Les intégrons sont des plateformes génétiques bactériennes de capture et d'expression de gènes. Les intégrons cliniques sont les principaux responsables de la forte augmentation récente des bactéries multirésistantes aux antibiotiques. Cependant, dans l’environnement, ils ne représentent qu’une part minime de l’importante diversité des intégrons. Ainsi, les objectifs de cette thèse étaient (i) d’évaluer l’étendue de la diversité des intégrons dans l’environnement, (ii) de comprendre les phénomènes responsables de la structuration du pool d’intégrons dans le compartiment sédimentaire d’un milieu estuarien anthropisé et (iii) de rechercher l’existence potentielle d’intégrons indicateurs du niveau de contamination chimique.Le suivi des intégrons de classes 1, 2 et 3 et des populations d’E. coli dans des sédiments du bassin versant de la Risle impactés par des sources de contamination fécale bien caractérisées ont montré qu’en étiage, les souches d’E. coli d’origine humaine se disséminaient sur de courtes distances. Les intégrons de classe 1 se disséminent sur des distances un peu plus importantes et se maintiennent dans les 12 premiers centimètres du compartiment sédimentaire au moins.Une méthode a été développée permettant, pour la première fois, l’analyse de la diversité des intégrons via séquençage haut-débit. L’application de cette méthode sur une carotte sédimentaire de 4,8 m de profondeur prélevée dans l’estuaire fluvial de la Seine a permis de mettre en évidence plusieurs milliers de classes d’intégrons dont de nombreuses intégrases encore jamais répertoriées. La diversité des intégrons chute fortement avec la profondeur. Les intégrons de classe 1, majoritaires dans les sédiments de surface, ont une abondance qui chute fortement avec la profondeur cependant ils répondent plutôt positivement à la contamination chimique renforçant l’idée de leur utilisation comme proxy de pollutions anthropiques récentes. Trois classes d’intégrons dominent dans la vase consolidée représentant 38% des séquences obtenues dans la carotte sédimentaire mais répondant plutôt négativement à la contamination chimique. Enfin, la structure du pool d’intégrons est fortement corrélée à celle de la communauté bactérienne mais semble en partie indépendante de la communauté bactérienne dans deux des fractions sédimentaires profondes avec la dominance d’une nouvelle classe d’intégrons qui semble sélectionnée par les HAP. / Integrons are bacterial genetic platforms allowing acquisition and expression of genes. Clinical integrons play a major role in the strong increase of antibiotic multi-resistant bacteria recently observed. However, in the environment, they represent only a tiny fraction of the large integron diversity. Therefore, the aims of this thesis were (i) estimating the extent of the integron diversity in the environment, (ii) understanding phenomena responsible for integron pool structure in anthropized estuarine sediments and (iii) looking for integrons potentially proxy of chemical pollution level. The research of class 1, 2 and 3 integrons and the analysis of E. coli populations in sediments from the Risle drainage basin impacted by well-characterized fecal contamination sources show that E. coli strains with human origins were spread on short distances during low water level periods. However, class 1 integrons are spread on slightly longer distances and remain present in the 12 first centimeters of sediments at least. A methodology was developed allowing, for the first time, the analysis of integron diversity by high-throughput sequencing. In this way, the analysis of a 4.8 meter core sediment from the fluvial Seine estuary highlighted several thousands integron classes including many new integrases absent from data bases. Integron diversity decreases along with depth. Class 1 integrons are the majority integrons in surface sediments but their abundance strongly decreases in deep sediments. Class 1 integron abundance rather responds positively to chemical pollutions accentuating the idea that class 1 integrons could be used as proxy of recent anthropogenic pollutions. In the sediment core, three integron classes outshine the whole dataset: they represent 38% of all the sequences from the sediment core. However, abundances of these three majority integron classes rather respond negatively to chemical pollution levels. Integron pool structure is highly correlated to bacterial community diversity but seems to be partially independent to bacterial community diversity within two deep fractions from the sediment core: in these two sediment fractions, a new integron class outshines the rest of integron classes and seems to be specific to these two sediment fractions. Furthermore, this new integron class seems to be selected by PAH.

The purpose of our study was to describe the dynamics of E. coli in the rivers of the Seine watershed. This watershed is characterized by a poor microbiological water quality due to an important population density, industrial activities and intensive agriculture. The main objectives of our study were to obtain field microbiological data describing the system and to understand the underlying mechanisms in order to build a model able to describe and predict the fate of the fecal bacteria at the scale of the whole watershed. This model was built in order to help management of microbiological water quality. To be able to describe and modelize the fate of fecal bacteria at the scale of such a large and complex system, it was first necessary to identify and quantify the sources of contamination and to be able to describe the processes affecting these bacteria once discharged to the rivers. The quantification of E. coli in the natural aquatic systems through the traditional culture-based techniques has been strongly questioned during the last years because they have a long response delay (24 to 48 h) and they do not take into account the viable but not culturable bacteria (VBNC) which nevertheless could represent a health thread. For this reason we developed in this study two alternative methods: the direct (without passing through a cultivation step) measurement of the â-D-glucuronidase activity and a fluorescent in situ hybridization with an E. coli specific probe coupled with a viability test. The first has the main advangate to give a very rapid evaluation of the E. coli content of the water while the second one was able to enumerate VBNC E. coli. The study of the sources of contamination of the rivers revealed the predominance, in this anthropogenicised watershed, of the point sources (effluents from wastewater tretament plants). Diffuse sources soil leaching and surface runoff) may nevertheless be locally important and have also be quantified. The influence of the land use on these diffuse sources has been quantified demonstrating that soil leaching and surface runoff of grazed areas was mainly responsible of fecal contamination in rural areas. The attachment of E .coli to particles in the river waters was studied as it can influence the fate of this kind of bacteria in the aquatic systems. A linear regression was found between the percentage of particle-associated E. coli and the SM content of the water. Settling velocities of particle-associated E. coli were determined. The mortality rate of E. coli was analysed following various perspectives: the river order, the attachment of E. coli to particles, the importance of the cultivability loss in the disappearance of these bacteria and the importance of protozoan grazing. The results confirmed the importance of grazing and showed that the abondance of free living E. coli bacteria decreased two times more rapidly than particle-associated E. coli. In the Seine river, we showed that the net loss of culturable E. coli was 1.5 time higher than the net loss of viable E. coli. Finally, no relationship was found between mortality rate and river order. These results have been used to build two models CF-SENEQUE and CF-SiAM-3D which describe E. coli dynamics respectively for the whole Seine river watershed and for the Seine for the estuary. Comparisons model calcultaions with field data of fecal coliforms abundances showed that these models correctly simulated the longitudinal distribution of fecal colifoms in the main rivers of the Seine watershed and in the estuary. These models were used to test the impact on the microbiological water quality of various scenarii of wastewater management .

La candidate a transmis un dossier présentant les grandes étapes de sa carrière incluant ses principales réalisations scientifiques, collaborations et activités de formation d'étudiants à divers niveaux universitaires dont les études doctorales. Ce dossier présente également les perspectives de recherche de F. LUCAS pour les prochaines années dont la description d'activités de recherche menées en partenariat avec diverses équipes de recherche via le projet ANR PULSE, et, de plus, des partenaires industrielles dans les contextes du PIREN-Seine et de la structure fédérative de l'Observatoire des Polluants Urbains (OPUR). Ces grands programmes et partenariats représentent un socle solide permettant d'entreprendre des travaux interdisciplinaires sur des questionnements majeurs en écologie microbienne dont la prédiction de l'évolution des communautés bactériennes en fonction des contraintes du milieu. Les travaux de F. LUCAS vont de l'acquisition de données fondamentales en écologie microbienne (diversité des peuplements) aux problématiques plus finalisées d'évaluation des dangers sanitaires microbiens associés à certaines pratiques de gestion des eaux en milieu urbain.

Les contaminations fécales d'origine humaine ou animale contribuent à la dégradation des écosystèmes et affectent la qualité de l'eau avec des risques pour la santé publique par l'exposition à des agents pathogènes. Afin de réduire ces risques et d'améliorer la qualité de l'eau, il est nécessaire de développer des outils capables d'identifier les sources de contaminations fécales. Cet enjeu est exacerbé en Europe par le durcissement des directives sur les eaux de baignade et les eaux conchylicoles et l'obligation de procéder à l'identification et à la hiérarchisation des sources de contaminations. Cette thèse s'est attachée à valider l'utilisation des stéroïdes en tant que traceurs des sources de contaminations fécales des eaux de surface. La méthode utilisée est basée sur une analyse en composante principale de six stanols fécaux. L'approche scientifique a été menée en trois étapes, de l'échelle moléculaire à l'échelle du bassin versant. La spécificité des stéroïdes et l'homogénéité des sources ont été étudiées sur des déjections bovines, porcines et sur des influents, effluents et boues de stations d'épuration domestiques. Puis, la conservation et la persistance des empreintes stéroïdes ont été évaluées au cours du transport des échantillons sources vers le milieu naturel récepteur par des expérimentations en conditions contrôlées. Enfin, la méthode développée a été validée à l'échelle de deux bassins versants sujets à des contaminations fécales récurrentes multi-sources. L'ensemble des résultats obtenus au cours de ce travail permettent de valider l'utilisation des stéroïdes en tant que traceurs opérationnels de l'origine des contaminations fécales.

Dans de nombreux pays en développement, la qualité médiocre de l'eau constitue une menace majeure pour la santé humaine. Par ailleurs, le manque d'accès à l'eau potable et à l'assainissement sont un frein majeur au développement. La Fleuve Rouge est le deuxième plus grand fleuve au Vietnam et constitue la principale source d'eau pour la population du Nord-Vietnam. Cette thèse présente les résultats des observations et de la modélisation des bactéries indicatrices de la contamination fécales (BICF) et du carbone organique (CO) dans la Fleuve Rouge. Le modèle Seneque/RIVERSTRAHLER utilisant l’ensemble des données recueillies a permis d'étudier la dynamique et la répartition saisonnière des BICF et du CO dans la Fleuve Rouge et ses affluents. Un scénario, basé sur l’évolution démographique et les changements d’usage des terres prévus à l'horizon 2050, a montré une augmentation limitée des nombres des BICF par rapport à la situation actuelle. Ceci est particulièrement le cas pour la ville d’Hanoi même si la population devrait tripler d'ici 2050. Les apports en CO et la respiration hétérotrophe résultant du CO abouti à un système qui est une forte source en CO2 pour l’atmosphère. Les résultats du modèle reflètent également l'importance des différents usages des terres, le débit et la prédominance des sources diffuses relatifs aux sources ponctuelles sur les BIFC et CO dans le Fleuve Rouge. Cette thèse fournit de nouvelles informations sur les teneurs en BICF et CO dans la Fleuve Rouge ainsi qu’une base de discussion pour les décideurs sur la gestion future des eaux usées rejetés dans ce Fleuve. / In many developing countries, poor water quality poses a major threat to human health and the lack of access to clean drinking water and adequate sanitation continues is a major brake on development. The Red River is the second largest river in Vietnam and constitutes the main water source for the population of North Vietnam. This thesis presents the results from observations and modeling of both faecal indicator bacteria (FIB) and organic carbon (OC) in the Red River system, North Vietnam. The objective of this work was to measure FIB numbers and OC concentrations in this system and then to model these parameters in order to investigate scenarios for 2050 when population in the area is estimated to have doubled. The dataset was then modeled using the Seneque/Riverstrahler model in order to investigate the dynamics and seasonal distribution of FIB and OC in the Red River and its upstream tributaries. A scenario, based on the predicted changes in future demographics and land use in the Red River system for the 2050 horizon, showed only a limited increase of FIB numbers compared with the present situation. This was particularly the case in Hanoi even though the population is expected to triple by 2050. The OC inputs and the resulting heterotrophic respiration of this OC resulted in a system that was a strong CO2 source. The model results also reflected the importance of land use, discharge and the dominance of non-point sources over point sources for FIB and OC in the Red River. This thesis provides some new information on FIB in the Red River as well as providing a base for discussion with decision makers on the future management of wastewater in the Red River.

La pollution microbienne des eaux récréatives peut engendrer un risque pour la santé des populations exposées. La contamination fécale de ces eaux représente une composante importante de ce risque, notamment par la présence possible d’agents pathogènes et par l’exposition à des micro-organismes résistants aux antimicrobiens. Les sources de pollution fécale sont multiples et incluent entre autres les activités agricoles et les productions animales. Ce projet visait donc à mieux comprendre les facteurs influençant la qualité microbiologique des eaux récréatives du Québec méridional, en ciblant le rôle possible des activités agricoles, ainsi qu`à proposer et évaluer de nouvelles sources de données pouvant contribuer à l’identification de ces facteurs. Dans un premier temps, une évaluation de la présence d’Escherichia coli résistants aux antimicrobiens dans les eaux récréatives à l’étude a été effectuée. À la lumière des résultats de cette première étude, ces eaux représenteraient une source de micro-organismes résistants aux antimicrobiens pour les personnes pratiquant des activités aquatiques, mais l’impact en santé publique d’une telle exposition demeure à déterminer. Les déterminants agroenvironnementaux associés à la présence de micro-organismes résistants aux antimicrobiens ont par la suite été explorés. Les résultats de ce chapitre suggèrent que les activités agricoles, et plus spécifiquement l’épandage de fumier liquide, seraient reliées à la contamination des eaux récréatives par des bactéries résistantes aux antimicrobiens. Le chapitre suivant visait à identifier des déterminants agroenvironnementaux temps-indépendants d’importance associés à la contamination fécale des eaux à l’étude. Différentes variables, regroupées en trois classes (activités agricoles, humaines et caractéristiques géohydrologiques), ont été explorées à travers un modèle de régression logistique multivarié. Il en est ressorti que les eaux récréatives ayant des sites de productions de ruminants à proximité, et en particulier à l’intérieur d’un rayon de 2 km, possédaient un risque plus élevé de contamination fécale. Une association positive a également été notée entre le niveau de contamination fécale et le fait que les plages soient situées à l’intérieur d’une zone urbaine. Cette composante nous permet donc de conclure qu’en regard à la santé publique, les eaux récréatives pourraient être contaminées par des sources de pollution fécale tant animales qu’humaines, et que celles-ci pourraient représenter un risque pour la santé des utilisateurs. Pour terminer, un modèle de régression logistique construit à l’aide de données issues de la télédétection et mettant en association un groupe de déterminants agroenvironnementaux et la contamination fécale des eaux récréatives a été mis au point. Ce chapitre visait à évaluer l’utilité de telles données dans l’identification de ces déterminants, de même qu`à discuter des avantages et contraintes associées à leur emploi dans le contexte de la surveillance de la qualité microbiologique des eaux récréatives. À travers cette étude, des associations positives ont été mises en évidence entre le niveau de contamination fécale des eaux et la superficie des terres agricoles adjacentes, de même qu’avec la présence de surfaces imperméables. Les données issues des images d’observation de la Terre pourraient donc constituer une valeur ajoutée pour les programmes de suivi de la qualité microbiologique de ces eaux en permettant une surveillance des déterminants y étant associés. / Microbial pollution of recreational waters may constitute a health risk for exposed populations. Fecal contamination of these waters represents an important component of this risk, especially due to the possible presence of pathogens and exposure to antimicrobial resistant microorganisms. Sources of fecal pollution are many and include agricultural activities and animal production. This project aims to better understand agroenvironmental factors influencing the microbiological quality of recreational waters of Southern Quebec and also suggests and assesses new sources of data which may contribute to the identification of these factors. An evaluation of the presence of antimicrobial resistant Escherichia coli in the recreational waters studied was first performed. Given the positive results found, certain bodies of waters may represent a source of antimicrobial resistant microorganisms for people engaged in water activities. However the public health impact of such exposure is still unknown. Agroenvironmental determinants associated with the presence of antimicrobial resistant microorganisms were investigated. Results of this chapter suggest that agricultural activities, especially liquid manure spreading, may be associated with the contamination of recreational waters with antimicrobial resistant microorganisms. The next chapter assesses key time-independent agroenvironmental determinants associated with the fecal contamination of studied recreational waters. Various variables – classified as either agricultural activities, human activities or geo-hydrological characteristics – are explored through a multivariate logistic regression model. It appears that recreational waters with ruminant productions in their proximal environment, especially when they are within a radius of 2 km, may present a higher risk of fecal contamination. A positive association was also noticed between the level of fecal contamination of a beach and its presence in an urban area. From a public health perspective, recreational waters may be contaminated by animal and human sources and these sources may represent a risk for bathers’ health. Finally, association between fecal contamination of recreational waters and agroenvironment determinants was studied through a logistic regression model built from remote sensing data. This chapter assesses the utility of such data in the identification of these determinants and discusses the strengths and the limitations of their use in the context of the monitoring of the microbiological quality of recreational waters. In this study, positive associations were found between the level of fecal contamination and both the proximity of agricultural lands and the presence of impervious surfaces. Earth observation data may constitute an added value for the water quality monitoring program in allowing the surveillance of the determinants associated with this quality.

Toxoplasma gondii, un protozoaire très répandu dans le monde, peut infecter de nombreuses espèces homéothermes incluant les mammifères et les oiseaux qui développent alors une toxoplasmose. L’impact de la toxoplasmose en termes de santé publique est majeur, particulièrement chez les personnes immunodéprimées et les foetus. Les niveaux d’infection humaine dans certaines régions de l’Arctique Canadien sont parmi les plus élevés au monde et ce, malgré l’absence de félidés qui sont les seuls hôtes capables d’excréter T. gondii. Plusieurs études ont suggéré la consommation de viande crue de mammifères marins et notamment de phoques comme source d’infection des Inuits. Notre travail de recherche visait à comprendre les mécanismes de dispersion de T. gondii dans les écosystèmes aquatiques menant à la contamination du milieu marin de l’Arctique par des oocystes, et à évaluer l’importance de cette voie de dispersion dans l’infection des phoques et conséquemment dans celle des Inuits. Notre hypothèse était que les oocystes de T. gondii, excrétés durant l’hiver par des félidés dans le Subarctique et transportés par les rivières pendant la fonte printanière, contaminaient les estuaires de l’Arctique Canadien. Dans un premier temps, une étude transversale de séroprévalence chez les phoques de l’Arctique Canadien a montré que ces populations étaient infectées par T. gondii et pouvaient ainsi a priori constituer une source d’infection pour les Inuit. Des variations spatio-temporelles de la séroprévalence étaient observées suggérant un lien potentiel avec des variations dans la contamination environnementale par les oocystes. Un schéma conceptuel explicitant les mécanismes de transport et de devenir des oocystes de T. gondii, du phénomène de la fonte de la neige jusqu’à l’exposition des organismes marins, a été proposé dans le chapitre suivant. Des interactions entre les différents mécanismes identifiés, qui agissent sur des échelles spatio-temporelles variées, devraient favoriser l’apparition de concentrations relativement élevées aux estuaires permettant ainsi l’exposition et potentiellement l’infection de phoques. Pour évaluer la contamination environnementale par les oocystes excrétés par la population de lynx du bassin versant de l’Arctique Canadien (les seuls félidés majoritairement distribués dans ce vaste territoire), nous avons mené une étude sérologique de type transversale dans cette population. Cette étude a permis de montrer que des lynx étaient infectés par T. gondii et a également suggéré que la dynamique des cycles de populations lynx-lièvres pouvait être un processus important dans la transmission de T. gondii. Finalement, la modélisation du transport hydrique des oocystes a indiqué que les concentrations hypothétiques d’oocystes dans l’eau de la fonte pourraient être suffisantes pour permettre l’exposition au niveau des estuaires de bivalves filtreurs, qui sont des proies pour les phoques et donc potentiellement des sources infectieuses pour ces derniers. Dans des écosystèmes nordiques en pleine mutation, la compréhension des mécanismes de transmission d’agents pathogènes d’origine hydrique comme T. gondii est plus que nécessaire, notamment dans le but de protéger les populations fragilisées de ces régions. / Toxoplasmosis results from infection with Toxoplasma gondii, a widespread protozoan that can infect many species including warm-blooded mammals and birds. The public health impact of toxoplasmosis is important, particularly in immunocompromised individuals and the foetus. Levels of human infection in parts of the Canadian Arctic are among the highest in the world, despite the absence of felids that are the only hosts that can excrete T. gondii. Several studies have suggested that consumption of raw meat of marine mammals including seals is a source of infection for the Inuit. Our research sought to understand the dispersal mechanisms of T. gondii in aquatic ecosystems leading to contamination of the marine environment of the Arctic by oocysts, and to assess the importance of this route of dispersion for infection in seals and consequently in the Inuit. We hypothesized that the T. gondii oocysts excreted during the winter by felids in the subarctic area and transported by rivers during spring melt contaminated the estuaries of the Canadian Arctic. Initially, a cross-sectional study of seroprevalence in seals from the Canadian Arctic showed that these populations were infected with T. gondii and thus a priori could be a source of infection for Inuit. Spatio-temporal variations in seroprevalence were observed suggesting a potential link with variations in environmental contamination by oocysts. A conceptual diagram of the possible mechanisms of transport and fate of T. gondii oocysts, from the melting snow to the exposure of marine organisms, is proposed in the following chapter. Interactions between the various mechanisms identified, which act on various temporal and spatial scales, should favour the appearance of relatively high concentrations in estuaries allowing exposure and potential infection of seals. To assess environmental contamination by oocysts excreted by the lynx population living in the watershed of the Canadian Arctic (the only felines largely distributed in this vast territory), we conducted a serological cross sectional study in this population. This study showed that lynx were infected with T. gondii and also suggested the dynamics of lynx-hare population cycles as an important process in the transmission of T. gondii. Finally, the modeling of hydrological transport of oocysts indicated that the hypothetical concentrations of oocysts in meltwater could be sufficient to permit significant exposure in estuarine filter-feeding bivalves on which seals prey and therefore potentially representing sources of infection for them. In changing northern ecosystems, understanding the mechanisms of transmission of waterborne pathogens, including T.gondii is essential, especially in order to protect vulnerable populations that live in these regions.

La pollution microbienne des eaux récréatives peut engendrer un risque pour la santé des populations exposées. La contamination fécale de ces eaux représente une composante importante de ce risque, notamment par la présence possible d’agents pathogènes et par l’exposition à des micro-organismes résistants aux antimicrobiens. Les sources de pollution fécale sont multiples et incluent entre autres les activités agricoles et les productions animales. Ce projet visait donc à mieux comprendre les facteurs influençant la qualité microbiologique des eaux récréatives du Québec méridional, en ciblant le rôle possible des activités agricoles, ainsi qu`à proposer et évaluer de nouvelles sources de données pouvant contribuer à l’identification de ces facteurs. Dans un premier temps, une évaluation de la présence d’Escherichia coli résistants aux antimicrobiens dans les eaux récréatives à l’étude a été effectuée. À la lumière des résultats de cette première étude, ces eaux représenteraient une source de micro-organismes résistants aux antimicrobiens pour les personnes pratiquant des activités aquatiques, mais l’impact en santé publique d’une telle exposition demeure à déterminer. Les déterminants agroenvironnementaux associés à la présence de micro-organismes résistants aux antimicrobiens ont par la suite été explorés. Les résultats de ce chapitre suggèrent que les activités agricoles, et plus spécifiquement l’épandage de fumier liquide, seraient reliées à la contamination des eaux récréatives par des bactéries résistantes aux antimicrobiens. Le chapitre suivant visait à identifier des déterminants agroenvironnementaux temps-indépendants d’importance associés à la contamination fécale des eaux à l’étude. Différentes variables, regroupées en trois classes (activités agricoles, humaines et caractéristiques géohydrologiques), ont été explorées à travers un modèle de régression logistique multivarié. Il en est ressorti que les eaux récréatives ayant des sites de productions de ruminants à proximité, et en particulier à l’intérieur d’un rayon de 2 km, possédaient un risque plus élevé de contamination fécale. Une association positive a également été notée entre le niveau de contamination fécale et le fait que les plages soient situées à l’intérieur d’une zone urbaine. Cette composante nous permet donc de conclure qu’en regard à la santé publique, les eaux récréatives pourraient être contaminées par des sources de pollution fécale tant animales qu’humaines, et que celles-ci pourraient représenter un risque pour la santé des utilisateurs. Pour terminer, un modèle de régression logistique construit à l’aide de données issues de la télédétection et mettant en association un groupe de déterminants agroenvironnementaux et la contamination fécale des eaux récréatives a été mis au point. Ce chapitre visait à évaluer l’utilité de telles données dans l’identification de ces déterminants, de même qu`à discuter des avantages et contraintes associées à leur emploi dans le contexte de la surveillance de la qualité microbiologique des eaux récréatives. À travers cette étude, des associations positives ont été mises en évidence entre le niveau de contamination fécale des eaux et la superficie des terres agricoles adjacentes, de même qu’avec la présence de surfaces imperméables. Les données issues des images d’observation de la Terre pourraient donc constituer une valeur ajoutée pour les programmes de suivi de la qualité microbiologique de ces eaux en permettant une surveillance des déterminants y étant associés. / Microbial pollution of recreational waters may constitute a health risk for exposed populations. Fecal contamination of these waters represents an important component of this risk, especially due to the possible presence of pathogens and exposure to antimicrobial resistant microorganisms. Sources of fecal pollution are many and include agricultural activities and animal production. This project aims to better understand agroenvironmental factors influencing the microbiological quality of recreational waters of Southern Quebec and also suggests and assesses new sources of data which may contribute to the identification of these factors. An evaluation of the presence of antimicrobial resistant Escherichia coli in the recreational waters studied was first performed. Given the positive results found, certain bodies of waters may represent a source of antimicrobial resistant microorganisms for people engaged in water activities. However the public health impact of such exposure is still unknown. Agroenvironmental determinants associated with the presence of antimicrobial resistant microorganisms were investigated. Results of this chapter suggest that agricultural activities, especially liquid manure spreading, may be associated with the contamination of recreational waters with antimicrobial resistant microorganisms. The next chapter assesses key time-independent agroenvironmental determinants associated with the fecal contamination of studied recreational waters. Various variables – classified as either agricultural activities, human activities or geo-hydrological characteristics – are explored through a multivariate logistic regression model. It appears that recreational waters with ruminant productions in their proximal environment, especially when they are within a radius of 2 km, may present a higher risk of fecal contamination. A positive association was also noticed between the level of fecal contamination of a beach and its presence in an urban area. From a public health perspective, recreational waters may be contaminated by animal and human sources and these sources may represent a risk for bathers’ health. Finally, association between fecal contamination of recreational waters and agroenvironment determinants was studied through a logistic regression model built from remote sensing data. This chapter assesses the utility of such data in the identification of these determinants and discusses the strengths and the limitations of their use in the context of the monitoring of the microbiological quality of recreational waters. In this study, positive associations were found between the level of fecal contamination and both the proximity of agricultural lands and the presence of impervious surfaces. Earth observation data may constitute an added value for the water quality monitoring program in allowing the surveillance of the determinants associated with this quality.

Les rejets urbains par temps de pluie dégradent l’état écologique des écosystèmes aquatiques et peuvent induire une exposition des populations humaines aux contaminants chimiques et microbiens (bactéries, virus, parasites). L’objectif de ce travail de thèse était d’évaluer les effectifs et de prédire le devenir de bactéries pathogènes introduites dans les milieux aquatiques par une source majeure comme les eaux usées rejetées par des dispositifs tels que les déversoirs d’orage (DO) et les lagunes d’épuration (WWTL). La répartition d’un agent pathogène fortement liée aux milieux hydriques, Pseudomonas aeruginosa, a été comparée avec celles observées pour des indicateurs de contaminations fécales (E. coli et les entérocoques intestinaux), mais également avec celle de l’espèce pathogène Aeromonas caviae. La dangerosité des formes retrouvées dans ces milieux a été évaluée par approches moléculaires (PFGE et MLST). Les résultats obtenus montrent un fort apport en P. aeruginosa via les eaux usées, avec un effet significatif sur les effectifs observés en fonction de l’intensité des pluies et des périodes de temps sec, et les fluctuations du régime hydrologique et des paramètres physico-chimiques. Une grande diversité infra-spécifique des P. aeruginosa, et la capacité de certains génotypes à s’installer durablement dans ces milieux (macrophytes et périphyton) ont été observées. Certaines souches ont par ailleurs montré une parenté avec des lignées d’infections communautaires, ou encore des clones épidémiques majeurs (PA14 et C). Des études en microcosme ont été effectuées pour valider les interactions observées avec certains macrophytes, et identifier des propriétés d’adhérence bactérienne (dont les lectines) impliquées dans ces interactions. Ces travaux ont impliqué une analyse de la distribution des gènes lecA et lecB, codant des lectines chez P. aeruginosa, et une étude de leurs ligands. Le gène lecA a été localisé dans une zone de forte plasticité génomique. Ces travaux ont permis la description d’une nouvelle structure de l’adhésine LecB / Urban wet-weather discharges degrade the ecological status of aquatic ecosystems and may expose human populations to chemical and microbial contaminants (bacteria, viruses, parasites). The aim of this thesis was to evaluate the numbers and predict the fate of pathogenic bacteria introduced into aquatic ecosystems by a major source like wastewater from devices such as combined sewer overflows (CSO) and wastewater treatment lagoons (WWTL). The distribution of a human pathogen closely linked to hydric environments, Pseudomonas aeruginosa, was compared with those observed for fecal indicators (E. coli and intestinal enterococci), but also with that of Aeromonas caviae pathogenic species. Dangerousness of strains found in these environments was evaluated by molecular approaches (PFGE and MLST). Obtained results showed a high contribution of wastewater in P. aeruginosa release, with a significant effect of rainfall intensity and preceding dry periods, in addition to changes in hydrological regime and physico-chemical parameters on recorded data. A large infra-specific diversity was observed within P. aeruginosa and the ability of some genotypes to colonize permanently aquatic surfaces (macrophytes and periphyton) were observed. Some strains showed a kinship with lineages of community infections or major epidemic clones (PA14 and C). Microcosm studies were performed to validate observed interactions with macrophytes, and to identify bacterialadhesion properties (including lectins) involved in these interactions. These investigations involved analysis of the distribution of lectin encoding loci lecA and lecB within P. aeruginosa, and a study of their ligands. lecA was located in a highly unstable genomic region. This work allowed the description of a new structure of the adhesin LecB

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