Les structures des communautés procaryotes (diversité β) ont été caractérisées au sein de deux compartiments du benthos en milieu littoral: les sédiments et les bivalves fouisseurs.Dans les sédiments de surface, les communautés bactériennes et archéennes ont été ciblées par ARISA (Automated Ribosomal Intergenic Spacer Analysis) et T-RFLP (Terminal-Restriction Fragment Length Polymorphism) sur le gène codant pour l’ARN 16S respectivement. Sur 29 sites des zones intertidale et subtidale du Bassin d’Arcachon, les communautés procaryotes présentaient des patrons de distribution spatiale corrélés à ceux de la macrofaune benthique mais représentaient une faible diversité cumulée par habitat. L’extension à des écosystèmes proches (Vasière Ouest Gironde, Estuaire de la Gironde) a mis en évidence une forte proportion d’OTU (Operational Taxonomic Unit) rares et une diminution de la similarité entre les communautés avec l’éloignement géographique des écosystèmes. Chez les bivalves, les communautés bactériennes ont été caractérisées successivement à l’échelle de l’individu, de l’organe isolé et de l’espèce. Le suivi d’une cohorte de coques n’a pas montré d’influence de la présence du parasite Bucephalus minimus sur la structure de ces communautés à l’échelle de l’individu. En revanche, prises à l’échelle de l’organe en comparant la coque à la palourde, les communautés bactériennes associées aux bivalves se sont différenciées en fonction des organes (e.g branchies, tube digestif, reste des tissus), de l’habitat et/ou de l’espèce. / The structures of prokaryotic communities (β diversity) were characterized in sediments and burrowing bivalves.In the sediments, the bacterial and archaeal communities were analyzed by ARISA (Automated Ribosomal Intergenic Spacer Analysis) and 16S RNA gene T-RFLP (Terminal-Restriction Fragment Length Polymorphism) respectively. In 29 subtidal and intertidal sites of the Arcachon Bay, the spatial patterns of prokaryotic and benthic macrofaunal communities were correlated whereas prokaryotic community species exhibited a low cumulated diversity per habitat. Extending to neighboring ecosystems (West-Gironde mud patch, Gironde estuary) revealed the occurrence of a high proportion of rare OTU (Operational Taxonomic Unit) and a decrease of community similarities with geographic distance among ecosystems.For the bivalves, the whole individual, the organ-scale and the species-scale were successively considered. A cockle cohort monitoring indicated no influence of the parasite Bucephalus minimus occurrence on bacterial community structure at the individual-scale. Comparing cockle and clam at the organ level demonstrated that bivalve associated bacterial communities could differ among organs (e.g. gills, digestive gut, others tissues), among habitats and/or between species.

L’exploitation minière détériore les écosystèmes par la génération de contaminants qui affectent la diversité fonctionnelle des processus bactériens. Le mémoire suivant avait pour but de caractériser l’impact d’un gradient polymétallique sur la diversité et la structure taxonomique de communautés bactériennes lacustres d’un système de lacs dans la région de Rouyn-Noranda. Deux méthodes furent utilisées pour décrire la dynamique de la diversité et de la structure taxonomique des communautés bactériennes à partir du gène codant l’ARNr 16S : l’électrophorèse sur gel en gradient dénaturant et le séquençage de nouvelle génération 454. Les résultats ont démontré i) que l’exposition à des métaux lourds induit des changements dans la diversité et la structure taxonomique des communautés bactériennes et ii) qu’une pression de sélection similaire provoque un phénomène d’évolution parallèle chez des communautés bactériennes indépendantes. Cette étude aura ainsi permis d’apporter de nouvelles connaissances en ce qui a trait aux changements profonds que subissent les communautés bactériennes sous l’influence des métaux lourds et ce, autant d’un point de vue écologique qu’évolutif. / There are growing concerns about ecosystems being disturbed by mining activities which release heavy metals consequently exerting a strong selective pressure on the functional diversity of bacterial processes. Therefore, this thesis aimed to characterize the impact of diffuse polymetallic pollution over the taxonomic diversity and structure of lacustrine bacterial communities from sites located in the surroundings of Rouyn-Noranda. To this end, denaturing gradient gel electrophoresis and pyrosequencing of 16S rRNA sequences were used. The results showed that i) communities’ equilibrium was disturbed at both the diversity and structure levels and that ii) a similar selective pressure induced parallel evolution within independent bacterial communities. Our study therefore sheds light on the importance of analyzing bacterial communities at the taxonomic diversity and structure level to generate insights about the community changes taking places under polymetallic contaminants at both an ecological and evolutionary point of view.

La résistance des bactéries à Gram négatif aux céphalosporines de troisième génération (C3G) et aux carbapénèmes constitue une menace de santé publique majeure à l’échelle mondiale. Ces β-lactamines à large spectre d’action sont spécifiquement utilisées dans le traitement des infections résistantes potentiellement mortelles causées par des bactéries multirésistantes. Le principal mécanisme de résistance aux C3G et aux carbapénèmes est l’acquisition de gènes encodant respectivement des β-lactamases à spectre étendu (BLSE) et des carbapénémases. Plusieurs études ont répertorié les principales β-lactamases responsables des épidémies dans de nombreux pays à savoir les types TEM, SHV et CTX-M pour les bactéries productrices de BLSE, et plus récemment les types IMP, KPC, NDM, OXA-48 et VIM pour les bactéries productrices de carbapénémases. L’Organisation mondiale de la Santé a recommandé des mesures contrôle et prévention et de contrôle afin de réduire le risque de transmission des bactéries à Gram négatif productrices de BLSE ou de carbapénémases. Ces stratégies incluent l’identification des bactéries productrices de BLSE et de carbapénémases par des méthodes diagnostiques rapides de même que la mise en place d’une surveillance épidémiologique des principaux gènes de résistance encodant à ces enzymes. Ce mémoire de maîtrise se présente en 2 volets. D’une part, le développement d’un essai PCR en temps réel pour la détection rapide et sensible des gènes encodant les principales carbapénémases. D’autre part, la réalisation d’une étude épidémiologique dans deux hôpitaux de la ville de Québec sur les principaux gènes de BLSE chez des souches cliniques résistantes aux céphalosporines de 3e génération. Ces résultats démontrent que ces approches moléculaires pourraient être utilisées dans les laboratoires de microbiologie clinique afin de faciliter la détection et la surveillance des bactéries productrices de BLSE et de carbapénémases. / The resistance of Gram-negative bacteria against third-generation cephalosporins (3GC) and carbapenems is a major public health threat worldwide. These antibiotics are used specifically in the treatment of life-threatening infections caused by multidrug-resistant bacteria. The acquisition of genes encoding for extended-spectrum β-lactamases (ESBL) and carbapenemases is the main mechanism of resistance to 3GC and carbapenems, respectively. Several studies have identified the main β-lactamases responsible for epidemics in many countries namely TEM, SHV, and CTX-M for ESBL-producing bacteria, and more recently IMP, KPC, NDM, OXA-48-type, and VIM for bacteria producing carbapenemases. The World Health Organization has recommended preventives measures to control and reduce the risk of transmission of Gram-negative bacteria producers of ESBL and carbapenemases. These strategies include the identification of ESBL and carbapenemases with rapid diagnostic methods as well as the establishment of epidemiological surveillance of major resistance genes for these enzymes. This master’s thesis is presented in two parts. On one hand, the development of a real-time PCR assay for rapid and sensitive detection of key genes encoding carbapenemases. On the other hand, an epidemiological study in two hospitals in Quebec City of genes coding for ESBL in clinical strains resistant to third generation cephalosporins. These results demonstrate that these molecular approaches could be used in clinical microbiology laboratories to facilitate the detection and monitoring of ESBL- and carbapenemases-producing bacteria.

Background : The sources and the epidemiology of Campylobacter jejuni (CJ) in environmental water are not well understood. We developed a spatial analysis methodology able to identify the main environmental factors predicting the presence and quantity of Campylobacter in river water. Methods : For two years, water samples were collected weekly and scanned for CJ and fecal coliforms at 32 sampling sites of Estrie hydrographic network, Québec. The quantity of CJ in water was estimated using the Most Probable Number method (MPN). The 32 sampling sites were linked to their catchment area; 10 of them were excluded from the analysis, because their hydrographic basin was not independent from the other sites. For each site, the following environmental variables were included: Water flow, slope, land-cover, land-use including type of farming, animal density, total precipitation in the 3 days prior to water sampling. A stepwise multivariate regression was realized across the different analysis windows to define the size of the area upstream from the sampling sites (from 1.5 to 24 km) which was the most closely associated with the mean quantity of CJ, and which environmental factors were associated with a higher mean quantity of CJ in water. Results : Preliminary results show that an area defined by a radius of 14 km upstream of the sample site was the most contributing zone for the bacteria (r2=0.38, p=0.002). Within this 14 km area, the only significant variable associated with a higher mean quantity of CJ was bovine density (p=0.002). When analyzing the data within a 120 m buffer zone across 14 km upstream of the sampling sites (r2=0.40, p=0.001), the only significant variable associated with a higher mean quantity of CJ was the percentage of agricultural surface (p=0.001). Conclusions : These results suggest a strong implication of bovine density in conjunction with crops and associated manure spreading on the quantity of CJ in environmental water.

Chaque année, environ 175 millions de personnes souffrent d’infection du tractus urinaire (ITU) dans le monde. Pour diagnostiquer une ITU, une culture d’urine est réalisée mais nécessite un long délai. Pendant ce temps les patients sont souvent traités avec un antibiotique à large spectre qui peut entrainer des complications et contribuer à l’augmentation du nombre de bactéries résistantes. La plupart des échantillons reçus au laboratoire sont négatifs (≤10[indice supérieur 5] ufc /mL) ou contiennent Escherichia coli. Nous avons mis au point une méthode de dépistage rapide des échantillons positifs afin de sauver des coûts et éviter des complications. D’abord un protocole d’extraction d’ADNg a été élaboré avec la même efficacité pour tous les microorganismes. Cette méthode, appelé EtNa, chauffe le microorganisme dans une solution de 70 % éthanol et NaOH. Cette solution permet l’adsorption de l’ADN directement sur une colonne de silice afin de favoriser sa purification par un robot pipeteur. Elle a été comparée favorablement avec d’autres méthodes retrouvées dans la littérature et trousses commerciales, mais a l’avantage d’extraire les bactéries Gram positifs, Gram négatifs et levures avec une efficacité similaire et ce, avec un même protocole simple et sans produits chimiques toxiques. La deuxième étape du projet a été de mettre au point une méthode pour dépister les microorganismes pouvant causer les ITU en utilisant la PCR en temps réel pour amplifier le gène d’ARNr 23S des bactéries et 28S des levures. Grâce à une stratégie innovatrice de dénaturation des sondes, le pathogène peut être détecté et partiellement identifié. Une valeur seuil permettant de distinguer les échantillons positifs a été évaluée et correspond à un Cp de 26 (10[indice supérieur 5] ufc/mL). Un témoin interne est utilisé et permet de contrôler l’extraction et l’amplification. La méthode de dépistage a été éprouvée in vitro avec des souches de bactéries et levures, puis essayée avec quelques échantillons d’urines en provenance de la clinique. Puisque les résultats obtenus étaient très encourageants, l’analyse d’autres échantillons est importante pour faire une validation complète.

La biodégradation du 2-aminobenzothiazole (ABT) a été comparée entre des bactéries en suspension dans l'eau et des bactéries immobilisées sur un support d'alginate. Trois processus de dégradation de l'ABT ont été étudiés : la photodégradation sous lumière solaire en présence du complexe Fe(III)-acide nitrilotriacétique (FeNTA), la biodégradation par la bactérie aérobie stricte Rhodococcus rhodochrous et la combinaison de ces deux processus. Le métabolisme de R. rhodochrous a été étudié par RMN in vivo du 31P et du 13C : des informations importantes sur le métabolisme phosphoré et carboné ont été obtenues. La réponse de la bactérie face à divers stress a été évaluée et a montré sa capacité d'adaptation aux variations environnementales. La spéciation du fer pour son rôle important dans l'activation de la biodégradation d'ABT a été etudiée : complexes organiques, oxydes et oxy(hydr)oxydes de fer ont été testés pour connaître les formes biodisponibles pour R. rhodochrous

Chez l'Homme, les parois végétales contenues dans les fibres alimentaires sont dégradées puis fermentées par les bactéries fibrolytiques du côlon. Le xylane étant l'un des principaux polysaccharides constituant ces parois végétales, deux bactéries possédant de fortes activités xylanolytiques, Bacteroides xylanisolvens XB1A T et Roseburia intestinalis XB6B4, ont été caractérisées. Les activités xylanolytiques de ces espèces vis-à-vis de différents substrats riches en xylanes ont été analysées quantitativement et qualitativement. L'équipement enzymatique de ces souches, comparé par zymogramme, révèle un grand nombre de xylanases. Les activités spécifiques des extraits des deux bactéries sont très élevées et sont majoritairement associées aux cellules. Les gènes codant pour les xylanases de ces deux espèces bactériennes et d'une troisième bactérie xylanolytique du côlon, Bacteroides sp. XB12B, ont été identifiés. Ils codent pour des xylanases appartenant aux familles 10 et 43 des glycosyl-hydrolases, et sont modulaires. Les conditions d'expression de certains de ces gènes ont été etudiées par PCR quantitative, et montrent une régulation par le xylane. Des regroupements de gènes pouvant être impliqués dans la dégradation des hémicelluloses ont été trouvés dans le génome de B. xylanisolvens. Enfin, une xylanase de la famille 10 des glycosyl hydrolases, produite par B. xylanisolvens, a été caractérisée : le gène codant cette enzyme a été cloné et la xylanase, nommée Xyn10A, produite chez E. coli. Cette enzyme, qui pourrait être périplasmique chez B. xylanisolvens dégrade in vitro les xylanes et les xylooligosaccharides, mai aussi très faiblement la CMC

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du débat en écologie théorique entre ceux qui favorisent les modèles mathématiques agrégés contenant un nombre relativement faible d'équations exprimant quelques principes généraux et ceux qui préfèrent les modèles individus-centré (multi-agents) qui sont structurellement plus réalistes et comprennent une représentation détaillées des processus et interactions à l'échelle de l'individu. Dans cette thèse nous proposons d'établir un lien entre ces deux approches en dérivant des modèles déterministes basés sur les moments spatiaux et approximant la dynamique des modèles individus-centrés de systèmes microbiens. Nous illustrons cette approche sur l'exemple de croissance d'un bio lm formé par des bactéries mobiles ou immobiles. Nous montrons que les modèles des moments peuvent rendre compte des principales propriétés des structures spatiales obtenues par simulation individus-centrée. En n nous explorons les limites des modèles des moments notamment à rendre compte de l'e et des uctuations locales de l'environnement des individus lorsque celles ci a ectent la dynamique du système microbien simulé par le modèle individus-centré.

La contamination des ensilages par les fusariotoxines intervient au champ, indépendamment de tout problème de conservation. L'ingestion par les animaux d'élevage de teneurs trop élevées de ces mycotoxines peut entraîner une altération des performances zootechniques et des effets sur la santé des animaux. Face au succès partiel des méthodes de prévention et à l'inadaptibilité des méthodes physiques et chimiques de détoxification, l'utilisation des propriétés de certains microorganismes apparaît comme une alternative à considérer. L'objectif de ce travail est d'explorer la capacité des bactéries fermentaires à éliminer les fusariotoxines en vue de leur utilisation comme agent de détoxification des ensilages. Le criblage de 202 souches de bactéries fermentaires pour leur capacité à biotransformer et / ou séquestrer le déoxynivalénol (DON), la zéaralénone (ZEN) et les fumonisines B1 et B2 (FB1 et FB2) a montré que la séquestration de ces ces fusariotoxines majeures est une activité répandue chez ces microorganismes, les genres Streptococcus et Enterococcus apparaissant comme les plus efficaces en éliminant jusqu'à 33%, 49%, 24% et 62% de DON, ZEN, FB1 et FB2, respectivement. Cette propriété pourrait diminuer la biodisponibilité des fusariotoxines chez l'animal et, par conséquent, réduire leur effet toxique. D'autre part, environ 5% (11/202) des souches testées ont biotransformé la ZEN en sa forme activée, l'alpha zéaralénol. Nous avons ensuite montré que la séquestration des fumonisines B1 et B2 fait intervenir le peptidoglycane de la paroi bactérienne et les bras d'acide tricarballylique (TCA) des fumonisines. La différence de séquestration de ces deux analogues (FB2>FB1) a été élucidé par une méthode de modélisation moléculaire qui a montré que le groupe hydroxyle additionnel de la FB1 forme une liaison hydrogène avec un des TCA, limitant ainsi la possibilité de séquestration. Des essais ont montré qu'une fraction importante de ZEN était aussi instantanément séquestrée par la flore du contenu ruminal, formant un complexe aussi stable dans des conditions simulant les compartiments post-ruminaux du tube digestif que celui formé entre des Streptococci et la ZEN. Ce niveau de séquestration pourrait contribuer à la plus forte résistance des ruminants aux effets des fusariotoxines. En conséquence, l'ajout de bactéries fermentaires pourrait être davantage utile à des animaux monogastriques plus sensibles comme le porc. Des essais in vivo sont cependant nécessaires pour en évaluer l'impact réel. Optimisée, la capacité des bactéries fermentaires à séquestrer les fusariotoxines pourrait compléter avantageusement les propriétés acidifiantes ou probiotiques des inoculants bactériens utilisés en nutrition animale

Le but de ce travail était de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu lors de la corrosion marine des structures en acier. Ces mécanismes impliquant l'influence de micro-organismes vivants, et notamment des bactéries sulfurogènes, l'étude a couplé des méthodes physico-chimiques à des techniques de microbiologie et de biologie moléculaire. Dans un premier temps, un système modèle de laboratoire a été élaboré afin d'étudier en détail les interactions entre les bactéries sulfato-réductrices (BSR) et le principal produit de la corrosion électrochimique des aciers en milieu marin, à savoir la rouille verte sulfatée RV(SO42-). Nous avons ainsi pu reproduire une partie des mécanismes mis en jeu, en montrant que les BSR pouvaient se développer en consommant les ions SO42- issus de la rouille verte et générer ainsi la mackinawite FeS observée sur sites. Dans un deuxième temps, l'évolution de la couche composite " rouille/biofilm " se formant sur acier en milieu marin a été suivie pour des temps courts d'immersion, allant de 1 semaine à deux mois. Le suivi simultané des données microbiologiques et physicochimiques a permis de montrer que l'influence des BSR ne se faisait pratiquement pas sentir à ce stade. Cependant, le développement préférentiel de bactéries associées au fer et au soufre au sein de la couche de rouille a pu être mis en évidence. Par ailleurs, très localement, le processus influencé par les BSR a été détecté. Enfin, une étude électrochimique en solutions désaérées simulant l'eau de mer a été confrontée aux résultats de l'analyse physico-chimique et microbiologique d'un coupon immergé 11 ans en milieu portuaire. L'ensemble des résultats montrent que RV(SO42-) se forme également lorsque des conditions anoxiques sont établies à la surface du métal. La formation de RV(SO42-) entre cependant en compétition avec celle de FeS et Fe3O4 suite aux modifications du milieu que peuvent engendrer les micro-organismes. A ces temps d'immersion long, l'influence des bactéries semblent néanmoins s'amoindrir, les micro-organismes tendant à s'éloigner des strates internes de la couche de rouille et donc du métal pour coloniser des zones externes plus riches en substances nutritives.