La production de fromage entraîne le rejet d'énormes quantités de résidus. Le perméat de lactosérum est une solution riche en lactose et en minéraux convenable pour la fermentation. Les réacteurs anaérobies en continu sont très efficaces pour la production d'acide propionique par Propionibacterium acidipropionici; cependant, les paramètres permettant de mesurer l'activité de dégradation de la DCO et la production d'acides organiques volatils ne sont pas au point. Cette étude apporte une lumière nouvelle sur la relation entre la quantité de protéines et la concentration d'adénosine 5'-triphosphate (ATP) pour l'évaluation de l'activité d'un bioréacteur à lit fluidisé en continu. Il y est démontré que la concentration d'ATP dans le biofilm explique mieux l'activité de diminution de la teneur en lactose exprimée en équivalents glucose et la production d'acides gras volatils que la quantité de protéines du biofilm. Une méthode novatrice de coloration et de photographie du biofilm y est aussi explorée.

La culture d'algues de type Scenedesmus quadricauda avec et sans cuivre a déjà été effectuée pour des travaux antérieurs par Saint-Pierre (1993). Les douze échantillons prélevés ont été conservés, lyophilisés et congelés. Après la remise en solution de nos échantillons, le fractionnement de ceux-ci a été effectué sur une colonne chromatographique de perméation sur gel Séphadex G-25. Le contenu de la fraction 10 de chaque échantillon contient le pic correspondant aux polypeptides de faible masse moléculaire a été analysé par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). Les résultats obtenus par chromatographie sur gel démontrent que les protéines des échantillons témoins et expérimentaux possèdent une très faible masse moléculaire comprise entre 400 et 1000 daltons. Tous les spectres infrarouges des échantillons ont présenté quatre importantes régions d'absorbance 800-900 cm"1, 1500-1600 cm'1, 1650-1750 cm'1 et 2700-2800 cm"1. Après une comparaison visuelle minutieuse entre les spectres des échantillons sans cuivre et ceux avec cuivre, l'existence et l'absence de certains pics ont été enregistrées. Les sept nouveaux pics observés dans les spectres de cinq échantillons expérimentaux peuvent correspondre à des déplacements des vibrations des fonctions amides, CO, NH2 et du groupe NH3+ ce qui permet de supposer que la complexation des protéines avec le cuivre a été effectuée par l'intermédiaire de ces fonctions amides.

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

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Les progrès technologiques dans l'industrie de la viande ont des répercussions considérables sur les agents pathogènes de ces environnements. Parmi ceux-ci, Streptococcus suis occupe une place prédominante dans l’industrie porcine. En effet, S. suis, colonisateur naturel des voies respiratoires et digestives du porc, peut infecter son hôte en provoquant des méningites, septicémies, endocardites, arthrites ou pneumonies. De surcroît, S. suis peut également infecter l’humain en provoquant majoritairement des méningites et septicémies, et a notamment été la cause de deux épidémies en Chine en 1998 et 2005. La pathogenèse des infections à S. suis demeure partiellement connue à l’heure actuelle, rendant difficile le contrôle des infections. Il est par conséquent essentiel de caractériser les facteurs de virulence chez S. suis puisqu'ils pourraient représenter des cibles d’intérêt pour des applications préventives ou thérapeutiques. Ce projet de doctorat consiste donc en la caractérisation fonctionnelle de facteurs de virulence chez S. suis. Dans un premier temps, la capacité de S. suis à moduler son potentiel pro-inflammatoire en présence de concentrations sous-inhibitrices d'amoxicilline a été mise en évidence. Dans un second temps, la caractérisation plus avancée de la hyaluronate lyase de S. suis a permis de démontrer que son activité ne contribue pas à la virulence de la bactérie étant donné son absence au sein de souches les plus virulentes, mais que les interactions avec l'acide hyaluronique pourraient moduler la virulence de S. suis. Par la suite, l'étude fonctionnelle d’une DNase de S. suis a permis de démontrer son implication comme facteur de virulence et suggère son intérêt dans le développement de vaccins. Finalement, le dernier objectif du projet a permis la mise en évidence de la production de microvésicules fortement immunogéniques par S. suis. La présence de facteurs de virulence dans leur contenu protéique représente un élément encourageant dans le développement de vaccins contre l'agent pathogène. Ce projet a donc permis d'élargir les connaissances sur le potentiel néfaste de l'utilisation des antibiotiques à faible concentration dans l'industrie porcine, sur le rôle des activités hyaluronate lyase et DNase dans la virulence de S. suis, et de découvrir un nouveau mécanisme impliqué dans la virulence de la bactérie par le biais des microvésicules. / Technological progress in the meat industry has a substantial impact on pathogens within these environments. Among these pathogens, Streptococcus suis is of utmost importance in the swine industry. S. suis, natural colonizer of the respiratory and digestive tracts of porks, can infect its host causing mainly meningitis and septicemia as well as endocarditis, arthritis and pneumonia. Furthermore, S. suis can infect humans causing mainly meningitis and septicemia, and was the cause of two major outbreaks in China in 1998 and 2005. The pathogenesis of S. suis infections remains partially understood, making the control of infections challenging. Consequently, it is of utmost importance to characterize virulence factors that could represent targets of interest for preventive or therapeutic applications. This project focused on the functional charaterization of virulence factors produced by S. suis. First, the ability of S. suis to modulate its pro-inflammatory potential in the presence of sub-inhibitory concentrations of amoxicillin was demonstrated. Then, a further characterization of S. suis hyaluronate lyase brought evidence that this activity does not contribute to the bacterium's virulence since it is absent in most virulent strains. However, interactions with hyaluronic acid could modulate S. suis virulence. The functional study of S. suis DNase showed its implication as a virulence factor and suggested its interest in vaccine development. Finally, the last objective of this project lead to the discovery of the production of highly immunogenic microvesicles by S. suis. The presence of major virulence factors associated with these structures also represents an exciting fact for the development of vaccines against S. suis. This project allowed to expand the knowledge on the noxious potential of the use of low concentrations of antibiotics in the swine industry, on the role of hyaluronate lyase and DNase activities in S. suis virulence as well as on the production of microvesicles by S. suis that represents a new virulence mechanism.

Bien que longtemps considérés stériles, il est maintenant confirmé que les poumons sont peuplés d’une communauté microbienne diversifiée. De plus, il a récemment été observé que les microorganismes peuplant le corps humain peuvent influencer le développement du cancer et son traitement dans l’intestin et le pancréas. Cependant, peu d’études ont tenté de caractériser le microbiote pulmonaire et son impact sur le cancer du poumon. Davantage d’efforts se doivent d’y être consacrés. L’absence de standardisation méthodologique et de considération pour les contraintes de l’environnement pulmonaire diminuent par contre la validité des résultats obtenus et des conclusions qui peuvent être faites actuellement. Le présent projet propose donc le développement d’une démarche expérimentale appropriée à la caractérisation du microbiote tumoral pulmonaire. Nous avons mis sur pied une marche à suivre complète, allant du recrutement de patients au traitement des données bioinformatiques. Nous avons minimisé l’incorporation de microorganismes contaminants et avons établi des points de contrôle afin de les détecter et de les retirer des échantillons. La combinaison de méthodes d’homogénéisation enzymatiques et mécaniques et d’une trousse d’extraction d’ADN commerciale a permis une détection rapide et fiable du microbiote. L’utilisation des communautés microbiennes de composition connue, autant de cellules entières («whole») que de génomes, a permis de confirmer que notre capacité de récupération bactérienne est adéquate et que l’abondance d’ADN humain dans les extraits pulmonaires n’a pas d’influence significative sur notre capacité de détection. La signature bactérienne des tissus cancéreux et sains de cinq patients a pu être différenciée de celles des contrôles méthodologiques. Nos travaux approfondissent les connaissances nécessaires à l’étude d’environnements microbiens faiblement peuplés. Ils sont un point de départ vers la standardisation méthodologique et l’implémentation de précautions d’échantillonnage appropriées pour l’étude du microbiote pulmonaire. / Although historically considered sterile, the lung is now known to harbor a diverse microbial community. It has also been recently observed that microorganisms that populate the human body can influence the development of cancer and its treatment in the intestine and pancreas. However, very few studies have attempted to characterize the composition of the pulmonary microbiota to correlate it to lung cancer, a deeper look into this possible interaction seems mandatory. To this day, the absence of methodological standardization and considerations for the constraint of the pulmonary environment reduces the validity of the results collected and the conclusions drawn. This project aims at developing an appropriate experimental approach for the characterization of the pulmonary microbiota. We developed a complete pipeline from patient enrollment to bioinformatics analyses. We minimized the incorporation of contaminating microorganisms and established controls to detect and account for them in lung samples. A combination of enzymatic and mechanical homogenization technic with adapted commercially available DNA extraction kit allowed for a fast and reliable extraction of bacterial DNA. The use of bacterial communities of known composition, whole cells or genomic, allowed us the confirm our ability to recover bacterial DNA adequately and that the abundance of human DNA in sample does not influence our detection efficiency. The bacterial signature of the cancerous and healthy lung tissue of five patients could also be distinguished from methodological controls. Our work expands our understanding on the analysis of low microbial burden environments. It is to be a starting point in the standardization of methods used in pulmonary microbiota study and the implementation of appropriates sampling considerations.

L’industrialisation du secteur porcin canadien a menée à une diminution du nombre de fermes et une augmentation de porc par bâtiment avec comme conséquence, un risque accru d’épidémies. Les mesures de biosécurité appliquées n’incluent pas d’exigences pour le contrôle des bioaérosols (voies de transmission confirmée ou suspectée pour plusieurs maladies). Certains pathogènes bactériens et viraux peuvent parcourir de longues distances dans l’air et garder leur potentiel infectieux. La recherche de méthodes visant à contrôler les bioaérosols est active et l’utilisation de technologies fiables et abordables de traitement de l’air amélioreraient le bien-être animal et pourraient réduire l’incidence des épidémies et les coûts conséquents pour l’industrie. Lors de ce programme doctoral, quatre types de traitement de l’air ont été examinés, un biofiltre percolateur, l’ozone dans un tunnel, des filtres mécaniques et des filtres antimicrobiens. Différents modèles d’exposition aux bioaérosols ont été testés comme une aérosolisation sèche ou liquide, d’origine naturelle ou artificielle. En outre, une méthode de production de poussière contaminée par des virus infectieux a été développée. Dans la première étude, un tunnel de vent a été utilisé pour aérosoliser et exposer le phage PhiX174 à l’ozone à des concentrations variables et deux conditions humidités relatives (40% et 80%). L’ozone a été généré à 0,3 à 1,8 ppm en comparaison avec des expériences sans ozone pour évaluer la perte des phages aérosolisés dans le tunnel. Les phages ont été collectés en solution liquide par deux collecteurs simultanément avec un point de référence en amont de l’ajout d’ozone (ou temps de référence zéro). Les phages ont été quantifiés par qPCR et par culture pour établir les ratios infectieux. À chaque point de prélèvement, le ratio total/infectieux a été comparé à celui au temps zéro. Les résultats de l’étude ont été difficiles à interpréter à cause d’un effet de l’ozone sur les phages dans les récipients de collecte. Ce phénomène a mené à l’application d’un facteur de correction dans les résultats observés. Après correction, une diminution significative entre les ratios a été observée entre 0, 0,3 et 0,6 ppm à 80% d’humidité relative tandis qu’aucune différence n’a été observée entre les concentrations à 40% d’humidité. iii Dans un deuxième temps, des bioaérosols artificiels ont été produits par aérosolisation sèche pour étudier leur utilité dans l’évaluation de l’efficacité de réduction des filtres mécaniques et antimicrobiens. Aucune étude à ce jour ne proposait de protocole afin de produire des aérosols viraux secs de distribution granulométrique similaire à celle rencontrée dans le milieu porcin. Un tel aérosol permettrait l’obtention de conditions expérimentales plus représentatives de l’environnement étudié car les aérosols liquides créés en laboratoire sont habituellement plus petits. Nous avons produit des bioaérosols secs de phages infectieux agrégés sur une poussière standard de diamètre aérodynamique médian en masse de 12 μm. Le protocole a permis la préparation de poussière standard contenant des phages (PhiX174 ou MS2) mais seul MS2 a montré une concentration assez élevée pour être détectée après filtration mécanique et antimicrobienne (PhiX174 a été réduit en-dessous de la limite de détection). Cette méthode pourra être appliquée à d’autres types de filtres. Finalement, un biofiltre percolateur traitant l’air d’une salle d’engraissement d’une porcherie a été évalué pour la réduction des bactéries, archées, et virus émis par les systèmes de ventilation du bâtiment. Ce projet a évalué l’impact du taux de ventilation et des températures extérieures sur l’efficacité du système percolateur grâce à une série d’échantillonnages échelonnés sur une période de 10 mois. L’effet potentiel du biofiltre percolateur comme source d’émission de bioaérosols a été étudié par analyse de biodiversité par séquençage à haut débit tandis que l’efficacité de la réduction microbienne des filtres a été testée par qPCR. Cette étude a montré que le contenu de l’air émis par le biofiltre percolateur était différent en composition de celle des échantillons d’air en amont. Les résultats de qPCR ont montré des efficacités de réduction des bioaérosols modérées à élevées pour les bactéries et les archées. Les coliphages, seuls virus aéroportés détectés dans l’air sortant de la porcherie, n’ont été réduits que faiblement, tout comme les bactéries cultivables. Aucun effet de la température extérieure n’a été identifié au niveau de l’efficacité de la réduction microbienne.

Durant les dernières décennies, la recherche sur le microbiome intestinal a positionné ce dernier comme important régulateur de nombreux processus physiologiques chez l'humain. Propulsée par les technologies de séquençage à haut débit, la recherche sur l'écologie microbienne a connu un important changement de paradigme. Les méthodes d'isolation et de mise en culture de bactéries d'intérêt sont maintenant, de manière générale, remplacées par le séquençage génétique de communautés microbiennes complètes directement dans leur environnement. Ce type d'analyse, la métagénomique, a révélé l'immense catalogue de gènes bactériens présents dans l'environnement intestinal et a levé le voile sur la majorité silencieuse du microbiote : les microorganismes non-cultivables. Ce vaste catalogue de gènes microbiens représente une véritable mine d'information dans un contexte où la recherche tente de trouver des mécanismes moléculaires expliquant la relation entre le microbiome et la santé des individus. Dans ce contexte, l'apprentissage automatique, qui permet l'analyse de données complexes, peut être utilisé pour pointer vers des effecteurs microbiens d'intérêt. L'objectif du projet est d'utiliser les données métagénomiques d'individus malades et en santé dans une tâche de classification. Plus précisément, notre but est de comparer le pouvoir prédictif de différentes représentations du microbiome, toutes dérivées des données de séquençage en métagénomique non-ciblée. Notre étude a démontré que dans un contexte de classification de phénotype de l'hôte, les méthodes de représentation qui utilisent toute l'information génique séquencée permettent de meilleures performances de prédiction que celles qui utilisent exclusivement l'information contenue dans les banques de données de référence, comme les profils taxonomique et fonctionnel. Nos résultats suggèrent que l'utilisation exclusive de l'information a priori dans un contexte d'apprentissage automatique limite, d'une certaine façon, la possibilité de trouver de nouveaux effecteurs microbiens inconnus des banques de données. / During the last decades, research positioned the gut microbiome as a major regulator of numerous physiological processes in humans. Propelled by next-generation sequencing technologies, the research on microbial ecology has undergone a significant paradigm shift; generally, bacteria isolation and cultivation are now being replaced by genetic sequencing of whole bacterial communities directly from their environment. This type of analysis, referred as metagenomics, revealed the large catalog of microbial genes comprised in the gut environment and lifted the veil on the microbiota's silent majority: non-cultivable microorganisms. This vast catalog of genes represents a real mine of information in a context where research aims at finding molecular mechanisms to explain the relation between microbiome and host health. In this context, machine learning, which allows the analysis of complex data, can be used to point toward promising microbial features. The objective of this project is to use metagenomics data from healthy and diseased individuals in a classification task. More precisely, our goal is to compare the predictive power of different microbiome representations, all derived from untargeted metagenomics data. Our study has shown that in a context of host phenotype classification, representation methods that use all the available sequenced information allow better prediction performances than those that are based on reference databases, like the taxonomic and functional profiles. Our results suggest that the exclusive use of a priori information, in a machine learning context, limits, in a way, the possibility of finding new microbial effectors unknown from reference databases.

Plusieurs facteurs modulent le microbiote intestinal des Téléostéens tels que : l'environnement, l'alimentation, l'état de santé et le génotype. Le Cichlidé drapeau (Mesonauta festivus) a des populations génétiques bien étudiées et prospère dans des rivières aux caractéristiques physico-chimiques radicalement divergentes, ce qui en fait un bon modèle pour l'étude de la contribution relative de ces facteurs sur la structure taxonomique du microbiote. Dans le premier chapitre, nous avons développé et testé des amorces de blocage d'amplification spécifiques au gène de l'ARNr 18S de M. festivus. Nos amorces de blocage ont réduit de 66 % l'abondance relative d'ADN hôte dans les échantillons et ont augmenté la détectabilité de taxons parasitaires potentiellement dangereux, démontrant le potentiel de la méthode. De plus, nous avons collecté des données sur les habitudes alimentaires de l'espèce et décrit brièvement les communautés Eucaryotes commensales de son microbiote intestinal. Dans le chapitre deux, nous avons collecté 167 M. festivus à 12 sites d'étude en Amazonie centrale. Nous avons utilisé une double approche de métabarcodage génétique des gènes de l'ARNr 16S et 18S pour caractériser la structure taxonomique du microbiote intestinal et inférer l'influence du génotype des hôtes et aux caractéristiques physico-chimiques de l'eau à chaque site. Entre autres, nos résultats soutiennent un impact plus important de l'apparentement phylogénétique entre les poissons que la similarité environnementale entre les sites d'étude sur la structuration du microbiote intestinal pour ce Cichlidé amazonien. De plus, nous avons détecté des infections par Nyctoterus sp. et lié la présence de ce parasite à une dysbiose du microbiote intestinal de l'hôte. Nous avons également détecté la présence de vers intestinaux, dont la présence avait un impact mineur sur le microbiote. Notre étude, dans un paysage fluvial hétérogène, améliore la compréhension de la relation complexe entre les poissons, leurs parasites, leur microbiote et l'environnement. / A number of key factors can structure the gut microbiota of fish such as: environment, diet, health state and genotype. Mesonauta festivus, an Amazonian cichlid, is a good model organism to study the relative contribution of these factors on the community structure of fish gut microbiota. M. festivus has well-studied genetic populations and thrives in rivers with drastically divergent physicochemical characteristics. In chapter one, we developed and tested species-specific elongation arrest blocking primers to block the M. festivus, 18S rRNA SSU gene. Our elongation arrest blocking primers significantly reduced the amount of host DNA in samples by 66 %. The blocking primers increased the detectability of potentially dangerous parasitic taxa in fish gut, highlighting the potential of the method for parasitic screening. Also, we collected data on the species feeding habits and obtained data on the commensal eukaryotic communities of this species gut microbiota. In chapter two, we collected 167 M. festivus from 12 study sites in central Amazonia. We used dual 16S and 18S rRNA metabarcoding approaches to characterize the gut microbiota structure in light of the host fish genotypes (Genotyping-By-Sequencing) and an extensive characterization of environmental physico-chemical parameters. We documented occurrences of ciliates from the genus Nyctoterus sp. infecting a fish and linked its presence to a dysbiosis of the gut microbiota of the host. Moreover, we detected the presence of helminths which had a minor impact on the gut microbiota of their host. Also, our results support a higher impact of the phylogenetic relatedness between fish rather than environmental similarity between sites of study on structuring the gut microbiota for this Amazonian cichlid. Our study in a heterogeneous riverscape integrates a wide range of factors known to structure fish gut microbiota. It significantly improves understanding of the complex relationship between fish, their parasites, their microbiota, and the environment.