Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / La prévalence du diabète de type 2 (DT2) a pris des proportions épidémiques au cours des dernières décennies. La découverte des impacts métaboliques de la composition du microbiote intestinal a modifié notre perception des causes pathogéniques de cette maladie. Il est largement accepté qu'un changement drastique du microbiote chez les personnes obèses et atteintes de DT2 est associé à une inflammation de bas grade, une intolérance au glucose et une résistance à l'insuline. L'étude privilégiée du microbiote du côlon a laissé de côté d'autres segments intestinaux tels que l'intestin grêle qui présente également un intérêt en raison de son rôle important dans l'absorption de nutriments tels que le glucose. Ce mémoire vise à 1) identifier des bactéries à partir de biopsies duodénales de patients avec ou sans DT2 2) étudier in vitro l'activité pro ou anti-inflammatoire des bactéries tuées par la chaleur et de leur surnageant de culture à l'aide du modèle de macrophage murin J774.2. La biodiversité de nos découvertes se résume à 38 espèces de bactéries différentes et une espèce de champignon appartenant à quatre phylums principaux : Firmicutes, Proteobacteria, Actinobacteria et Ascomycota. Les effets pro et anti-inflammatoires de ces extraits bactériens ont été évalués en mesurant la production de monoxyde d'azote (NO) en absence et en présence de LPS d'Escherichia coli sérotype O55:B5 dans un modèle in vitro. Parmi les 21 espèces de bactéries testées, la plupart d'entre elles ont induit une inflammation, tandis que leurs surnageants ont induit diverses réponses. Certains ont induit l'inflammation, d'autres étaient neutres et seul le surnageant de Bacillus thuringiensis a eu un effet anti-inflammatoire. À terme, il sera possible de valider l'effet des souches in vivo chez le ver C. elegans, le poisson zèbre et la souris permettant d'étudier leur impact sur la perméabilité intestinale et le métabolisme du glucose. / The prevalence of type 2 diabetes (T2D) has taken on epidemic proportions in recent decades. The discovery of the metabolic impacts of the composition of the intestinal microbiota has changed our perception of the pathogenetic causes of this disease. It is now well accepted that a drastic change in the microbiota in people with obesity and T2D is associated to low-grade inflammation, glucose intolerance and insulin resistance. The focus on the colonic microbiota has left out other intestinal segments such as the small intestine which is also of interest due to its important role in the absorption of nutrients such as glucose. This thesis aims to 1) identify bacteria from duodenal biopsies of patients with or without T2D 2) study in vitro the pro or anti-inflammatory activity of heat-killed bacteria and their culture supernatant using the J774.2 murine macrophage model. The biodiversity of our discoveries comes down to 38 different species of bacteria and one species of fungi belonging to four main phyla: Firmicutes, Proteobacteria, Actinobacteria and Ascomycota. The pro and anti-inflammatory effects of these bacterial extracts were evaluated by measuring the production of nitric oxide (NO) in the absence and in the presence of LPS from Escherichia coli serotype O55:B5 in an in vitro model. Among the 21 species of bacteria tested, most of them induced inflammation, while their supernatants induced various responses. Some induced inflammation, others were neutral, and only Bacillus thuringiensis supernatant had an anti-inflammatory effect. Eventually, it will be possible to validate effects of these strains in vivo in the worm C. elegans, zebrafish and mice making it possible to study their impact on intestinal permeability and glucose metabolism.

La thérapie photo-dynamique (PDT) est une thérapeutique applicable à de nombreuses spécialités. Elle consiste en l'administration d'un photosensibilisateur qui se concentre dans un délai variable dans la lésion à traiter puis l'éclairage de la lésion (par une lumière de longueur d'onde déterminée par le spectre d'absorption du photosensibilisateur) qui conduit finalement à la destruction de la lésion [1]. Le but de mon projet d'étude est de faire l'étude et control des propriétés des membranes. nous allons utiliser des bactéries comme des membranes artificielles. Nous allons utiliser les molécules azobenzenique dans des milieux réels où il y'a des bactéries ou d'autres cellules vivantes. Des bactéries ont des impacts sur la santé humaine. plusieurs bactéries ont besoin de se déplacer vers des sites spécifiques. Le moyen de locomotion le plus commun est le moteur flagellaire. Les bactéries flagellaires ont un moteur rotatif ancré dans leur membrane qui transmet sa rotation à un long filament en forme d'hélice se trouvant à l'extérieur de la bactérie via un joint universel se nommant le crochet. De plus, les moteurs flagellaires jouent un rôle très important durant les infections bactériennes. En effet, les bactéries se déplacent souvent dans des milieux anisotropes, où les propriétés physiques dépendent de la direction. La motilité des bactéries (vitesse de nage) est définie par l'électro-conductivité de sa membrane. Si nous ajoutons des azobenzènes et si les azobenzène s'incorpore à la membrane (attachement à la surface ou pénétration dans la membrane) alors nous pouvons essayer de perturber les membranes avec la lumière en excitant les azobenzènes. Cela devrait nous permettre de de développer des nouvelles techniques de la photo-thérapie pour contrôler la motilité des bactéries ou d'autres cellules vivantes / Photodynamic therapy (PDT) is a therapy applicable to many medico-surgical specialties. It consists of the administration of a photosensitizer which concentrates with in a variable time in the lesion to be treated then the illumination of the lesion (by a light of wavelength determined by the absorption spectrum of the photosensitizer) which leads finally to thedestruction of the lesion [1]. The goal of my study project is to study and control the properties of membranes. we are going to use bacteria as artificial membranes. We will use azobenzene molecules in real environments where there are bacteria or otherliving cells. Bacteria have impacts on human health. several bacteria need to move tospecific sites. The most common means of locomotion is the flagellar motor. flagellar bacteria have a rotary motor anchored in their membrane which transmits its rotation to a long filament in the form of a helix lying outside the bacterium via a universal joint called the hook. In addition, flagellar motors play a very important role during bacterial infections. Indeed, bacteria often move in an isotropic media, where the physical properties depend on the direction. the motility of bacteria (swimming speed) is defined by the electro-conductivity of its membrane. If we add azobenzenes and if the azobenzenes become incorporated into the membrane (attachment to the surface or penetration into the membrane) then we can try to perturb the membranes with light by exciting the azobenzenes. This should allow us to develop new phototherapy techniques to control the motility of bacteria or other living cells

La résistance développée par les bactéries aux antibiotiques est un problème d'échelle mondiale qui a récemment attiré beaucoup d'intérêt. En effet, particulièrement chez les bactéries à Gram-négatif, on constate une depletion rapide de la quantité d'antibiotiques efficaces. De nos jours, les programmes de recherche de nouveaux antibiotiques commencent souvent par le criblage de cibles cellulaires. Les enzymes Mur, impliquées dans la biosynthèse de la paroi, sont uniques aux cellules bactériennes et nécessaires à leur survie. Le présent mémoire décrit l'utilisation des méthodes de bio-informatique structurale pour mettre en lumière un possible mécanisme d'action pour deux inhibiteurs des Mur ligases précédemment découverts : MurDpl etMurFpl. De plus, les recherches ici présentées ont permis de découvrir une grande similarité entre MurDpl et une famille de peptides antimicrobiens naturels, les tigerinines. Leur capacité à pénétrer les cellules bactériennes et la difficulté pour les bactéries de développer une résistance aux peptides antimicrobiens en général en font des composés de départ prometteurs. Nous suggérons que MurD pourrait être une cible intracellulaire des tigerinines et proposons un mécanisme d'action. De plus, par des moyens informatiques, nous évaluons les possibilités de raffiner MurDpl, MurFpl et les tigerinines de façon à augmenter leur activité.

Le phénomène de multirésistance aux antibiotiques chez les bactéries à Gram positif causant des infections sévères du sang est un problème mondial grandissant. La détection du niveau de sensibilité aux antibiotiques avec des tests phénotypiques requière un minimum de 48 h avant l'obtention des résultats. Il est donc nécessaire de développer des tests de diagnostic rapides, sensibles, spécifiques et ubiquitaires pour améliorer le traitement des septicémies. Ce mémoire de maîtrise présente le développement d'un test de diagnostic moléculaire permettant la détection rapide des gènes de résistance aux antibiotiques cliniquement importants associés aux bactéries à Gram positif causant des septicémies. Ce test comprend 4 essais PCR multiplex combinés à une hybridation microfluidique sur puces à ADN intégrées à un disque compact. Les corrélations obtenues entre les résultats génotypiques et phénotypiques étaient de 98% pour les P-lactamines et de 100% pour la vancomycine, la clindamycine et la gentamicine. Cette approche moléculaire pourrait éventuellement être utilisée pour le diagnostic clinique afin de guider l'antibiothérapie des patients atteints d'une septicémie.

Titre de l'écran-titre (visionné le 31 octobre 2023) / Selon divers organismes de santé publique, la résistance aux antibiotiques représente un enjeu majeur de santé du XXIème siècle. Pour lutter contre ce phénomène, plusieurs acteurs mettent en place des procédures relatives à une utilisation stricte et adéquate des antibiotiques, que ce soit dans un cadre clinique ou dans la vie quotidienne. De plus, les méthodes diagnostiques actuelles des infections bactériennes présentent des limites de temps d'analyse, de spécificité et de coût pouvant entraîner des conséquences dans la mise en place d'un traitement efficace. Une autre solution pour lutter contre l'antibiorésistance consiste à développer des méthodes rapides et efficaces permettant le diagnostic des infections bactériennes. C'est dans cette optique que le laboratoire du Pr. Droit a mis en place en 2019 une stratégie combinant la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse (acquisitions à haute résolution) avec des algorithmes d'intelligence artificielle permettant l'identification de bactéries dans 10 millilitres d'urine dans le cas des infections urinaires. Le premier objectif de cette maîtrise était de transférer cette stratégie sur un instrument en spectrométrie de masse permettant des acquisitions à basse résolution pour son utilisation en routine dans les hôpitaux. Pour cela, nous avons simplifier le protocole de préparations d'échantillons en diminuant le volume d'urine utilisé (10mL à 1mL) dans le cas de l'identification de bactéries dans l'urine. Le deuxième objectif a consisté à adapter cette stratégie pour l'identification de bactérie dans le lait dans le cas de la mammite bovine. Ces travaux ont permis la mise en place d'une méthodologie expérimentale rapide (<5h) permettant : i) l'élimination de la matière grasse et des caséines dans le lait cru pouvant altérer le signal en spectrométrie de masse, ii) l'identification d'un grand nombre de peptides bactériens (500-1000) dans un temps d'analyse court (14 min) dans le lait permettant l'extraction d'une signature peptidique spécifique

Avec l'augmentation des menaces asymétriques partout sur la planète depuis le début des années 1990s impliquant des armes produisant de forts dommages par rapport à leurs coûts, plusieurs types d'armes biologiques sont devenus une menace d'importance croissante dans le théâtre militaire ainsi que dans le monde civil. Les armes biologiques peuvent êtres facilement dissimulées sur une personne. Elles sont difficilement détectables et leurs déploiements peuvent causer des dommages psychologiques incommensurables sur les populations affectées, assmant un ravage souvent loin au delà de leur emplacement physique. Pour essayer de diminuer l'efficacité de ces armes, des méthodes pour détecter et distinguer en retrait les agents biologiques parmi les autres aérosols naturels présents dans l'atmosphère sont actuellement en développement. Recherche et Développement pour la Défense Canada (RDDC) et le gouvernement du Canada explorent actuellement les LIDARs comme la technologie principale visant la détection à distance d'organismes biologiques. Toutes informations pouvant êtres récoltées à propos des armes biologiques en utilisant cette technologie sont utiles à l'avancement de la cause de la biodétection à distance. Ce rapport présente les résultats d'un projet ayant pom but de décrire les effets de l'âge des bactéries sur leurs propriétés spectrales de fluorescence en utilisant la technologie LIDAR. Les expériences ont été exécutées dans une chambre hermétique LIDAR de laboratoire sur des simulants d'agents biologiques connues, trois desquelles (2 souches de Bacillus subtilis var. niger identifiées comme BGnew et BGold et une souche de Bacillus thuringiensis identifié comme BT) étant des simulants de la bactérie Bacillus anthracis (l'anthrax), sans doute l'agent biologique le plus probable à être utilisé, et l'autre (Erwinia herbicola identifié comme EH) étant un simulant de Yersinia pestis (la peste). Les bactéries étaient mélangées avec leur milieu de culture, soit le ± Tryptic soy broth ¿ (TSB). Bien que plus de tests soient nécessaires afin de pouvoir finaliser des conclusions plus robustes, certaines tendances ont été observées. Le mélange de Erwinia herbicola a montré une fluorescence induite ayant une tendance vers les courtes longueurs d'ondes lorsque la culture était plus âgée. Le mélange de Bacillus thuringiensis (BT) a démontré une petite tendance vers les longues longueurs d'ondes avec l'âge. Les deux différentes souches de Bacillus globigii ont montrées des fluorescences induites ayant des tendances vers les courtes longueurs d'ondes après un mois et vers les longues longueurs d'ondes après trois mois. En bref, la signature de fluorescence semble dépendre de l'âge du mélange bactérie-bouillon de culture bien que cet effet varie en fonction du type mélange. Certains mélanges étaient plus efficaces à produire de la fluorescence que d'autres. Le mélange de BGnew-ljour a démontré la plus haute efficacité de fluorescence tandis que BG_old-3mois, BGold-ljour et EH-ljour ont démontrés les plus faibles. Nos résultats démontrent que la signature spectrale d'une bactérie est influencée par le temps d'incubation dans son milieu de culture. Cette information est très importante lors de l'élaboration de banques de signatures standardisées servant à la classification bactérienne à distance dans le cadre d'intervention sur le terrain. Dans des contextes militaires et de sécurité publique, cette information serait aussi un outil important pour retrouver l'origine des agents biologiques (ex: s'ils parviennent d'un labo ou d'un lieu d'entreposage).

La fissuration dans les matériaux cimentaires est un paramètre clé pour la durabilité des structures. L'impact des fissures sur la longévité est complexe du fait notamment de leur possible évolution durant la vie de l'ouvrage. L'autocicatrisation est un des mécanismes qui influent sur les changements de géométrie et de propriétés de transport dans les fissures. L'autocicatrisation se définit comme le rétablissement de certaines propriétés physiques et mécaniques des matériaux cimentaires placés dans un environnement favorable (température et humidité). Pour accélérer le processus naturel d'autocicatrisation et pour parvenir à cicatriser complètement des fissures larges (largeur d'ouverture > 200 µm), la biocicatrisation semble l'une des méthodes les plus prometteuses. Le principe repose sur le potentiel de certaines bactéries à promouvoir la formation de carbonate de calcium. Leur utilisation au sein du matériau permettrait le colmatage des fissures par la calcite, un produit compatible et durable. L'objectif principal de cette recherche est de mieux comprendre les mécanismes de la biocicatrisation des matériaux cimentaires pour accélérer la cinétique et maximiser l'efficacité du colmatage des fissures relativement importantes. L'approche de biocicatrisation étudiée consiste à imprégner les fissures à l'aide d'un milieu de culture (milieu précurseur) contenant une souche bactérienne adaptée. Ce travail de thèse comporte trois volets : les mécanismes abiotiques de cicatrisation de fissures de mortier, la croissance in vitro de souches bactériennes du genre Bacillus et la biocicatrisation des fissures de mortier. L'étude sur les mécanismes abiotiques porte plus spécifiquement sur l'autocicatrisation naturelle et sur l'influence des précurseurs (urée, lactate de calcium et gluconate de calcium) sur la cicatrisation. L'influence d'une carbonatation initiale des fissures est également évaluée. L'étude de la croissance des bactéries testées vise à sélectionner une souche bactérienne et un milieu de culture permettant de produire une quantité significative de CaCO3 et une croissance bactérienne optimale. L'étude de la biocicatrisation consiste à suivre la cinétique de biocicatrisation de mortiers fissurés préalablement carbonatées et à évaluer l'efficacité du colmatage apportée par ce traitement. Il ressort de ces recherches que le lactate et le gluconate de calcium confèrent une réduction de l'ouverture des fissures fraîches de 70 % et 60 % respectivement, résultant de la formation d'ettringite. Cet effet n'est pas observé sur des fissures pré-carbonatées. Les résultats obtenus sur des fissures pré-carbonatées montrent que le milieu à base de lactate de calcium, de nitrate de calcium et d'extrait de levure, en présence de Bacillus pseudofirmus confère au mortier une capacité de cicatrisation accrue pour des fissures de plus de 200 µm que les phénomènes abiotiques ne peuvent pas colmater. En effet, le taux apparent de cicatrisation obtenu est de plus de 70 % résultant de la formation d'une couche de cicatrisation de plus de 75 µm constituée de calcite mêlée à un biofilm.

Les bactéries attachées à la paroi du rumen, également appelées communauté épimurale, ne représente que 1% de la biomasse microbienne totale du rumen. Cette communauté a été très peu étudiée jusqu'à présent, mais elle pourrait néanmoins jouer un rôle important dans le fonctionnement du rumen. L'objectif de notre travail a été de mieux connaître ces bactéries attachées à la paroi du rumen en étudiant leur diversté par PCR-DGGE. Nous avons ainsi montré que, quels que soient le régime et l'espèce animale étudiés, la diversité de cette communauté bactérienne était 1) similaire entre tous les sites de prélèvements épithéliaux, 2) variable entre individus et 3) différente de la diversité des communautés bactériennes du contenu ruminal lui suggérant des rôles spécifiques. Contrairement aux bactéries du contenu ruminal dont la diversité change avec la composition du régime alimentaire, celle des bactéries épithéliales semble stable à moyen terme (2 mois).

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

Les bactéries magnétotactiques synthétisent des organites spécialisés appelés magnétosomes. Ils sont composés d'un cristal magnétique entouré d'une membrane et de protéines spécifiques. Arrangés en chaîne dans la bactérie, ils orientent la bactérie dans le champ magnétique, ce qui simplifierait sa recherche d’environnements microaérophiles. Dans le génome de toutes les souches magnétotactiques séquencées, l'îlot génomique de magnétotaxie contient les gènes impliqués dans la formation des magnétosomes. Nous avons procédé à l’annotation du génome de la souche magnétotactique marine QH-2 et montré que la région du génome codant les gènes de la magnétotaxie n'est, dans ce cas, pas définie comme un îlot génomique, bien qu’elle ait été acquise par transfert latéral de gènes. Dans le génome de M. magneticum AMB-1, nous avons identifié un nouvel îlot génomique de petite taille que nous avons appelé l'îlet de magnétotaxie portant 7 gènes homologues à des gènes liés à la synthèse des magnétosomes. Pour répondre à la question de la fonction biologique de cet îlet génomique, nous avons examiné le rôle de l'un des sept gènes, mamK-like. MamK-like exprimée dans E. coli forme des filaments, comme observé pour MamK. La polymérisation in vitro des deux protéines est également comparable, mais présente des différences structurales. En outre, nous démontrons que mamK-like est transcrite dans AMB-1 de type sauvage et dans le mutant ΔmamK. Par immuno-marquage, nous montrons la présence d'un filament dans le mutant ΔmamK, probablement dû à MamK-like. Nous émettons l'hypothèse que ce filament contribue à maintenir l’organisation en chaîne des magnétosomes dans la souche mutante. / Magnetotactic bacteria synthesise specialised organelles called magnetosomes. They are composed of a magnetic crystal surrounded by a lipid bilayer and specific proteins. Arranged in chains, they orient magnetotactic bacteria in the geomagnetic field, thereby simplifying their search for their microaerophilic environments. In each sequenced magnetotactic strain, the magnetotaxis genomic island contains the genes involved in magnetosomes formation. Our annotation of the newly sequenced genome of the magnetotactic strain QH-2 shows that the region coding the magnetotaxis genes is not a genomic island, though it has been acquired by lateral genes transfer. In the genome of M. magneticum AMB-1 we identified a new, small genomic island we termed the magnetotaxis islet, encoding 7 genes homologous to genes related to the magnetosomes synthesis. To assess the question of the biological function of this genomic islet, we further investigated the role of one of the seven genes, mamK-like. Filaments were observed in E. coli cells expressing MamK-like-Venus fusion by fluorescence microscopy. In vitro polymerization of both isoforms is comparable, though some differences are present at the structural level. In addition, we demonstrate that mamK-like is transcribed in AMB-1 wild-type and ΔmamK mutant cells. Immunolabelling assay using an anti-MamK antibody reveals the presence of a filament in the ΔmamK mutant. We hypothesise that this filament is due to MamK-like and that it helps maintaining a chain-like organisation of magnetosomes in the mutant strain.