IV (indonésien). Parmi ces phylotypes, le phylotype I est en expansion démographique, hautement recombinogène, réparti mondialement et possède une large gamme d'hôtes. Il possède donc un fort potentiel évolutif (sensu McDonald et Linde, 2002). Afin de contrôler cette bactérie, la lutte génétique reste la méthode la plus prometteuse : elle consiste à déployer des cultivars possédant différents sources de résistance (i.e., des gènes de résistance). La variété d'aubergine AG91-25 (E6) possède un gène majeur de résistance (ERs1) lui permettant de contrôler certaines souches de R. solanacearum de phylotype I. Cependant, la gestion de cette résistance requiert d'étudier au préalable sa durabilité afin d'en éviter le contournement. Cette durabilité peut être estimée en étudiant le potentiel évolutif d'un agent pathogène face à cette source de résistance, ainsi qu'en décryptant les mécanismes moléculaires de l'interaction entre l'hôte (gène R) et le pathogène (effecteur de types trois). Afin d'étudier la dynamique évolutive de R. solanacearum sous une pression de sélection exercée par la variété résistante E6, nous avons mis en place un essai d'évolution expérimentale au champ. Cet essai est composé de trois couples de microparcelles d'aubergines résistantes E6 et d'aubergines sensibles E8, implantées deux fois par an, pendant trois ans (soit 5 cycles). Un schéma MLVA (« Multi-Locus VNTR Analysis ») composé de 8 loci minisatellites a été développé afin de caractériser les souches extraites de ces cycles de cultures. Ces VNTR sont spécifiques aux souches de R. solanacearum de phylotype I, hautement polymorphes et discriminants à toutes les échelles : mondiale, régionale et locale. Nos résultats démontrent une absence de contournement de la résistance d'E6 par les populations parcellaires de R. solanacearum, confirmant le caractère durable de cette résistance. Cette variété aurait fortement réduit les populations bactériennes du sol, ne leur permettant plus d'infecter l'hôte résistant. Parallèlement, 100% des plants d'E8 sont morts à partir du cycle 2. La maladie au sein des microparcelles semble progresser selon une dynamique de « plante-à-plante ». Une baisse de la diversité génétique a aussi été observée au cours des cycles de culture répétés d'E8, associée à l'augmentation en fréquence de deux haplotypes. Cependant, aucune structuration génétique claire n'a été observée à l'échelle de la parcelle entière ou de la microparcelle. En revanche, les données d'isolement par la distance semblent indiquer qu'une structure spatiale semble être en cours d'établissement. L'ensemble de nos résultats suggère une structure épidémique clonale de nos populations parcellaires. Nous nous sommes aussi intéressés à l'implication de 10 ET3 dans l'interaction R. solanacearum vs aubergine résistante (E6). La distribution des 10 ET3 candidats est variable au sein d'une collection de souches phylogénétiquement diverses (91 souches) : ripAJ et ripE1 sont les ET3 les plus partagés alors que ripP1 et ripP2 sont les moins fréquemment. Certains ET3 présentent peu (ripAJ) voire pas (ripE1 et ripP2) de polymorphisme de taille, alors que d'autres (ripAU) sont extrêmement polymorphes. Cependant la composition en effecteurs d'une souche ne semble pas être corrélée à un phénotype sur aubergine E6. Nous avons identifié le gène d'effecteur ripAX2 comme ayant une fonction d'avirulence sur aubergine résistante E6. Sa reconnaissance par E6 semble s'opérer au niveau de la zone hypocotylaire. / Ralstonia Solanacearum is a soilborn beta-proteobacterium responsible of bacterial wilt on Solanaceaous crops. This bacterium is considered as one of the most harmful plant disease worldwide. This bacterium possesses the ability to infect more than 250 different species, including crops with major economic importance (tomato, potato, tobacco, eucalyptus…). R. solanacearum is divided into four phylotypes originated from different areas: I (Asian), IIA and IIB (American), III (African), IV (Indonesian). Among these phylotype, phylotype I is currently in demographic expansion, is highly recombinogenic and has a wide hosts range. Thus, altogether, these characteristics demonstrated that this phylotype has a high evolutionary potential (sensu McDonald and Linde, 2002). In order to control this bacterium, genetic plant resistance seems to be the most promising method. This method consists in using cultivars with different source of resistance such as resistance genes and/or resistant QTLs. The AG91-25 (E6), an eggplant cultivar possessing a major resistance gene (ERs1), is capable to control some of phylotype I strains of R. solanacearum. However, in order to optimize the management of this resistance and to avoid its fast breakdown, we need to deeply investigate the durability of this resistant gene. Durability can be estimated by studying the evolutionary potential of our pathogen faced to E6 source of resistance and by understanding the molecular mechanisms underlying the interaction between the host (R gene) and its pathogene (Type III Effector – T3E). In order to study R. solanacearum evolutionary dynamics under selective pressure from E6 resistant cultivar, we set up an experimental evolution trial in the field. This trial consisted of three couples of resistant (E6) and susceptible eggplants (E8) microplots, implanted twice a year during three years, hence consisting of 5 cycles. A Multi-Locus VNTR Analysis (MLVA) scheme, consisting of 8 minisatellite loci, was developed in order to characterize the strains extracted from these crop cycles. These VNTRs were specific to R. solanacearum phylotype I strains, they were highly polymorphic and discriminatory at different scale: globally, regionally and locally.Our results showed no breakdown of E6 resistance by R. solanacearum populations, which confirms that this resistance is durable. It seemed that this cultivar reduced the soil bacterial population, preventing bacterial population to infest the resistant host. At the same time, 100% of the E8 plants have died, starting at cycle 2. Bacterial wilt seemed to spread with a “plant-to-plant” dynamics within each microplot. Genetic diversity reduction was also observed during the successive cycle of susceptible eggplant, associated with the increase of frequency of two main haplotypes. However, we failed to identify a clear genetic structuration, neither at the plot scale nor at the microplot scale. Nevertheless, isolation-by-distance data seemed to show that a spatial structure is currently establishing. Altogether, our results suggested that our plot populations appeared to have a clonal epidemic structure.We also looked into 10 T3Es' involvement in the interaction between R. solanacearum and the resistant eggplant (E6). Their distribution was completely different within a collection of phylogenetically diverse strains (91 strains): ripAJ and ripE1 are the most shared T3Es whereas ripP1 and ripP2 were the less common T3E whithin our collection of strains. Some T3Es showed few (ripAJ) or no length polymorphism at all (ripE1 and ripP2) whereas some other (ripAU) are extremely polymorphic. Nevertheless, the T3E effector repertoire did not seemed to be correlated to a specific phenotype on E6 eggplant. Its recognition by E6 seemed to occur in the hypocotyle region rather than in the mesophyll, highlighting a possible organ-specificity of the interaction between ERs1 and ripAX2.

Les microorganismes agissent comme un puits et une source de N et Pdisponibles car ils sont responsables des cycles biogéochimiques de N et P. La bouclemicrobienne, basée sur la prédation des bactéries par les microprédateurs tels que lesnématodes bactérivores, est considérée comme un facteur majeur de la minéralisation de Net de P dans les écosystèmes terrestres. Cependant, peu de données sont disponibles surl'impact de la prédation par les nématodes sur la nutrition minérale des plantes ligneusesectomycorhizées. Différentes expérimentations ont été conduites pour quantifier le rôle dela prédation des bactéries par les nématodes sur l'architecture et la croissance racinaire, lanutrition minérale (N et P) d'une espèce ligneuse, Pinus pinaster, associée ou non avec lebasidiomycète ectomycorhizien Hebeloma cylindrosporum. Les plantes ont été cultivéesdans un système expérimental simplifié et stérile, et inoculées ou non avec Bacillus subtiliset des nématodes bactérivores (de la famille des Rhabditidae ou des Cephalobidae) isolés àpartir d'ectomycorhizes et de sol provenant d'une plantation de Pin maritime. L'effet de laprédation sur la croissance des plantes et le devenir du 15N bactérien vers les partiesaériennes dépend très fortement de la disponibilité en P du milieu. De plus, la prédationdes bactéries est indispensable pour permettre à la plante d'utiliser le P du phytate, unesource de P organique très peu disponible pour la plante mais très facilement utilisable parB. subtilis car cette bactérie est capable de libérer de la phytase dans le milieu. Cesrésultats ouvrent de nouvelles perspectives pour améliorer l'utilisation du phytate pour lanutrition phosphatée des plantes. / Soil microorganisms act as a sink and a source of available N and P bymediating key processes in the biogeochemical N and P cycling. The microbial loop, basedupon the grazing of bacteria by predators such as bacterial-feeding nematodes, is thoughtto play a major role in the mineralization of nutrients such as nitrogen (N) and phosphorus(P) in terrestrial ecosystems. However, little is known about the impact of grazing bynematodes on mineral nutrition of ectomycorrhizal woody plants. Different studies wereundertaken to quantify the role of nematode grazing on bacteria on the root growth andarchitecture, mineral nutrition (N and P) of a woody species, Pinus pinaster, whether ornot associated with the ectomycorrhizal basidiomycete Hebeloma cylindrosporum. Plantswere grown in a sterile simplified experimental system, whether inoculated or not withBacillus subtilis and bacterial-feeding nematodes (belonging to Rhabditidae orCephalobidae families) that were isolated from ectomycorrhizae and from soil of a P.pinaster plantation. The effect of nematode grazing on plant growth and the fate ofbacterial 15N towards plant shoots was strongly dependent upon medium P availability. Inaddition, nematode grazing was required to enable the plant to access P from phytate, awell-known poorly available P source to plants but that was used by bacterial populationsof B. subtilis due to its ability to release phytase in the medium. These results open analternative route to increase the use of phytate for plant P nutrition.

Dans un contexte d'usage raisonné des antibiotiques lié au développement des résistances bactériennes, il est pertinent de chercher à optimiser les profils d'exposition plasmatique qui conduiraient à la meilleure efficacité de l'antibiotique sur les bactéries pathogènes. La charge bactérienne n'est pas stationnaire tout au long du développement d'une infection, mais elle augmente spontanément ou diminue avec un traitement antibactérien efficace. L'objectif de cette thèse était d'évaluer l'influence de la variation de la charge bactérienne sur l'efficacité des antibiotiques et du système immunitaire.Au cours d'un premier travail, nous avons montré que dans les conditions de réalisation de tests de sensibilité in vitro (détermination de CMI), une dégradation de certains antibiotiques se produisait, d'amplitude variable selon les molécules testées. Cette dégradation peut être responsable d'une augmentation des valeurs de CMI et de CMB. Les variations observées étaient cependant inférieures à une dilution au demi dans une gamme de concentrations. Cette dégradation ne devrait pas avoir d'impact significatif sur les résultats des tests de sensibilité aux antibiotiques concernés, excepté dans des cas particuliers comme des pathogènes à croissance très lente. Dans un deuxième travail, nous avons étudié in vitro chez E. coli et S. aureus l'effet de la taille de l'inoculum bactérien sur l'activité bactéricide de 2 céphalosporines, la céphalexine et le cefprozil. Nous avons observé une diminution de l'activité bactéricide des 2 céphalosporines avec l'augmentation de la taille de l'inoculum chez E. coli et S. aureus. Nous avons également montré une efficacité et une puissance moins importante des 2 céphalosporines sur S. aureus par rapport à E coli.Dans un troisième temps, nous avons développé un système incluant les trois composantes suivantes : une bactérie - S. aureus -, des cellules du système immunitaire - des macrophages murins issus de la moelle osseuse - et un antibiotique -la céphalexine-. Dans ce système, nous avons fait varier la taille de l'inoculum bactérien de départ ainsi les concentrations en antibiotique. Une augmentation de la phagocytose bactérienne et de la mortalité des macrophages ont été observées avec l'augmentation de la charge bactérienne. L'activité bactéricide des macrophages était saturable et en présence d'une charge bactérienne trop importante, une partie des macrophages sont devenus un réservoir de S. aureus phagocytés. En présence de la céphalexine, qui a une distribution exclusivement extracellulaire, les quantités de bactéries extracellulaires, " candidates " à la phagocytose, ont diminué. Ainsi, en présence de céphalexine et pour les charges bactériennes initiales les plus faibles, les capacités de survie et de bactéricidie des macrophages ont été préservées. Cette action n'a cependant plus été visible en présence de gros inocula bactériens pour lesquels l'action limitée de la céphalexine n'a pas permis de prévenir la saturation des macrophages et ses conséquences. Le modèle à trois composantes que nous avons développé constitue une première étape dans le développement de modèles in vitro qui associent des éléments de l'immunité innée aux modèles pharmacologiques classiques bactéries/antibiotiques, avec l'objectif d'optimiser l'évaluation préclinique de molécules antibactériennes. / As one of the current pre-eminent public health concerns is to reasonably use antibiotics in order to limit antibacterial resistance development, it appears relevant to determine the plasmatic exposition profile that would lead to the best efficiency of the antibiotic on pathogenic bacteria. The bacterial load is not stationary during an infection but it increases or decreases with an effective antibiotic treatment. The aim of this thesis was to evaluate the influence of variation of the bacterial load on antibiotic and immune system activity.First, we showed that during antibacterial sensibility tests, such as standard MIC determination, some antibiotics underwent abiotic degradation during incubation, with a magnitude depending on the drug tested. This degradation can increase MIC and MBC values. However, the observed discrepancy (less than one twofold dilution) suggests that this would only be clinically significant in special cases such as slow-growing bacteria.Then, we studied, with E. coli and S. aureus, the in vitro effect of the bacterial inoculum size on bactericidal activity of 2 cephalosporins, cephalexin and cefprozil. We observed a decrease of bactericidal activity of both cephalosporins with an increase of the initial inocula of E. coli and S. aureus. A decreased efficacy and potency of the 2 cephalosporins against S. aureus compared to E. coli was also found. Finally, we developed an in vitro 3-components model including a bacterium -S. aureus-, cells of the immune system -murine bone-marrow-derived macrophages- and an antibiotic -cephalexin-. Within this system, we tested several initial bacterial inoculum sizes and different antibiotic concentrations. Increased bacterial phagocytosis and macrophage mortality were observed with increasing bacterial inocula. Bactericidal activity of macrophages was saturable and faced to a large bacterial inoculum, some macrophages became a reservoir for living S. aureus. With cephalexin, which is an extracellular antibiotic, extracellular bacteria diminished over time implying a diminution of the bacteria to be phagocytosed by macrophages. Thus, macrophages bactericidal and survival abilities were preserved with cephalexin and small bacterial inocula. This effect of the antibiotic was no longer visible with highest bacterial inocula for which limited action of cephalexin did not allow to prevent macrophages bursting. The tripartite model we developed is a first step toward innovative in vitro models combining elements of innate immunity with classical bacteria/antibiotics pharmacological models, with the objective of optimising preclinical evaluation of antibacterial drugs.

Le système de sécrétion de type II (SST2) permet la sécrétion de protéines repliées à travers la membrane externe chez les bactéries à Gram-négatif. Le SST2 est une nano-machine enchâssée dans l’enveloppe bactérienne, proche par sa composition et structure aux systèmes d’assemblage des pili de type IV (PT4) impliqués, entre autres, dans d’adhésion et motilité. Chez Klebsiella oxytoca, la surexpression des gènes pul codant le SST2 permet l’assemblage de pili composées des sous-unités PulG. Ceci suggère qu’en conditions physiologiques l’assemblage d’un pseudopilus périplasmique permet la sécrétion du substrat spécifique du SST2, la pullulanase. Dans ce projet nous avons exploré le mécanisme moléculaire de l’assemblage du pseudopilus en se focalisant sur les interactions de PulG avec les composants du SST2 dans la membrane interne. En utilisant l’approche de double-hybride bactérien, nous avons établi le réseau d’interactions de PulG avec les pseudopilins mineures PulH, I, J et K et avec la plateforme d’assemblage (PA). Pour valider ces interactions, nous avons combiné des techniques de biochimie (co-purification par affinité, pontage cystéine et chimique) avec des analyses fonctionnelles de sécrétion et de formation du pseudopilus. Nous avons mis en évidence des interactions entre PulG et les protéines de la PA, PulF et PulM, et nous avons analysé en détail l’interface PulG-PulM. Les résultats suggèrent la formation d’un complexe PulK-I-J-H-G dans la membrane interne impliqué dans des étapes précoces de la formation du pseudopilus, à travers les interactions de PulG et PulH avec PulM et PulF. Nos données expérimentales suggèrent un rôle majeur de PulM dans la sécrétion, vraisemblablement durant l’assemblage du SST2 et l’élongation du pseudopilus. Nos travaux collaboratifs mettant en jeu l'analyse par spectroscopie de masse et en dynamique moléculaire in silico révèlent le rôle essentiel des résidus conservés Glu5 et Thr2 de PulG, requis pour l’interaction avec PulM. Ces données suggèrent que Glu5 participe à l'extraction de PulG de la membrane, en neutralisant la charge positive de son peptide N-terminal par des interactions intramoleculaires. Ces résultats permettent d'établir un modèle détaillant les étapes initiales de l’assemblage des pseudopili dans la membrane interne, relevant pour de futures études sur le SST2 et nanomachines homologues. sécrétion de protéinespili de type 4 assemblage de fibres complexes protéiques membranairesinteractions protéine-protéinemicroscopie à immuno-fluorescence simulations en dynamique moléculairedouble-hybride bactérien spectrométrie de masse nanomachines bacteriennes / The type II secretion system (T2SS) drives the translocation of folded, periplasmic proteins across the outer membrane in Gram-negative bacteria. Secretion is carried out by an envelope-spanning nanomachine that is similar to the apparatus that builds type IV pili (T4P), bacterial surface filaments involved in adhesion, motility and other functions. In the Pul T2SS of Klebsiella oxytoca, overexpression of pul genes in plate-grown bacteria allows the assembly of T4P-like surface fibres made of PulG subunits, suggesting that a periplasmic pseudopilus fibre plays a role in the secretion of the type II substrate pullulanase under physiological conditions. In this project, we explored the molecular mechanism of pseudopilus assembly by focusing on the interaction between PulG and the T2SS inner membrane and pseudopili components. The network of interactions of PulG with the minor pseudopilins PulH, I, J and K and the assembly platform (AP) components was established using bacterial two-hybrid analysis. To validate these interactions, we combined biochemical approaches (affinity co-purification, chemical or cysteine cross-linking) with functional assays of secretion and pseudopilus formation. We provide evidence of the interaction between PulG and the AP proteins PulF and PulM, and delve into the PulG-PulM interface. Our results point to the formation of a PulK-I-J-H-G complex in the plasma membrane involved in early steps of fibre assembly, with a determinant role for PulG and PulH interaction with PulM and PulF. We obtained experimental evidence supporting a major role for PulM in pseudopilus assembly and protein secretion, probably by intervening in the assembly of the T2SS apparatus and in pseudopilus elongation. The results of experimental and in silico studies in collaboration with experts in mass spectrometry and molecular dynamics support the essential role of the highly conserved PulG residues Glu5 and Thr2, which participate in PulM binding. In addition, Glu5 probably favours PulG membrane extraction by neutralising its N-terminal positive charge through intra-molecular interaction. These findings shed new light on early membrane events during fibre assembly, and open new and exciting avenues in research on T2SSs and related nanomachines.protein secretiontype 4 pilifibre assemblymembrane protein complexprotein-protein interactionsimmunofluorescence microscopymolecular dynamics simulationsbacterial two-hybrid assaymass spectrometrybacterial nanomachines

Un des enjeux majeurs dans la gestion de la plaie de pied diabétique est l’obtention d’informations permettant d’anticiper l’évolution de ces infections. Actuellement, il n’existe pas d’outils suffisamment efficaces qui permettent de distinguer une plaie colonisée d’une plaie infectée. L’approche proposée est basée sur discrimination de plusieurs bactéries fréquemment retrouvées dans les plaies chroniques de pied diabétique à partir de leur profil métabolique, et plus particulièrement des métabolites volatils qu’elles produisent. En effet, le dynamisme du métabolisme bactérien serait à même de mettre en évidence les changements qui s’opèrent dans la plaie. Dans un premier temps, une nouvelle méthodologie de concentration des métabolites volatils par Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) a été développée. Elle est basée sur l’utilisation de barreaux qui sont placés à la fois dans le milieu de culture et en espace de tête, suivie d’une analyse par GC-MS. La méthode a ensuite été comparée avec une autre méthode de concentration utilisant des fibres (la SPME) et a montré une meilleure capacité de concentration, permettant ainsi une détection plus sensible. Cette méthodologie a ensuite été utilisée pour suivre la production métabolique de six souches bactériennes cultivées dans des conditions mimant la plaie chronique. Grâce à leur profil métabolique, il a été possible de distinguer des espèces bactériennes. De plus, de manière plus surprenante, il a été possible de distinguer deux souches de Staphylococcus aureus présentant des profils de virulence différents. Enfin, une étude en co-culture a mis en évidence que 83% des métabolites produit en culture simple étaient retrouvés, prouvant l’intérêt de la méthodologie pour distinguer des souches bactériennes d’une même espèce au sein d’une plaie. / One of the major challenges in the management of diabetic foot wounds is to obtain information to anticipate the evolution of these infections. Currently, there are no sufficiently effective tools to distinguish a colonized wound to an infected wound. The proposed approach is based on the discrimination of several bacteria frequently found in chronic diabetic foot wounds from their metabolic profile, and more specifically the volatile metabolites they produce. Indeed, the dynamism of bacterial metabolism would be able to highlight the changes that are occurring in the wound. First, a new methodology for the concentration of volatile metabolites by Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) was developed. It is based on the use of stir bars that are placed both in the culture medium and in headspace, followed by GC-MS analysis. The method was then compared with another concentration method using the fibres (SPME) and we highlighted a better concentration capacity with a more sensitive detection. This methodology was then used to monitor the metabolic production of six bacterial strains grown under conditions mimicking the chronic wound. Their metabolic profile allowed us to distinguish bacterial species. Moreover, more surprisingly, it was possible to distinguish two strains of Staphylococcus aureus with different virulence profiles. Finally, a co-culture was performed and we showed that 83% of the metabolites produced in simple culture were found, proving the interest of the methodology to distinguish bacterial strains of the same species within a wound.

Dans cette thèse, les applications des plasmas à basse température à la pression atmosphérique sont discutées. En particulier, la bio-décontamination des bactéries planctoniques et biofilms bactériens sur des surfaces planes et complexe sont réalisées par des décharges corona de l'air et de plasma d'argon. Dans ce travail, nous caractérisons trois sources de plasma qui sont utilisées pour la décontamination d'Escherichia coli. CC corona décharges dans l'air - corona streamer positive et négative des impulsions Trichel ont été utilisés pour la décontamination des bactéries planctoniques et biofilms bactériens. Dans certaines expériences de l'eau a été électro-pulvérisée sur des échantillons de haute tension électrode. Bio-décontamination des biofilms bactériens a été réalisée sur des lames en verre, pendant 15 min le traitement de plasma a été rendu majorités des bactéries incultivables. Selon la microscopie confocale à balayage laser de biofilms colorées par kit de la viabilité, une partie de ces bactéries incultivables restait viables, seulement les couches les plus supérieures du biofilm ont été tuées. La deuxième source de plasma est corona décharge pulsée propagé à l'intérieur du tube de quartz longue et étroite où l'argon sec ou l'argon avec de la vapeur d'eau coulait à la pression atmosphérique. Ce type de décharge et a une application potentielle dans la décontamination des surfaces intérieures des cathéters ou d'autres dispositifs longs et tubulaires ou pourrait fournir un plasma à basse température sur des distances longues à l'intérieur du corps humain. Tout d'abord, cette source de plasma à basse température a été caractérisée par ses paramètres électriques, et ensuite, une spectroscopie d'émission optique identifiés l'émission de plasma UV-B de radical hydroxyle excité en particulier avec l'argon humide. L'effet de cette UV-B a été testé sur des bactéries planctoniques et a été découvert pour causer jusqu'à un dommage substantiel encore plus loin en aval du tube. La source de plasma d'argon dernière doit aller qui utilise l'argon saturé sec, humide ou de l'eau en tant que gaz de travail. Cette décharge a été principalement utilisée pour la décontamination biofilm, et nous avons reçu des résultats similaires comme décharges corona CC. / In this PhD thesis, applications of lowtemperature plasmas at atmospheric pressure are discussed. In particular, bio-decontamination of planktonic bacteria and bacterial biofilms on flat and complex surfaces by air corona discharges and argon plasma. In this work, we characterize three plasma sources which are used for decontamination of Escherichia coli. DC corona discharges in air - positive streamer corona and negative Trichel pulses were used for decontamination of planktonic bacteria and bacterial biofilms. In some experiments water was electrosprayed onto samples from high voltage electrode. Bio-decontamination of bacterial biofilms was carried out on glass cover slides, within 15 min plasma treatment most of the bacteria were rendered uncultivable. Part from these uncultivable bacteria remained viable only top layers of the biofilm were killed, according to confocal laser scanning microscopy of biofilms stained by live/dead viability kit. The secondplasma source was pulsed corona discharge propagated inside the long narrow quartz tube in which dry argon or argon with water vapor was flowing at atmospheric pressure. This type of discharge has a potential application in decontamination of inner surfaces of catheters or other long tubular devices or could able to deliver low-temperature plasma on longer distances inside the human body. Firstly, this low-temperature plasma source was characterized by its electrical parameters, then, an optical emission spectroscopy of plasma identified UV B emission form excited hydroxyl radical especially with humid argon working gas. The effect of this UV B was tested on planktonic bacteria and was found out to cause up to a substantial damage even further downstream the tube. The last plasma source has argon jet which used dry, humid or water saturated argon as a working gas. This discharge was predominantly used for biofilm decontamination, where we received similar results as with DC corona discharges.

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