L'utilisation de virus de bactéries ou bactériophages pourrait être un complément efficace à l’antibiothérapie. Mon travail a porté sur la caractérisation de bactériophages dirigés contre l’espèce Pseudomonas aeruginosa, pathogène opportuniste responsable d'infections des voies respiratoires des patients atteints de mucoviscidose.J'ai tout d'abord déterminé la sensibilité des souches mucoviscidosiques au Pyophage (un cocktail de phages thérapeutiques Géorgien) et identifié six phages lytiques de quatre genres différents. Environ 15% des souches sont résistantes au Pyophage. Ensuite, en utilisant les souches cliniques multi-résistantes aux phages comme bactérie d’enrichissement, 32 phages ont été obtenus à partir des eaux usées de France et Côte d’Ivoire. Tous les phages analysés sont caudés et distribués au sein de dix genres parmi lesquels six exclusivement lytiques. J'ai identifié des souches bactériennes qui demeurent insensibles à tous les phages. J'ai montré que le système CRISPRs-Cas n'est pas associé à la résistance des souches aux phages lytiques. / The use of viruses of bacteria commonly called bacteriophages could constitute an efficient complement to antibiotics. During my PhD, I have characterized phages infecting the opportunistic pathogen Pseudomonas. aeruginosa, responsible for lung infections in cystic fribrosis patients. Firstly, I investigated the efficiency of Pyophage (a cocktail of phages therapeutic Georgian) on clinical P. aeruginosa strains and recovered six lytic phages from four different genus. The Pyophage appears to be unactive on approximately 15% of clinical strains. Secondly, and using multi-phages resistant strains as enrichment bacteria, 32 phages were isolated from waste water of France and Côte d’Ivoire. All phages are tailed and distributed within ten different genus including six exclusively lytic. I identified bacterial strains which remain insensitive to all phages. I also demonstrated that the CRISPRs-cas system plays no role in the resistance of strains to lytic phages.

L'utilisation de virus de bactéries ou bactériophages pourrait être un complément efficace à l'antibiothérapie. Mon travail a porté sur la caractérisation de bactériophages dirigés contre l'espèce Pseudomonas aeruginosa, pathogène opportuniste responsable d'infections des voies respiratoires des patients atteints de mucoviscidose.J'ai tout d'abord déterminé la sensibilité des souches mucoviscidosiques au Pyophage (un cocktail de phages thérapeutiques Géorgien) et identifié six phages lytiques de quatre genres différents. Environ 15% des souches sont résistantes au Pyophage. Ensuite, en utilisant les souches cliniques multi-résistantes aux phages comme bactérie d'enrichissement, 32 phages ont été obtenus à partir des eaux usées de France et Côte d'Ivoire. Tous les phages analysés sont caudés et distribués au sein de dix genres parmi lesquels six exclusivement lytiques. J'ai identifié des souches bactériennes qui demeurent insensibles à tous les phages. J'ai montré que le système CRISPRs-Cas n'est pas associé à la résistance des souches aux phages lytiques.

La diversité des génomes de virus infectant les bactéries, les bactériophages (ou phage en abrégé), est telle qu’il est difficile de les classer de manière satisfaisante, la notion d’espèce elle-même ne faisant pas accord dans la communauté scientifique. A la racine de cette diversité, un des facteurs clé est la recombinaison de l’ADN, qui est élevée chez les bactériophages, et permet des échanges de gènes entre entités parfois fort différentes. Mes travaux se sont centrés sur la recombinaison homologue chez les bactériophages, et en particulier sur la protéine centrale de ce processus, la recombinase. J’ai montré pour deux grands types de recombinases phagiques, de type Rad52 et Sak4, que celles-ci étaient beaucoup moins fidèles dans le processus de recombinaison, comparées à la recombinase bactérienne RecA. De plus, pour Sak4, j’ai observé que cette recombinaison se produisait par appariement simple brin, et qu’elle dépendait entièrement in vivo d’une SSB phagique, dont le gène est situé à proximité du gène sak4 sur le chromosome du phage. Les échanges génétiques sont donc grandement facilités pour les phages contenant ce type de recombinases, mais ils ne sont pas non plus anarchiques : la recombinaison s’observe jusque 22% de divergence, mais deux séquences à 50% de divergence ne peuvent recombiner. Tout se passe donc comme si la notion d’espèce devait être élargie chez les phages par rapport aux bactéries, pour inclure dans un même groupe des génomes portant des traces d’échanges récents de matériel génétique par recombinaison homologue (ce que l’on appelle le mosaïcisme). / The diversity of the viruses infecting bacteria (bacteriophages, or phages for short) is so important that it is difficult to classify them in a pertinent way, and the species notion itself is a matter of debate among specialists. At the root of this diversity, one of the key factors is DNA recombination, which occurs at high levels among phages, and permits gene exchanges among entities that are sometimes very distant. My research has focused on homologous recombination in phages, and in particular on the protein that is key to the process, the recombinase. I have shown, for two different types of recombinases, Rad52-like and Sak4-like, that their fidelity was relaxed, compared to the bacterial recombinase, RecA. Moreover, for Sak4, a protein that had not been studied before, I showed that recombination occurs by single strand annealing, and that it is strictly dependent in vivo on the co-expression of its cognate SSB protein, whose gene is often encoded nearby in phage genomes encoding sak4. Genetic exchanges are therefore greatly facilitated for phages encoding these types of recombinases. Nevertheless, exchanges are not anarchical: recombination is seen up to 22% diverged substrates, but 50% diverged DNA sequences will not recombine. It may be that the species notion should be enlarged for phages, so as to include into a same group all phages exhibiting traces of recent exchanges of genetic material (the so-called mosaicism).

Les bactériophages sont des virus qui injectent leur génome dans une bactérie après fixation à des récepteurs sur la surface de celle-ci, puis effectuent un cycle de multiplication de leur ADN, la synthèse des protéines de structure, l’encapsidation du génome viral et la lyse de la bactérie. Les phages virulents réalisent uniquement des cycles lytiques alors que les phages tempérés peuvent également intégrer leur génome dans celui de la bactérie, donnant ainsi naissance à une bactérie dite lysogène. Les phages peuvent parfois être maintenus dans la bactérie sans effectuer un cycle lytique ni s’intégrer, dans un état encore peu compris, connu sous le nom de pseudolysogénie. Pseudomonas aeruginosa est une espèce bactérienne présente dans l’environnement et associée à de nombreux hôtes, végétaux et animaux. Elle est responsable de graves infections nosocomiales et on observe de plus en plus souvent des souches multirésistantes aux antibiotiques, ayant une grande capacité à former des biofilms, et en conséquence très difficiles à éradiquer. Il faut donc absolument trouver des approches thérapeutiques nouvelles telle que la phagothérapie. De nombreuses données cliniques obtenues dans les pays de l’est de l’Europe et en Russie attestent de l’efficacité et de l’innocuité de la phagothérapie, mais il reste des incertitudes en particulier concernant la nature et la fréquence des résistances naturelles. Notre projet vise à évaluer le potentiel thérapeutique des phages et à mieux comprendre la dynamique de leur interaction avec leur hôte. Nous avons étudié les mécanismes de résistance mis en place par la souche de P. aeruginosa, PAO1, à quatre bactériophages virulents appartenant à des genres différents: deux podovirus, Ab05 (ФKMV-like) et Ab09 (LIT1-like), et deux myovirus, Ab27 (PB1-like) et Ab17 (KPP10-like), tous isolés par notre laboratoire. Des infections simples ou multiples de PAO1 ont été réalisées, et une collection de variants résistants aux phages a été isolée et étudiée. La fréquence des bactéries résistantes était de 10⁻⁵ pour l'infection par un phage seul et 10⁻⁶ pour les infections par des combinaisons de deux ou quatre phages. Le phénotype et la mobilité des variants résistants étaient fréquemment affectés.Le génome de 27 variants a été entièrement séquencé par la technologie Illumina, et la comparaison avec le génome de la souche PAO1 a permis l'identification de mutations ponctuelles ou de petites indels. Quatre variants supplémentaires ont été caractérisés par une approche «gène candidat». Des mutations affectant 14 gènes différents et 1 région régulatrice ont été observées. Les gènes mutés codent pour des protéines impliquées dans la biosynthèse des pili de type IV (T4P) et des lipopolysacharides (LPS), très fréquemment utilisés comme récepteurs par les phages. Des mutations de la synthèse des alginates ont été également observées. La moitié des variants possède des mutations de variation de phase qui se sont révélées être instables. Par contre, les gènes impliqués dans la biosynthèse du T4P montrent des délétions stables. Nous avons aussi observé que la pseudolysogénie est une conséquence fréquente de l'infection par ces phages virulents et que la sélection de mutants (très souvent des mutants doubles) est favorisée par la production continue de phages par les pseudolysogènes. La présence d'ADN de phage libre a été observée en liaison avec l'exclusion de surinfection. Pour conclure, si les phages sélectionnent des bactéries résistantes possédant des altérations dans les gènes impliqués dans la biogenèse ou la régulation des déterminants de la virulence, celle-ci sera probablement modifiée, d'une manière bénéfique ou préjudiciable, ce qui reste à étudier. L'utilisation du cocktail par rapport à l’infection simple, ne réduit pas de manière significative la fréquence de la résistance aux phages et en outre, nous montrons que la pseudolysogénie est un acteur majeur de la sélection de mutations. / Bacteriophages are obligate parasites of bacteria that can be defined as virulent or temperate according to their lifestyle: virulent phages perform a lytic cycle by injecting their genome in the bacterial cell and immediately multiply. Temperate phages, instead, can either perform a lytic, or a lysogenic cycle by integrating their genome into the bacterial chromosome and persisting in a dormant state until the lytic cycle is resumed. The viral genome can also be maintained in the bacterial cell in an episomal form for an undetermined period of time in a stage known as pseudolysogeny. P. aeruginosa, a bacterium commonly found in the environment and in association with many hosts including plants and animals, is responsible for severe nosocomial infections. A proportion of clinical strains are multidrug-resistant, possessing a high ability to form biofilms which are very difficult to eradicate with conventional treatments. It is therefore essential to find new therapeutic approaches, such as phage therapy. Numerous clinical data obtained in Eastern Europe and Russia attest the effectiveness and safety of phage therapy. However, there remain uncertainties related to their therapeutic use and particularly the high frequency of natural resistance. Our project aimed to better understand the dynamic of phage/bacteria interactions by studying the resistance mechanisms acting in the reference strain P. aeruginosa PAO1, against virulent phages. Infections were performed by combining phages belonging to four different genera: Ab05, a ФKMV-like podovirus, Ab09, a LIT1-like podovirus, Ab27, a PB1-like myovirus and Ab17, a KPP10-like myovirus, all isolated in our laboratory. Single or multiple infections of P. aeruginosa PAO1 were performed, and a collection of phage-resistant variants was isolated and analysed. The frequency of phage-resistant variants selection was 10⁻⁵ for single phage infection, and 10⁻⁶ for infections with cocktails of two or four phages. The phenotype and mobility of the variants was often affected, as compared to the parental strain. The genome of 27 variants was entirely sequenced by Illumina technology in order to identify mutations responsible for the resistance. Other variants were analysed by a candidate gene approach. We identified point mutations or small indels: in total, 27 independent mutations affected 14 genes and 1 regulatory region. The affected genes encode proteins involved in biosynthesis of type IV pili (T4P) and lipopolysaccharide (LPS), frequently used as receptors by the phages. Other mutations were observed in genes necessary for alginate production. Of interest, we found that half of the variants with mutations in genes involved in LPS biosynthesis possessed unstable phase variation mutations, responsible for translation frameshift. In contrast, genes involved in pilus type IV biogenesis were mainly subjected to deletions. Surprisingly, the presence of free phage DNA was found in association with exclusion of superinfection in half of the variants and no chromosomal mutation could be found in three of them. Thus, we showed that pseudolysogeny is a frequent outcome of infection by virulent phages of P. aeruginosa. Moreover, double mutants were selected at high frequency and this could presumably due to evolutionary pressure exerted by re-activation of lytic cycle in some cells of the pseudolysogen population. In conclusion, if phage predation selects for variants with alterations in genes involved in biogenesis or regulation of virulence determinants such as LPS or alginate, the resulting phage-resistant variants could potentially exhibit altered levels of virulence in a beneficial or detrimental way. The use of cocktail does not lower significantly the frequency of phage-resistance and in addition we show that pseudolysogeny is a major actor in the selection of mutations.

P. aeruginosa fait partie des bactéries classées comme multirésistantes. Ce bacille est un agent pathogène opportuniste susceptible d’être présent dans les réseaux d’eau. Les contaminations sont souvent localisées au niveau des points d’usage et sont à l’origine de risques sanitaires et économiques pour les établissements de santé et les industries. Bien que différents procédés de traitements soient couramment appliqués certaines contaminations persistent sous la forme de biofilm et altèrent la qualité de l’EDCH, tout en devenant un potentiel réservoir de dissémination. L’absence de traitements efficaces et l’impact négatif des biocides sur l’environnement sont en faveur du développement de nouvelles alternatives. Les bactériophages sont exclusivement des virus de bactéries. Ces prédateurs naturels sont omniprésents dans l'environnement, ce qui nous permet de disposer d'une grande diversité et ont l’avantage des’auto-répliquer en présence de leur hôte. Dans ce contexte, cette étude évalue le potentiel de ces virus en tant qu'agents de biocontrôle pour éliminer les biofilms de P. aeruginosa. Neuf souches de P. aeruginosa, incluant la souche référence PAO1 et des souches environnementales, ont été utilisées pour étudier l'activité de neuf phages appartenant à la famille des Caudovirales. Un screening a été réalisé permettant par la méthode des spots test de sélectionner les phages les plus efficaces et les souches sensibles. Les bactéries ont ensuite été cultivées dans un milieu mineral minimum et l'efficacité des phages a été étudiée sur une culture exponentielle. Le suivi de la densité optique a permis de mettre évidence trois profils d’activités différents. Sur la base de ces résultats, deux phages et deux souches ont été conservés pour réaliser des tests sur des biofilms de 24 h implantés à la surface de coupons en INOX, représentatif des surfaces industrielles ou thermales. L’efficacité du traitement par les phages durant 14 h a été évaluée par qPCR viable. Une réduction maximale de 1,7 équivalent Log UFC.cm2 /coupon a été obtenu selon le couple étudié. Les résultats mettent également en avant une répartition des phages en faveur des cellules planctoniques, contrôlant ainsi efficacement la dissémination du biofilm dans l’environnement. Cette étude met en évidence une action des phages qui est dépendante de la souche de P. aeruginosa ainsi que de l'état physiologiques des cellules (planctoniques ou sessiles) ce qui rend difficile l’élimination d’un biofilm, même jeune. Dans le but d’améliorer l’infection de ces structures il pourrait être envisagé d'associer l'activité de plusieurs phages dans un cocktail ou de les combiner à d'autres molécules d’intérêts. / P. aeruginosa is one of the bacteria classified as multiresistant. This bacillus is an opportunistic pathogen that may be present in water networks. Contaminations are often located at the point of use and are at the origin of health and economic issues for health facilities and industries. Although different treatment processes are commonly applied, certain contaminations persist in the form of biofilm, alter the quality of EDCH and represent a reservoir of dissemination. The lack of effective treatments and the negative impact of biocides on the environment favor the development of new alternatives. Bacteriophages are exclusively bacterial viruses. These natural predators are ubiquitous in the environment, which allows us to have a great diversity, and have the advantage of self replicationin the presence of their host. In this context, this work explores the potential of these viruses as biocontrol agents to eliminate P. aeruginosa biofilms in addition to existing solutions. Nine strains of P. aeruginosa, including PAO1 reference strain and environmental strains were used to study the activity of nine phages belonging to the family Caudovirales. A screening was carried out allowing by the spottest method to select the most effective phages and sensitives trains. A screening was carried out allowing by the spot test method to select the most effective phages and sensitive strains. Bacteria were then cultivated in a mineral minimum medium and the efficiency of the phages was studied on an exponential culture phase. Monitoring of optical density has enabled to highlight three different activity profiles. On the basis of these results, two phages and two strains were kept for testing on 24-hour biofilms implanted on the surface of stainless steel coupons, representative of industrial or thermal surfaces. The efficacy of phage treatment for 14 h was evaluated by viable qPCR. A maximum reduction of 1.7 log equivalent UFC.cm2 / coupon was obtained according to the couple studied. The results also highlight a phage distribution in favor of planktonic cells, effectively controlling the release of biofilm into the environment. This study demonstrates a phage action that is dependent on the P. aeruginosa strain as well as the physiological state of the cells (planktonic or sessile). The complexity of the biofilms’ structure makes it difficult to eliminate them, even when young. In order to improve the infection of these structures it could be considered to associate the activity of several phages in a cocktail or to combine them with other molecules of interest.

La résistance des bactéries aux antibiotiques est devenue un problème majeur dans la lutte aux infections bactériennes. En effet, plusieurs bactéries telles que Pseudomonas aeruginosa ont développé des mécanismes de résistance aux antibiotiques. Le développement de nouveaux agents antibactériens s'impose donc. Étant donné que les virus de type bacteriophage sont des pathogènes naturels des bactéries, ils représentent une approche intéressante dans le but de développer de nouveaux agents antibactériens. Pour ce faire, nous avons entrepris des études sur les mécanismes moléculaires qui permettent aux bacteriophages de lyser les bactéries. Dans le cadre de cette étude, nous avons évalué les interactions potentielles entre l'endolysine du phage <)>KZ (gpl44) et des membranes modèles. Nous avons constaté que gpl44 interagit préférentiellement avec les membranes anioniques bactériennes. Nos études suggèrent aussi que la structure de la protéine n'est pas affectée de façon significative par la présence des lipides. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons étudié des protéines de soie d'araignée naturelle et transgénique. Les fibres de soie d'araignée sont parmi les matériaux structuraux les plus évolués dans la nature. En effet, la soie, tout en étant très solide, possède une grande extensibilité. Comme ce type de matériau peut servir à de nombreuses applications, Nexia Biotechnologies Inc. a entrepris la production de soie d'araignée transgénique. Le but de notre étude est donc de déterminer l'influence de paramètres de production de la soie naturelle et transgénique sur la structure et la dynamique des protéines de fibres de soie et, éventuellement, de relier ces observations aux propriétés mécaniques de la soie. Nos études ont permis de déterminer que la vitesse de filage a une influence sur la dynamique des échantillons de soie naturelle. Pour ce qui est des différents types de soie naturelle étudiées soit la soie de la glande ampullacée majeure, mineure et de cocon, nous avons noté que bien qu'elles possèdent toutes les mêmes structures secondaires, des différences majeures ont été notées au niveau de la dynamique des échantillons. Nous avons aussi étudié des échantillons de soie transgénique produits par filage humide. Nous avons observé que peu importe la forme de l'échantillon transgénique étudié, il semble que ce soit la dynamique des échantillons qui soit critique pour obtenir des échantillons de soie recombinante possédant les mêmes propriétés mécaniques que la soie naturelle et non la structure secondaire de la protéine.

Depuis la découverte de la pénicilline par Sir Alexander Fleming, les antibiotiques ont joué un rôle primordial et incontestable en médecine moderne en aidant à combattre les infections bactériennes. Cependant, les bactéries ont la capacité de se protéger par différents moyens des molécules antibiotiques. La surutilisation de ces molécules a accéléré le phénomène de résistance aux antibiotiques, rendant difficile, voire impossible, le traitement de certaines maladies infectieuses par cette approche. La résistance aux antibiotiques est une problématique d’envergure mondiale qui touche aussi négativement l’aquaculture, où les infections bactériennes peuvent causer d’importantes pertes économiques. L’une de ces bactéries est Aeromonas salmonicida subsp. salmonicida, l’agent étiologique de la furonculose. Bien qu’il fût déjà connu que plusieurs souches de cette bactérie étaient porteuses de plasmides conférant des résistances aux antibiotiques, l’ampleur de la problématique était encore inconnue. Les bactériophages (phages) sont des virus infectant spécifiquement les bactéries. Cette capacité à lyser les bactéries leur a valu d’être utilisés dans un contexte thérapeutique presque dès leur découverte au début du 20e siècle. Cependant, l’avènement des antibiotiques a fait en sorte que la thérapie par les phages a été oubliée dans plusieurs pays occidentaux. Maintenant que la résistance aux antibiotiques est devenue une inquiétude pour la pérennité de notre société, plusieurs études suggèrent que la thérapie par les phages pourrait être une alternative ou un complément aux traitements par antibiotiques. La présente thèse avait comme objectifs : (1) d’explorer la diversité génomique causant une résistance aux antibiotiques chez A. salmonicida subsp. salmonicida et (2) d’investiguer le potentiel d’un traitement par les phages pour contrer les infections causées par cette bactérie. Il a été possible de mettre à jour et de caractériser cinq nouveaux plasmides avec des gènes de résistance aux antibiotiques chez A. salmonicida subsp. salmonicida. De plus, la présence de deux de ces plasmides (pAB5S9b et pSN254b) causent une résistance à tous les antibiotiques approuvés par le gouvernement canadien pour une utilisation par l’industrie piscicole. Avant d’investiguer la diversité des phages infectant A. salmonicida subsp. salmonicida, il était crucial de mieux connaître la bactérie d’intérêt. Plusieurs phages sont connus pour avoir un spectre lytique étroit, n’infectant ainsi que certaines souches ou certaines sousespèces d’une bactérie. Or, la structure intra-espèce d’A. salmonicida était encore mal définie. De plus, l’une des sous-espèces d’A. salmonicida, pectinolytica, est considérée comme mésophile avec la capacité de croître à 37°C, alors que les autres sous-espèces, comme salmonicida, sont limitées à des températures d’environ 20°C et sont par conséquent qualifiées de psychrophiles. En caractérisant de nouvelles souches mésophiles, mes travaux ont mis en lumière que les séquences d’insertion peuvent être une raison pour expliquer cette dichotomie. De plus, il a été possible de démontrer une grande diversité génétique chez les souches mésophiles, comparativement à celles psychrophiles. Afin de vérifier le potentiel d’un traitement par les phages contre la furonculose, trois phages spécifiques à A. salmonicida subsp. salmonicida ont été isolés de l’environnement. L'ADN de ces phages, en plus de celui de neuf autres disponibles à la collection Félix d’Hérelle, a été séquencé à haut-débit sur un appareil MiSeq d’Illumina. En comparant ces séquences génomiques à celles déjà disponibles publiquement, il a été possible de déterminer six groupes génomiques de phages contre A. salmonicida subsp. salmonicida. Les 12 phages disponibles pour la présente étude ont été testés sur 65 souches d’A. salmonicida (incluant des sous-espèces autres que salmonicida), permettant de dresser un portrait de la capacité lytique de chacun de ces virus. Cette analyse a mis en lumière trois groupes de phages ayant des capacités lytiques variables. De plus, il a été possible de montrer que d’autres sous-espèces d’A. salmonicida psychrophiles peuvent être infectées par les phages isolés à partir de la sous-espèce salmonicida. Cependant, les souches mésophiles d’A. salmonicida sont insensibles à ces phages. Cette étude doctorale a montré que la résistance aux antibiotiques est un problème d’envergure dont l’ampleur était insoupçonnée chez A. salmonicida subsp. salmonicida. Elle a aussi permis d’investiguer le potentiel de la thérapie par les phages. / Since the discovery of penicillin by Sir Alexander Fleming, antibiotics have played a paramount and indisputable role in modern medicine in helping to treat bacterial infections. However, bacteria have the ability to protect themselves against antibiotics by various mechanisms. The overuse of these molecules has accelerated the phenomenon of antibiotic resistance, making it difficult, if not impossible, to treat certain bacterial infections. Antibiotic resistance is a global problem that also negatively affects aquaculture, where bacterial infections can cause significant economic losses. One of these bacteria is Aeromonas salmonicida subsp. salmonicida, the etiologic agent of furunculosis. Although it was already known that several strains of this bacterium were carriers of plasmids conferring resistance to antibiotics, the extent of the problem was still unknown before this study. Bacteriophages (phages) are viruses specifically infecting bacteria. Their ability to lyse bacteria has been used in a therapeutic context almost as soon as they were discovered at the beginning of the 20th century. However, the advent of antibiotics has meant that phage therapy was forgotten in several Western countries. Now that antibiotic resistance has become a significant concern for the sustainability of our society, several studies suggest that phage therapy could be an alternative or supplement to antibiotic treatments. The objectives of this thesis were: (1) to explore the genomic diversity causing resistance to antibiotics in A. salmonicida subsp. salmonicida and (2) to investigate the potential of phage therapy to treat infections caused by this bacterium. Five new plasmids conferring antibiotic resistance to A. salmonicida subsp. salmonicida were discovered and characterized. Two of these plasmids, pAB5S9b and pSN254b, cause resistance to all antibiotics approved by the Canadian government for use in the fish industry. Before investigating the diversity of phages infecting A. salmonicida subsp. salmonicida, it was crucial to better know the bacterium of interest. Several phages are known to have a narrow host spectrum, infecting certain strains or subspecies. Until the present doctoral study, the intra-species structure of A. salmonicida was poorly defined. In addition, one of the subspecies of A. salmonicida, pectinolytica, is considered mesophilic with the ability to grow at 37°C, while other subspecies, such as salmonicida, are limited to growth temperatures around 20°C and are therefore considered psychrophilic. By characterizing new mesophilic strains, we found that insertion sequences may be a reason for this dichotomy. In addition, it was possible to demonstrate a high genetic diversity in mesophilic strains compared to psychrophilic strains. In order to verify the potential of phage treatment against furunculosis, three phages specific to A. salmonicida subsp. salmonicida were isolated from the environment. The genomic DNA of these phages, in addition to that of nine other phages available at the Felix d'Hérelle collection, was sequenced on an Illumina MiSeq device. By comparing these genomic sequences to those already available publicly, it was possible to determine six genomic groups of phages infecting A. salmonicida subsp. salmonicida. The 12 phages available were tested on 65 strains of A. salmonicida (including subspecies other than salmonicida), providing the host range of each virus. This analysis revealed three groups of phages with variable lytic capacities. In addition, it was possible to show that other psychrophilic subspecies of A. salmonicida can be infected by phages isolated from the subspecies salmonicida. However, the mesophilic strains of A. salmonicida are insensitive to these phages. This doctoral study showed that resistance to antibiotics is a large-scale problem in A. salmonicida subsp. salmonicida, and that phage therapy may represent one of the solutions to the growing concern

L’ajout de concentrés protéiques de lactosérum (CPLs) dans le fromage est limité à cause de la contamination par des phages lactiques résistants à la chaleur. En outre, les protéines de lactosérum peuvent protéger les phages contre la chaleur augmentant ainsi le risque de contamination. Le but de ce travail était d’expliquer cet effet protecteur et d’identifier un déterminant génétique responsable de la résistance thermique de phages lactiques. D’abord, l'inactivation thermique du phage résistant à la chaleur P1532 (groupe Sk1virus) a été étudiée dans des CPLs et dans trois de ses composantes majeures à 95 °C, en fonction du pH et de temps de chauffage. Les changements structuraux des protéines du lactosérum ont été suivis par spectroscopie FTIR. Les résultats d’inactivation thermique ont montré que les conditions acides des CPLs favorisent la destruction des phages laitiers par traitement thermique. Également, ils ont avéré que l’effet protecteur des protéines est dépendant du pH et du temps de chauffage, mais n'est pas dû à une protéine spécifique. Les spectres de FTIR ont montré que l’effet protecteur est relié à la structure et à l'agrégation des protéines. Ensuite, une étude plus approfondie a été menée sur cet effet protecteur, en utilisant la lactoferrine (LF) comme modèle des protéines sériques en raison de ses propriétés physico-chimiques uniques. Une évaluation détaillée de la structure tertiaire/secondaire de la LF a été effectuée en utilisant la spectroscopie FTIR ainsi que le dichroïsme circulaire. Après inactivation thermique de phage P1532, aucun effet protecteur de la LF n'a été détecté au pH neutre, alors qu’à pH 5, un effet protecteur marqué de la LF a été signalé. Les données des études spectroscopiques ont clairement montré que la LF est plus stable, au niveau de la structure tertiaire et secondaire, si elle est chauffée à pH 5 qu'à pH 7. En somme, il existe une corrélation directe entre la stabilité thermique des protéines sériques et la protection conférée au phage P1532 pendant le traitement thermique. Les résultats obtenus à cet égard offrent de nouveaux outils pour minimiser l’impact de l’effet protecteur sur les phages lactiques. Afin de mieux comprendre la résistance thermique intrinsèque des phages lactiques, un déterminant génétique a été identifié. Suite à l’exposition du phage virulent de L. lactis CB14 sensible à la chaleur (groupe Sk1virus) à des températures faibles et élevées, il a été possible d’isoler deux phages qui ont acquis une résistance thermique plus élevée. Le séquençage de leur génome a révélé une délétion de 120 pb dans le gène codant pour la TMP. Les séquences de protéines de TMP de phages mutants ont été comparées avec leurs homologues dans d'autres phages de L. lactis. L'analyse comparative a montré que la même délétion semble avoir eu lieu dans la TMP de phages thermorésistants P680 et P1532. Nous proposons que la TMP soit en partie responsable de la stabilité à la chaleur de phages lactiques. L'identification d’un déterminant génétique responsable de la résistance thermique des phages de groupe Sk1virus est une première étape pour comprendre l'émergence de ce groupe de phages thermostables, et peut conduire à des meilleures stratégies de contrôle. / The incorporation of whey protein concentrates (WPC) into cheese is a risky process due to the potential contamination with thermo-resistant phages of lactic acid bacteria (LAB). Furthermore, whey proteins can protect phages during heat treatment, thereby increasing the above risk. The objectives of this work were to understand this protective effect and to identify genetic determinant(s) responsible for the thermal resistance of lactococcal phages. First, the effect of pH and time of heating on the inactivation of lactococcal thermo-resistant phage P1532 (Sk1virus/936 group) was measured, at 95 ºC, in WPC and in three individual major whey components. The molecular structure changes of the tested proteins were also monitored by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. Phage inactivation results indicated that acidic conditions of WPC favor the destruction of dairy phages by heat treatment. Moreover, it revealed that the protective effect of whey proteins was pH and time dependent and was not restricted to one component. FTIR spectra suggest that the protection is related to protein molecular structures and to the level of protein aggregates. Then, to further investigate this protection, we used lactoferrin (LF) as a whey protein model as a result of its unique physicochemical properties. We combined FTIR and circular dichroism (CD) spectroscopies to monitor the structural conformational changes of LF. Phage inactivation results revealed a strong protective effect of LF on P1532 phage at pH 5 but none at pH 7. Spectroscopic analysis showed that LF was unfolded after heating at pH 7, while it preserved its tertiary and secondary structures when heated at pH 5. In sum, there is a direct correlation between the thermal stability of whey proteins and their ability to protect P1532 phage from heat treatment. The results obtained in this respect offer new tools to minimize the impact of the protective effect on lactococcal phages. In order understand the thermal resistance of LAB phages, we aimed to identify genetic determinant(s) responsible for the thermal resistance of lactococcal phages. After challenging CB14 heat-sensitive phage (Sk1virus/936 group) to low and high temperatures, two phages with increased thermal resistance were selected. Sequencing of their genome revealed a 120 bp deletion in the gene coding for the tape measure protein (TMP). The TMP protein sequences of mutant phages were compared with their homologues in other wild-type L. lactis phages with a wide diversity in heat stability. Comparative analysis of TMP proteins of other lactococcal phages identified the same deletions in the extremely heat-stable phages P680 and P1532. We propose that the TMP is, in part, responsible for the heat stability of the highly predominant lactococcal phages of the Sk1virus group. Identifying this genetic determinant for Sk1virus heat stability is a first step to understand the emergence of this group of thermostable phages, and may lead to improved control strategies in the cheese industry

Les infections nosocomiales sont causées par des germes opportunistes souvent résistants aux antibiotiques et persistants sur les surfaces, représentant une source constante de risque d’infection en milieu hospitalier. Dans ce contexte, l’isolement et la caractérisation de bactériophages s’attaquant spécifiquement aux bactéries nosocomiales telles que Staphylococcus aureus résistant (SARM), Enterococcus résistant (ERV), Pseudomonas aeruginosa et Acinetobacter baumanii, pourraient fournir une alternative bactéricide naturelle contre la transmission de ces infections. Des phages isolés des eaux usées, ont été sélectionnés selon leur capacité d’amplification, leur profil génomique et leur potentiel lytique envers différentes souches bactériennes cliniques. Les meilleurs ont été caractérisés en détail pour s’assurer de leur spécificité, sécurité, stabilité et efficacité préalablement à leur utilisation in vivo. Sept phages contre SARM et trois contre Acinetobacter baumanii ont été caractérisés. Quatre phages SARM s’avèrent être de bons candidats potentiels et pourraient être testés en milieu hospitalier comme agents désinfectants dans le but de lutter contre les infections nosocomiales. / Nosocomial infections are directly related to opportunistic germs, which are often resistant to antibiotics and persistent on surfaces, representing a high infectious risk in hospitals. In this context, the isolation and characterization of bacteriophages specifically targeting nosocomial bacteria such as resistant Staphylococcus aureus (MRSA), resistant Enterococcus (VRE), Pseudomonas aeruginosa and Acinetobacter baumanii, could provide a natural bactericidal alternative against the transmission of these infections. Phages, isolated from waste water, were selected according to their capacity of amplification, their genomic profile and lytic potential towards various bacterial clinical strains. The best ones were characterized in detail to primarily ensure their specificity, safety, stability and effectiveness, before studying their in vivo usage. Seven phages against MRSA and three against Acinetobacter baumanii were characterized. Four MRSA phages proved to be good potential candidates and could be tested in hospitals as disinfectant agents with the aim of fighting nosocomial infections.

Résumé : La compréhension des contraintes qui régissent l'assemblage des machineries supramoléculaires – qu'elles soient solubles ou bien ancrées dans les membranes biologiques – est un enjeu scientifique majeur.Le système de de sécrétion type VI (T6SS) est un organelle bactérien récemment mis en évidence qui a pour particularité de posséder une origine évolutive commune avec le bactériophage T4. En raison de cette origine évolutive commune, certaines sous unités du T6SS et du bactériophage T4 présentent des structures comparables. Cependant, un grand nombre des sous unités du T6SS reste à caractériser. Parmi celles-ci, les protéines SciB et SciC sont retrouvées dans tous les systèmes de sécrétion de type VI suggérant que ces deux protéines participent à la formation du "core-complexe": le complexe minimal requis pour le fonctionnement du T6SS. / The recently identified type VI secretion system has been demonstrated to be involved in most of these processes. The T6SS is a highly complex macromolecular machine that allows Gram-negative bacteria to deliver effector proteins to both prokaryotic and eukaryotic cells in a contact-dependent manner. The T6SS promotes therefore antibacterial competition, virulence towards eukaryotes or even both. The T6SS is composed of a minimal set of 13 subunits, which are currently believed to form the core apparatus. They assemble two distinct sub-complexes: one is a cytosolic contractile structure related to the tail of contractile bacteriophages, whereas the other spans the whole cell envelope. Therefore, the T6SS is generally depicted as an inverted phage tail anchored to the cell envelope through its membrane-associated complex. Contractile tails are currently thought to assemble from four structural elements: the baseplate, the internal tube, the contractile sheath and the tail terminator. The aim of my Ph.D. work was to further characterize the assembly and function of the T6SS phage tail-like complex in enteroaggregative E. coli. In this thesis document, I provide evidence that the internal tube assembles from Hcp hexamers stacked in a head-to-tail manner and that this internal cylinder is used as a template during sheath assembly. I also characterized a sub-complex of three proteins (TssEFG) that forms the baseplate of the T6SS and controls the polymerization of the tube and sheath. Finally, I recently showed that the T6SS functions like a nano-crossbow to kill target cells as the contraction of the T6SS results in prey cell death during interbacterial competition.