De 1956 à 1986, l'utilisation des glycopeptides en thérapeutique infectieuse a été marquée par de francs succès dans le traitement des infections graves dues à des bactéries à Gram positif. La vancomycine et la téicoplanine sont des antibiotiques de grande importance thérapeutique utilisés à travers le monde pour traiter les infections graves dues aux staphylocoques, aux entérocoques, aux streptocoques et à Clostridium difficile à cause de la résistance de ces bactéries à d'autres antibiotiques. Malheureusement, depuis 1986, on a assisté à l'émergence et la dissémination de la résistance aux glycopeptides chez un grand nombre d'espèces pathogènes telles que les entérocoques et plus récemment Staphylococcus aureus résistant à la méticilline. Dans ce contexte de dissémination de la résistance aux glycopeptides, mon projet de doctorat fournit d'importantes données grâce à la mise en évidence d'un réservoir des gènes vanB, vanD et vanG dans la flore intestinale humaine. Nous avons caractérisé pour la première fois plusieurs allèles du gène vanG dans la flore humaine. Puis, nous avons isolé et caractérisé deux nouvelles espèces bactériennes anaérobies résistantes aux glycopeptides. Les analyses phylogénétiques ont montré que ces nouvelles espèces appartiennent au groupe phylogénétique XlVa des Clostridium. La première espèce a été nommée Clostridium lavalense sp. nov. CCRI-9842T . Cette souche est résistante à la vancomycine du fait de la présence du locus vanB2 porté par le transposon Tn5382. La deuxième espèce isolée a été nommée Ruminococcus gauvreaui sp. nov. CCRI-161101 . Cette souche est résistante à la vancomycine et à la téicoplanine et contient le locus vanD qui confère la résistance aux glycopeptides ainsi qu'un locus apparenté au locus vanG décrit chez les ERG. Il s'agit de la première description du locus vanD de résistance aux glycopeptides dans une espèce autre que les entérocoques habituellement connus comme réservoir de ce locus de résistance. De plus, un nouvel allèle du gène vanG a été caractérisé dans la souche R. gauvreaui CCRI-16110'. Ainsi les résultats de nos travaux ont permis de montrer que le tube digestif humain représente un important réservoir des gènes de résistance aux glycopeptides qui sont parfois présents dans des espèces bactériennes encore inconnues du tube digestif. Ces nouvelles données vont permettre de mieux adapter les outils de contrôle des infections dues à des bactéries résistantes aux glycopeptides. / From 1956 to 1986, glycopeptide use in infectious disease therapy was marked by astounding success for the treatment of serious Gram-positive bacterial infections. Vancomycin and teicoplanin are considered as the last resort glycopeptide antibiotics presently in use for the treatment of serious Staphylococcus spp., Enterococcus spp., Streptococcus spp. and Clostridium difficile drug-resistant infections. Unfortunately, the last twenty years have seen the emergence and dissemination of glycopeptide-resistant pathogenic strains such as methicillin-resistant Enterococcus spp. and, more recently, methicillin-resistant Staphylococcus aureus. In this context of glycopeptide resistance dissemination, my thesis serves as an important contribution through the identification of vanB, vanD and vanG reservoir genes in the human intestinal flora. We have, for the first time, characterized several alleles of the vanG gene in the human flora and have isolated and characterized two new anaerobic glycopeptide-resistant bacterial strains. Phylogenetic analyses have shown that these new strains belong to the Clostridium XlVa phylogenetic group. The first strain was named Clostridium lavalense sp. nov. CCRI-98421 . This strain is resistant to vancomycin, due to the presence of the vanB2 locus carried by Tn5382/1549 transposon. The second strain was named Ruminococcus gauvreaui sp. nov. CCRI-16110r and is resistant to vancomycin and teicoplanin. Ruminococcus gauvreaui CCRI-161101 contains the vanD locus, which confers glycopeptide resistance in enterococci, along with a vanG-like locus described for vancomycin-resistant Enterococcus. This is the first description of a glycopeptide resistance vanD locus in a non-Enterococcus strain, the usual vanD locus reservoir. In addition, a new allele of the vanG gene was characterized in the R. gauvreaui CCRI-16110T strain. Therefore, our results demonstrate that the human digestive tract represents an important reservoir of glycopeptide resistance genes, present in yet-to-be-described intestinal bacterial strains. These data will allow the fine tuning of infection control tools against glycopeptide-resistant bacteria.

Les biofilms sont largement répandus dans la plupart des écosystèmes terrestres. Ils peuvent être formés par la plupart des microorganismes. Dans le cadre de cette thèse, les biofilms bactériens, plus spécifiquement ceux formés par la bactérie Pseudomonas sp. CT07, ont été étudiés. Ils ont plusieurs rôles, utiles ou nuisibles, pour la santé humaine, l’agriculture et l’industrie. Contrairement aux bactéries planctoniques qui peuvent nager librement, les bactéries sessiles s’attachent aux surfaces où elles peuvent former des biofilms. Pendant ce processus, elles produisent une matrice extracellulaire faite de, mais pas exclusivement, polysaccharides, de protéines, d’ADN et d’ARN. Les propriétés mécaniques de la matrice rendent le biofilm très résilient à son environnement. Elle est viscoélastique et les bactéries peuvent modifier de manière dynamique les propriétés mécaniques du biofilm. La grande variété de groupements fonctionnels disponibles grâce aux différentes biomolécules qui sont présentes dans la matrice permettent de piéger des molécules organiques et les ions dissous. Cela est responsable de plusieurs mécanismes de résistance bactérienne aux antibiotiques. L’objectif principal de cette thèse est de concevoir de nouvelles méthodologies analytiques pour étudier les biofilms et obtenir plus d’informations sur leur structure et ce qui peut les influencer. La spectroscopie infrarouge et la microscopie optique ont été utilisées dans des canaux microfluidiques pour suivre la croissance des biofilms. La combinaison des deux techniques permet l’obtention d’informations sur la composition en différentes biomacromolécules et sur la structure du biofilm. Ces méthodes ont permis d’évaluer l’efficacité de l’inoculation directe et de l’inoculation par un biofilm en amont. L’utilisation de microcanaux avec un faible rapport d’aspect a conduit en des différences importantes dans les conditions hydrodynamiques entre le centre du microcanal et ses coins. Dans cette configuration, les biofilms ont tendance à croître à partir des murs de côté qui sont plus courts. À cet endroit, les forces de cisaillement sont les plus faibles. La microscopie confocale intermittente montre la présence de canaux d’eau exempts de bactéries à l’intérieur d’un biofilmà proximité du coin du microcanal. Nous émettons l’hypothèse que ce canal a un rôle important dans le transfert de masse à l’intérieur du biofilm lorsqu’il devient plus épais. Lorsque les biofilms des bactéries Pseudomonas croissent, leur structure peut être influencée par le type de milieu de culture. Les biofilms croissant dans les milieux complexes obtenus à partir d’extraits de levure peuvent former des structures allongées nommées streamers qui ont été analysées par microscopie confocale à balayage laser. L’imagerie en trois dimensions de ces structures dans des microcanaux droits est rapportée pour la première fois. Dans un milieu de culture minimal avec le citrate de sodium comme seule source de carbone, nous avons observé et quantifié des patrons fractals à la base du biofilm dans le temps. Nous avons aussi conçu un dispositif microfluidique pour l’étude in situ par spectroscopie Raman exaltée par les surfaces (SERS). Cette méthode permet d’avoir un signal Raman rehaussé et une sensibilité élevée pour le citrate de sodium, une source de carbone commune pour les bactéries, à faible concentration. Les différentes méthodologies développées dans le cadre de cette thèse peuvent être appliquées à d’autre systèmes plus complexes dans le futur. La combinaison de la microfluidique pour le contrôle précis de l’écoulement ainsi que les mesures multiplexées dans des microcanaux en parallèle est la clé pour obtenir des indices importants et statistiquement pertinents sur la croissance des biofilms et les méthodes pour les contrôler. / Biofilms are widely spread among most of earth ecosystems. They can be formed by a variety of microorganisms. In the scope of this thesis, bacterial biofilms, more specifically those formed by the bacterium Pseudomonas sp. CT07, have been studied. They have many roles, useful and harmful, for the human health, agriculture and industry. As opposed to planktonic bacteria that can swim freely, sessile bacteria are attached to surfaces where they can form biofilms. During this process, they produce an extracellular matrix made of, but not exclusively, polysaccharides, proteins, DNA and RNA. The mechanical properties of the matrix make the biofilm very resilient to its surrounding environment. It is viscoelastic, and the bacteria can dynamically modify the mechanical properties of the biofilm. The high variety of functional groups available due to the different biomolecules present allows trapping of organic molecules and dissolved ions by the matrix. This is responsible for multiple mechanism of resistance to antimicrobial by bacteria. The main objective of this thesis is to develop new analytical methodologies to study biofilms and obtain more insights on the structure of biofilms and what can influence them. Infrared spectroscopy and optical microscopy were used in microfluidic channel to follow biofilm growth. The combination of the two techniques enabled acquisition of information on the composition in biomacromolecules and biofilm structure. These methods allowed to assess the efficiency of direct inoculation and inoculation from an upstream biofilm. The use of low aspect ratio channels resulted in strong differences in hydrodynamic conditions between the middle of the channel and the channel corners. In this configuration biofilms tended to grow from the short side-walls of microchannels where shear stress was lowest. Time-lapse confocal microscopy showed the presence of a biochannel inside the biofilm in the corner positions. It is hypothesized that this channel has an important role in mass transfer in biofilm as it grows thicker. As the biofilms of Pseudomonas bacteria grew, their structure could be influenced by the type of growth media. Biofilms grown in complex media obtained from yeast cell extract could form elongated structures called streamers which were analysed with confocal laser scanning microscopy. Three-dimensional imaging of these structures in regular straight microchannels is the first of its kind. In a minimal medium with citrate as the sole carbon source, we observe and quantify time-dependant fractal patterns at the biofilm base. We have also developed a microfluidic device for in situ study by surface enhanced Raman spectroscopy (SERS). This method allows having enhanced Raman signal and high sensitivity of sodium citrate, a common carbon source for bacteria, at low concentration. The different methodology developed in this thesis can be applied to more complex systems in the future. Combination of microfluidic for precise flow control and multiplexed measurement in massively parallelized channels is key to get deeper, statistically relevant insights in biofilm growth and methods to control them.

Cette thèse, organisée en trois essais, porte sur l’économie de la santé des populations et traite l’analyse bioéconomique de la résistance aux antibiotiques. Elle aborde les enjeux sociaux économiques de l’utilisation inter-temporelle des antibiotiques en considérant l’efficacité de traitement comme une ressource renouvelable ou non renouvelable. Nos résultats d’analyse visent une contribution scientifique à la gestion parcimonieuse, efficace et durable des antibiotiques disponibles. Un tel objectif apparait aujourd’hui comme une alternative viable à la capacité limitée du marché à offrir de nouveaux antibiotiques contre les bactéries résistantes. Nous combinons ici (1) une approche épidémiologique, qui permet de modéliser la transmission des maladies infectieuses et l’efficacité de traitement des antibiotiques, et (2) une approche économique qui consiste à modéliser la demande d’antibiotiques et le taux de traitement de la population. Le premier essai (chapitre I) porte sur l’analyse dynamique de l’usage médical d’antibiotiques dans un contexte de la résistance bactérienne. Nous comparons ici le taux de traitement médical avec le taux de traitement socialement optimal. Nous postulons un modèle avec un médecin représentatif qui traite la population avec un seul antibiotique. La demande d’antibiotique dépend de la fraction d’individus prêts à payer pour obtenir le traitement. L’utilité instantanée du médecin dépend du revenu de son travail et du niveau d’altruisme par lequel il intègre le bien-être de la population dans son objectif. Sous ces hypothèses, les résultats de simulation montrent une forte incitation à prescrire l’antibiotique lorsque le médecin est altruiste et lorsqu’il bénéficie d’une rémunération fixe lui garantissant une ressource financière stable en tout temps. Dans cette situation, le médecin accorde une priorité à la guérison des patients et surutilise l’antibiotique, accélérant ainsi l’effet de la résistance bactérienne. Ce qui n’est pas le cas lorsque le médecin est rémunéré à l’acte qui sous-utilise l’antibiotique à court et à moyen termes. En prescrivant moins l’antibiotique, il anticipe qu’une hausse de l’infection augmente son revenu dans le futur. Le second essai (chapitre II) analyse la demande d’antibiotiques en accès libre lorsque deux antibiotiques sont disponibles. Le modèle épidémiologique développé à cet effet montre une interaction entre les réservoirs d’efficacité de traitement. Les fonctions d’interaction spécifiées ici peuvent avoir un effet positif (mutualisme) ou défavorable (prédation) à l’évolution des efficacités de traitement des antibiotiques. Les résultats de simulation montrent que les patients utilisent d’abord l’antibiotique doté d’un rapport qualité cout élevé (qualité relative) et ayant la plus forte guérison additionnelle. Cet avantage de traitement tend vite à diminuer sous l’effet de la résistance alors que l’efficacité de traitement de l’antibiotique substitut s’apprécie. Les patients vont ensuite utiliser les deux antibiotiques en même temps. Cet effet de substitution est en particulier favorisé par l’interaction positive entre les efficacités de traitement. A l’état stationnaire, cet effet mutualisme disparait et l’un des antibiotiques ne sera plus utilisé. Le troisième essai (chapitre III) examine l’ordre optimal de l’utilisation des antibiotiques dans un cadre social. L’objectif du planificateur social consiste à maximiser le bien-être agrégé de la population, y compris celui des individus en bonne santé. Le cout social d’utilisation d’un antibiotique inclut à la fois le cout de production pharmaceutique et les couts externes de traitement liés à la résistance aux antibiotiques et au risque de contagion des infections. Les résultats d’analyse montrent qu’on doit utiliser les antibiotiques par ordre séquentiel lorsqu’un antibiotique domine sur l’autre à la fois en termes de qualité relative (rapport qualité-coût social) et de qualité nette (différence qualité-coût social). En revanche, il convient d’utiliser les deux antibiotiques simultanément lorsqu’ils ont chacun un avantage de traitement sur l’autre, l’un en termes de qualité relative et l’autre en termes de qualité nette. / This thesis adds to the literature of population health by taking an economic perspective. Specifically, it focuses on the bioeconomic analysis of antibiotic resistance. It addresses the socioeconomic issues of the inter-temporal use of antibiotics by considering treatment efficacy of an antibiotic as a renewable or non-renewable resource. Our analysis informs the scientific debate on the parsimonious, effective and sustainable management of available antibiotics. This type of management now appears as a viable alternative to the limited ability of the market to offer new antibiotics capable of dealing with resistant bacteria. We combine (1) an epidemiological approach, which allows the modelling of the transmission of infectious diseases and antibiotic efficacy treatment, and (2) an economic approach, which consists in modelling the demand for antibiotics as well as the private and socially optimal treatment rate of antibiotics. This thesis is organized in three essays. The first essay (Chapter I) focuses on the dynamic analysis of a physician’s prescription rate/ use of antibiotics in a context of bacterial resistance. We compare the physician’s treatment of medical treatment with the socially optimal treatment rate. We postulate a model with a representative physician who treats the population with a single antibiotic. The demand for antibiotics depends on the fraction of individuals willing to pay for the treatment given a prevailing level of antibiotic resistance. The physician's instant utility depends on the income from his work and the level of his/her altruism towards the population welfare. Under these hypotheses, the results show a strong incentive to prescribe the antibiotic when the physician is altruistic and receives a fixed remuneration at all times. In this case, the physician gives priority to healing patients and overuses the antibiotic, accelerating therefore the effect of bacterial resistance. This is not the case when the physician is paid via a fee for services, he/she underutilizes the antibiotic in the short and medium term. By prescribing the antibiotic less, he/she anticipates that an increase in infection will increase his/her remuneration in the future. The second essay (Chapter II) analyzes the demand of the antibiotics available under open access (generic industry) when two antibiotics are available. The epidemiological model developed for this purpose shows an interaction between the reservoirs of treatment efficiency. The interaction functions specified here may have a positive (mutualism) or unfavourable (predation) effect on the evolution of antibiotic treatment efficiencies. Simulation results show that patients first use the antibiotics with the high quality-cost ratio (relative quality) and the greatest additional recovery rate. This advantage tends to decrease under the effect of rising bacterial resistance while the treatment efficiency of the substitute antibiotic increases. Patients will then use both antibiotics simultaneously. This substitution effect is in particular favoured by the positive interaction between the treatment efficiencies. At steady state, this mutualism effect disappears and only one of the antibiotics (depending on the bio-economic parameters) will be used. The third essay (Chapter III) examines the optimal order of the use of antibiotics from social point of view. The goal of the social planner is to maximize the aggregate welfare of the population, including that of healthy individuals. The social cost of using an antibiotic includes pharmaceutical production costs, the external costs of treatment related to antibiotic resistance and the risk of contagion. The results of the analysis show that the antibiotics should be used in sequential order when one antibiotic dominates the other in terms of relative quality (social quality-cost ratio) and net quality (social quality-cost difference). On the other hand, both antibiotics should be used simultaneously when one dominates in terms of relative quality and the other in terms of net quality.

Titre de l'écran-titre (visionné le 25 septembre 2023) / La baie de Sept-Îles (BSI) abrite le port minéralier le plus important en Amérique du Nord, de même que quelques industries qui œuvrent dans l'extraction, la transformation et l'exportation de matière minérale. Afin de déterminer les impacts de ces activités portuaires d'importance sur les communautés de microorganismes, ainsi que des changements climatiques sur cet écosystème côtier, une combinaison du biosuivi environnemental et de l'approche paléoécologique a été utilisée dans ce projet. Grâce à la méthode de biosuivi environnemental, en analysant les échantillons d'eau de surface, les conditions de base actuelles de la BSI peuvent être déterminées, tandis qu'avec l'approche paléoécologique et l'analyse de sédiment, ce sont les variations temporelles du passé qui peuvent être déterminées. Les objectifs du projet sont d'évaluer la biomasse photosynthétique estivale dans les eaux de surface de la baie de Sept-Îles, d'explorer la diversité et la répartition des producteurs primaires dans ces eaux et d'explorer les assemblages de pigments présents dans une archive sédimentaire provenant de la BSI afin de quantifier les changements survenus depuis les 550 dernières années. Pour ce faire, les assemblages de pigments algaux et bactériens contenus dans les échantillons d'eau de surface et de sédiment ont été analysés avec la méthode de chromatographie liquide à haute performance (HPLC). Puisque chaque pigment est associé à un ou plusieurs taxons algaux ou bactériens, l'état de la communauté phytoplanctonique et benthique, ainsi que la biomasse algale de la BSI peuvent être estimés. Les résultats de ce projet de recherche nous permettent de conclure qu'il est difficile de déceler des effets des industries ou de l'achalandage maritime récent, bien qu'il semble que certains pigments soient moins abondants dans les sédiments récents que dans le passé, représentant l'ère préindustriel. Il est également difficile de distinguer les effets anthropiques directs des effets naturels liés aux changements climatiques. Pour cela, on devrait intégrer des marqueurs industriels spécifiques, tels certains métaux lourds ou particules relâchés par les industries. Ce travail contribue aux connaissances et à la compréhension de la dynamique à long-terme de l'environnement aquatique de la région de Sept-Îles. / The Bay of Sept-Iles (BSI) is home to the largest mineral port in North America, as well as a few industries involved in the extraction, processing, and export of mineral material. To determine the impacts of these important port activities and climate change on microbial communities, a combination of environmental biomonitoring and paleoecological approach was used in this project. Through the environmental biomonitoring method, by analyzing surface water samples, the current baseline conditions of the BSI can be determined, while with the paleoecological approach and sediment analysis, it is the temporal variations of the past that can be determined. The objectives of the project are to evaluate summer photosynthetic biomass in the surface waters of Sept-Iles Bay, to explore the diversity and distribution of primary producers in these waters, and to explore pigment assemblages present in a sedimentary archive from the BSI to quantify changes over the last 550 years. To do this, the assemblages of algal and bacterial pigments contained in the surface water and sediment samples were analyzed using the High-Performance Liquid Chromatography (HPLC) method. Since each pigment is associated with one or more algal or bacterial taxa, the state of the phytoplankton and benthic community, as well as the algal biomass of the BSI can be estimated. The results of this research project allow us to conclude that it is difficult to detect the effects of recent industries or maritime traffic, although it appears that some pigments are less abundant in recent sediments than in the past, representing the pre-industrial era. It is also difficult to distinguish direct anthropogenic effects from natural effects related to climate change. For this, we should integrate specific industrial markers, such as certain heavy metals or particles released by industries. This work contributes to the knowledge and understanding of the long-term dynamics of the aquatic environment of the Sept-Iles region.

L'objectif de mon étude était d'évaluer la contribution des bactéries à l'assimilation d'azote (pN) en surface et au maximum sub-superficiel de chlorophylle (SCM) dans l'océan Arctique canadien afin d'évaluer les impacts possible de cette prise sur le phytoplancton et la production primaire nouvelle telle qu'estimée par le /-ratio (i.e., la proportion de la prise totale d'azote qui est comblée par de l'azote allochtone tel le nitrate). Deux méthodes permettant d'estimer la pN bactérienne ont aussi été comparées: le fractionnement de taille (SM) et la méthode par inhibition des bactéries (IM). Considérant les valeurs obtenues par PIM, qui a semblé être la méthode la plus appropriée dans la zone d'étude, les bactéries ont utilisé surtout l'azote inorganique et peu d'azote organique. L'ammonium (NH/) a été la principale source d'azote pour les bactéries, dont l'avantage compétitif sur le phytoplancton leur a permis d'en être les principaux consommateurs. Malgré la faible lumière qui y persiste, le SCM n'avantage pas les bactéries puisque leur pN est proportionnelle à l'activité phytoplanctonique tant en surface qu'au SCM. L'impact de la soustraction de la pN bactérienne lors de l'estimation du/^ratio est généralement faible mais varie selon la station échantillonnée et dépend de la disponibilité du NH4+ dans l'environnement ainsi que de la proportion de la pN bactérienne totale comblée par le NH4+, le nitrate et l'urée. Cette étude démontre que les bactéries sont d'importants consommateurs d'azote et que cette contribution doit être quantifiée afin d'interpréter correctement la mesure du /-ratio et d'améliorer notre compréhension des cycles de l'azote et du carbone dans l'océan Arctique canadien.

Les inconvénients associés à l’application des traitements thermiques élevés lors de la conservation des aliments sont nombreux, allant des coûts énergétiques élevés jusqu’à la détérioration de la valeur nutritive et organoleptique des aliments transformés. La tendance des consommateurs se dirige de plus en plus vers la consommation des aliments peu transformés, salubres et de haute valeur nutritive et sensorielle. Ainsi, afin de répondre à leurs besoins et pour minimiser les effets néfastes dus aux traitements thermiques élevés, le recours à de nouvelles techniques de conservation des aliments est devenu nécessaire. Ainsi, l’objectif principal de ce projet de doctorat était de trouver une nouvelle alternative aux traitements thermiques élevés afin de produire des aliments peu transformés ayant deux caractéristiques : une haute valeur nutritionnelle et organoleptique tout en étant salubre. Pour atteindre cet objectif, la technologie de l’électro-activation en solution, en combinaison avec des traitements thermiques modérés et de la nisine, a été mise à l’étude dans ce projet. Pour cela, huit solutions aqueuses (acétate et citrate de potassium avec et sans KCl) ont été électro-activées dans un réacteur d’électro-activation modulé avec des membranes échangeuses d’anions et de cations. Une fois électro-activées, ces solutions ont été combinées avec des températures modérées, entre 25 et 95 C, et d’une bactériocine de source naturelle, la nisine. Ainsi, l’activité synergique de différentes combinaisons impliquant ces trois facteurs a été testée dans des conditions modèles, ainsi qu’avec une matrice alimentaire végétale, sur l’inactivation des spores de Clostridium sporogenes PA 3679 utilisé comme un substitut non pathogène de Clostridium botulinum. Dans un premier temps, des solutions aqueuses d’acétate de potassium et de citrate de potassium, avec ou sans ajout de chlorure de potassium dans les deux cas, ont été électro-activées sous différentes intensités de courant électrique (100, 200, 300 et 400 mA) pendant une heure. Pour chaque type de solution, seules celles qui avaient le plus bas pH et le plus haut potentiel d’oxydoréduction (POR) ont été retenues pour la suite du projet. Par la suite, les solutions électro-activées retenues ont été testées, seules et combinées avec différents traitements thermiques modérés, pour leur effet d’inactivation des spores de C. sporogenes PA 3679 dans des conditions modèles. L’effet sporicide détecté a été validé par observation sous microscope électronique à transmission. Également, l’efficacité des traitements avec des solutions électro-activées, combinées avec la nisine à différentes concentrations, a été testée contre les spores de C. sporogenes PA 3679 dans une purée des haricots verts. Il a été démontré que ces solutions électro-activées induisaient une réduction significative des populations de spores de C. sporogenes PA 3679, mais le pouvoir tampon du milieu, induit par les matières organiques des haricots verts, a provoqué une baisse significative du degré d’inactivation des spores de C. sporogenes PA 3679 par rapport à celui détecté dans des conditions modèles. La combinaison de la nisine avec les solutions électro-activées et les traitements thermiques modérés était capable de récupérer une partie de l’activité sporicide initiale (obtenues dans des conditions modèles). L’activité sporicide finale obtenue a été validée par observation sous microscope électronique à transmission. Finalement, testée dans un milieu contenant des tiges intactes (entières) des haricots verts, une augmentation significative de l’activité sporicide a été détectée en combinant les solutions électro-activées d’acétate de potassium et de citrate de potassium avec la nisine et un traitement thermique modéré représentant le barème thermique utilisé pour le blanchiment des légumes (95 C). Ainsi, le pouvoir protecteur de la purée des haricots pour les spores de C. sporogenes PA 3679 a été mis en évidence. En conclusion, deux combinaisons permettant un traitement efficace contre les spores de C. sporogenes PA 3679 ont été suggérées. La première est une combinaison d’une solution d'acétate de potassium électro-activée à 400 mA pendant 60 minutes combinée avec de la nisine à une concentration de 1000 UI/mL et un traitement thermique modéré de 95 °C pendant 15 minutes. La seconde consiste à combiner une solution de citrate de potassium électro-activée à 400 mA pendant 60 minutes avec la nisine à une concentration de 1000 UI/ml et un traitement thermique de 115 °C pendant 15 minutes. / The severe heat treatments used for the preservation of foods, especially the canned, is associated with different disadvantages ranging from high energy costs of the process to the deterioration of the nutritional and organoleptic value of the processed foods. Currently, consumers are increasingly turning their attention to the consumption of safe, low-processed foods with high nutritional value and organoleptic value. Thus, in order to meet their needs (requirements) and to minimize the negative effects of the processing technologies, due to the high heat treatments, the search of new food preservation techniques is necessary. Thus, the main aim of this work was to find an alternative method of food preservation in order to produce low-processed foods with respect to two main characteristics: high nutritional value and microbial safety. To reach this objective, four aqueous solutions; namely potassium acetate and potassium citrate with or without KCl added, were electro-activated in an electro-activation reactor composed of three section separated by anion and cation exchange membranes. Once electro-activated, these solutions were combined with moderate heat treatments and nisin at different concentrations. The synergistic activity of all these factors (hurdles) was tested under model conditions and in a food matrix on the inactivation of Clostridium sporogenes PA 3679 spores, used as a non-pathogenic surrogate of Clostridium botulinum. First, the selected aqueous solutions were electro-activated at different current intensities (100, 200, 300 and 400 mA) during one hour. For each type of solution, only solutions with the lowest pH and highest oxido-reduction potential (ORP) were selected to be used in the present study. After that, the selected electro-activated solutions were tested, alone and in combination with moderate heat treatments, for their inactivation effect towards C. sporogenes PA 3679 spores under model conditions (direct contact between the electro-activated solutions and the spores). The obtained results showed high effectiveness of these solutions and the detected sporicidal effect was validated by observation under transmission electron microscope. Finally, the efficacy of the combined treatments was tested against C. sporogenes PA 3679 spores in a green bean puree. The obtained results showed some buffering capacity induced by the organic matter of the puree which was able to significantly decrease the degree of inactivation of C. sporogenes PA 3679 spores compared to the effect we detected in the model conditions. The combination of nisin with the electro-activated solutions and moderate heat treatments was able to recover the initial sporicidal activity which was obtained under the model conditions. The final sporicidal activity detected was validated under transmission electron microscopy. Moreover, this study showed that when tested in intact stems of green beans, the sporicidal activity was very high. These results permitted to validate the protective effect induced by the bean puree to the C. sporogenes PA 3679 spores. In conclusion, two combinations that can be successfully used as effective hurdle were selected. The first one is a combination of an electro-activated potassium acetate solution under 400 mA during 60 min, nisin at a concentration of 1000 IU/mL and a moderate heat treatment of 95 °C applied during 15 minutes. The second hurdle consists of combining an electro-activated solution of potassium citrate under 400 mA during 60 min with 1000 IU/ ml of nisin and a heat treatment of 115 °C applied during 15 minutes. Thus, according to the obtained results, it can be suggested that under appropriate canning conditions, the process can be limited to the blanching step which be conducted at 95 °C.

Les amibes sont des eucaryotes unicellulaires qui ingèrent des bactéries par phagocytose pour se nourrir. Les proies sont dégradées au cours de la maturation des phagosomes. Cependant, certaines bactéries pathogènes intracellulaires résistent à la phagocytose. Dans l'amibe, les bactéries acquièrent un enrobage multilamellaire protéolipidique provenant de la cellule hôte appelé corps multilamellaires (CML). Une fois exocytées, les bactéries enrobées sont plus résistantes à divers stress. À ce jour, le mécanisme d'enrobage bactérien reste toujours nébuleux. En utilisant l'amibe modèle Dictyostelium discoideum, il a été possible de reproduire la formation de CML et de les analyser en microscopie. Par la création d'un protocole de production et de purification des CML, les protéines totales ont été extraites des structures puis analysées par spectrométrie de masse. Plus de 24 protéines ont été identifiées comme composantes des CML. L'identification de ces protéines va permettre de mieux comprendre le mécanisme d'enrobage bactérien.

La formation de méthylmercure, la forme la plus toxique du mercure, est due à l’activité bactérienne anaérobie. Afin de connaître la contribution des compartiments microbiens (biofilms, eaux brutes, sédiments) dans la méthylation du mercure, nous avons évalué les vitesses de méthylation d’échantillons de mares de région tempérée (Lorraine) et subarctique (Québec, Canada). Si les bactéries des biofilms ne semblent pas plus méthylantes que d’autres, le sédiment apparait comme le compartiment le plus méthylant en lien avec la concentration en nutriments ainsi qu’avec la température. Ainsi, les changements climatiques actuels, en augmentant la température de l’eau et en favorisant l’activité biologique, peuvent faire de ces mares des sites préférentiels de la méthylation du mercure en milieu subarctique. Enfin, l’activité des biofilms a mené à la formation de rouille verte, un minéral capable de réduire HgII en mercure élémentaire, concurrençant ainsi la méthylation bactérienne / Monomethylmercury formation, the neurotoxic form of mercury, is mainly linked to anaerobic microbial activity. In order to assess the relative contribution of several microbial compartments (biofilms, raw water and sediment) we evaluated methylation of samples from ponds of temperate area (Lorraine, France) and from subarctic ponds (Nunavik, Quebec). Biofilms were not found to specifically promote mercury methylation, whereas sediment emerges as the main compartment involved in mercury methylation. The formation of methylmercury is positively linked to the temperature and to nutrients. Thus, by increasing the open water period, the water temperature and of the microbial activity, current climate changes may turn these ponds in preferential location for mercury methylation in the subarctic ecosystem. Finally, the reactivity of green rust, a mineral which can be produced by bacterial activity of environmental biofilms, may compete with mercury methylation by reducing HgII into Hg0

Reconnu par leur effet toxique, inhibiteur et corrosif, les sulfures (S2-, SH-, SH2) sont un sous-produit indésirable de la digestion anaérobie des boues de station de traitement des eaux domestiques de la ville de Marrakech, Maroc (STEP). Ils proviennent essentiellement de la réduction "dissimilatrice" des composés soufrés (SO4 2-, SO3 2-, S2O4 2- ..) contenus dans ces boues. Ce processus est réalisé par un groupe bactérien anaérobie appelé bactéries sulfatoréductrices (BSR). Une fois dans le biogaz, les sulfures sous forme gazeuse réduisent en plus la durée de vie des installations et des équipements de la STEP. Elle est ainsi dotée d’installations biologiques et physico-chimiques lui permettant d’éliminer ces sulfures avant la transformation du biogaz en énergie électrique. Cependant, ces procédés sont onéreuses et grandes consommatrices d’énergies. D’où l’idée de minimiser la production des sulfures au sein même des digesteurs anaérobies. Pour cela, il était nécessaire d’abord de connaître les microorganismes à l'origine de la production des sulfures (BSR), ceux potentiellement impliqués dans leur élimination (bactéries sulfo-oxydantes), et d’un groupe de microorganismes fermentaires (Synergistetes) intervenant dans le bon fonctionnement de la digestion anaérobie. Ces études ont été menées à la fois sur des d'approches moléculaires et culturales. Les résultats obtenus, ont permis de comprendre comment ces groupes bactériens, d’intérêts écologique et économique importants, interviennent dans la digestion anaérobie des boues de la STEP permettant à la fois d’accélérer les processus d’oxydation de la matière organique combinée à la réduction des composés soufrés et de minimiser la concentration des en sulfure dans le biogaz. / Recognized by their toxic, inhibitory and corrosive effect, sulfides (S2-, SH-, H2S) are an undesirable by-product of the anaerobic digestion of from domestic wastewater treatment plants sludge in the city of Marrakech, Morocco (WWTP). They produced mainly by the dissimilatory reduction of sulfur compounds (SO42-, SO32-, S2O42-) contained in these sludges. This process is performed by an anaerobic bacterial group called sulfate reducing bacteria (SRB). Once in the biogas, the sulfides in gaseous form shorten in addition the lifetime of the installations and equipments of the WWTP. It is thus equipped with biological and physicochemical installations allowing it to eliminate these sulfides before the transformation of biogas into electrical energy. However, these processes are expensive and consume large amounts of energy. Hence the idea of minimizing the production of sulfides within anaerobic digesters. For this, it was first necessary to know the microorganisms originating of the production of sulfides (SRB), those potentially involved in their elimination (sulfur oxidizing bacteria), and a group of fermentative microorganisms (Synergistetes) involved in the good functioning of the anaerobic digestion. These studies were conducted on both molecular and cultural approaches. The results obtained allowed to understand how these bacterial groups, of great ecological and economic interest, are involved in the anaerobic digestion of sludge from the WWTP, which both accelerates the oxidation processes of the organic matter combined with the reduction of sulfur compounds and to minimize the concentration of sulfide in biogas.

Rhodococcus fascians is a Gram-positive phytopathogenic bacterium which induces the development of leafy galls, local amplifications of multiple buds, on most infected plants. This process is linked to the production of phytohormones along with the presence of essential virulence-associated genes like the plasmid loci att and fas and the chromosomal gene vicA. However, the presence of these genes is not sufficient to ensure the infection phenotype development, indicating that other genes play a role in R. fascians pathogenicity. In this work, we studied the metabolic modifications occurring when the bacterium interacts with its host using a proteomic approach. A comparison between virulent and avirulent strains showed variations in the expression of catalases. In the virulent strain, besides the transitory induction of the att locus expression, the bacterium changes its metabolism from the Krebs cycle to the glyoxylate shunt, a process which is frequently observed in bacteria confronted to a hostile environment. The expression of the shunt-specific enzyme isocitrate lyase increased, while expression of fumarate hydratase and pyruvate dehydrogenase decreased. Hence, we focused on the link between the glyoxylate shunt and virulence. A screening of a R. fascians mutant library based on the capacity of bacteria to use acetate as the sole carbon source, a metabolic pathway depending on the glyoxylate shunt, resulted in the identification of a new gene essential for R. fascians pathogenicity. This gene encodes a glycosyl transferase, an enzyme known to be involved in the bacterial cell wall biosynthesis but possibly also implicated in cytokinin secretion. A mutant in this gene harboured an altered colony phenotype and could not induce malformations on infected plants. Accordingly, our results were integrated in the leafy gall pathology model recently presented by Stes et al. (2011). Finally, the several questions that are raised by this work, allowed us to suggest further research perspectives in order to unveil a little more of the R. fascians mysterious ways to interact with the plant./Rhodococcus fascians est une bactérie Gram-positive phytopathogène qui induit le développement de galles feuillées, des amplifications locales de multiples bourgeons, sur la plupart des plantes infectées. Ce processus est lié à la production de phytohormones ainsi qu’à la présence de gènes essentiels associés à la virulence tels que les loci plasmidiques att et fas et le gène chromosomique vicA. Cependant, la présence de ces gènes ne suffit pas à garantir le développement du phénotype d’infection, indiquant que d’autres gènes jouent un rôle dans la pathogénicité de R. fascians. Dans ce travail, nous avons étudié les modifications métaboliques qui se produisent lorsque la bactérie interagit avec son hôte par une approche protéomique. Une comparaison entre les souches virulente et avirulente a mis en évidence des variations d’expression au niveau des catalases. Dans la souche virulente, outre l’induction transitoire de l’expression du locus att, la bactérie change son métabolisme pour passer du cycle de Krebs au shunt du glyoxylate, un processus fréquemment observé chez les bactéries confrontées à un environnement hostile. L’expression de l’isocitrate lyase, enzyme spécifique au shunt, augmente, tandis que celle de la fumarate hydratase et de la pyruvate déhydrogénase diminue. Nous nous sommes donc intéressés au lien entre le shunt du glyoxylate et la virulence. Le screening d’une banque de mutants de R. fascians basé sur la capacité de la bactérie à utiliser l’acétate comme seule source de carbone, une voie métabolique dépendant du shunt du glyoxylate, a permis d’identifier un nouveau gène essentiel pour la pathogénicité de R. fascians. Ce gène code pour une glycosyl transferase, une enzyme impliquée dans la biosynthèse de la paroi bactérienne mais également dans la sécrétion des cytokinines. Un mutant dans ce gène présente un phénotype de colonie altéré et ne peut induire de malformations chez les plantes infectées. Finalement, nos résultats et les pistes d’interprétations que nous avons émisent nous permettent de compléter le modèle de l’interaction R. fascians-plante proposé récemment par Stes et al. (2011). Des perspectives de recherches visant une meilleure compréhension de ce pathosystème sont proposées. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished