Une augmentation de la prévalence des maladies cardiométaboliques (CMD) et mentales est observée au sein des populations autochtones du Nord du Canada. Le passage d'une alimentation traditionnelle à une diète de type occidental pourrait être responsable d'une déstabilisation du microbiote intestinal, un ensemble de microorganismes participants à des processus physiologiques clé incluant la régulation du système immunitaire. Le suivi de l'évolution de biomarqueurs du tractus gastrointestinal en temps réel et de manière longitudinale permettrait de supporter l'élucidation des liens entre les habitudes alimentaires de l'hôte et sa diète. Cependant, cela est entravé par les méthodes d'analyse classiques relativement longues qui reposent sur le prélèvement d'échantillons sanguins ou de fèces, acheminés ensuite vers des laboratoires spécialisés. L'objectif général de ce projet consiste à développer une sonde permettant l'analyse des processus microbiens du tractus gastrointestinal en temps réel en se basant sur l'utilisation d'une fibre optique fonctionnalisée avec des nanoparticules fluorescentes. Dans le cadre de ce projet de thèse, nous avons démontré la possibilité d'utiliser l'agrégation de fluorophores avec des nanoparticules plasmoniques pour la détection d'acides lysophosphatidiques (LPA), des métabolites d'intérêt étant donné leur implication dans de nombreux processus, incluant la signalisation cellulaire, et dont une dysbiose est reliée à certains cancers. Tout d'abord, des sondes possédant une portion styrylpyridinium à titre de tête fluorescente ont été synthétisées afin d'optimiser l'interaction complémentaire avec les LPA tout en permettant leur immobilisation sur des particules plasmoniques. Une architecture cœur-coquille a été produite en combinant la croissance de germes pour l'obtention de particules d'argent, suivie d'un procédé Stöber modifié pour y déposer une fine coquille de silice d'épaisseur contrôlée. Leur fonctionnalisation avec les sondes moléculaires a été réalisée par l'utilisation de silanes afin de leur conférer une exaltation de fluorescence en plus d'une meilleure photostabilité. Dans le cas des sondes moléculaires, l'ajout de LPA cause une extinction de fluorescence pour de faibles concentrations d'analyte, mais une augmentation subséquente du signal pour des quantités plus élevées. Des analyses mécanistiques, incluant le titrage à calorimétrie isotherme de même que des analyses de temps de vie de fluorescence, ont permis d'investiguer le mécanisme de détection, en particulier la formation d'excimères. Dans le cas des suspensions colloïdales, c'est plutôt une amplification de signal qui est obtenue. Une caractérisation par suivi de nanoparticules a montré une agrégation des particules lors de l'ajout de LPA, indiquant une contribution potentielle du couplage plasmonique sur la tendance obtenue. Les perspectives du projet sont surtout reliées à l'immobilisation des particules fluorescentes sur une lamelle de microscopie ou même l'extrémité d'une fibre optique à titre de cathéter afin d'étudier l'impact de ce confinement sur les performances analytiques. La méthode d'analyse sera ensuite validée dans le but d'obtenir les concentrations métaboliques résolues spatialement et dans le temps. / Cardiometabolic disorders (CMD) and mental illnesses are increasingly prevalent pathologies found among indigenous populations of the northern Canada. Ongoing changes in their nutrition from country food to a western-type diet could give rise to a dysregulation of their gut microbiota, i.e., micro-organisms ongoing key physiological processes such as immune system regulation. Monitoring the longitudinal evolution of gut biomarkers in real-time would help decipher the links between the hosts diet and health. However, this is currently hampered by classical a posteriori analysis of fecal or gut samples. The overarching goal of the project is to develop an optical nanoprobe to monitor microbial processes in the gastrointestinal tract based on the use of an optical fiber functionalized with luminescent nanoparticles. During my thesis, we have demonstrated the possibility to use aggregation-based fluorescent transduction with the combination of plasmonic nanoparticles for lysophosphatidic acid (LPA) detection. LPA constitute targets of significant interest since they are involved in several processes, including cellular signalization, and of which a dysbiosis is related to several cancers. To begin with, molecular probes composed of a styrylpyridinium fluorescent head followed by a hydrophobic chain were synthesized to optimize the complementarity of interactions with LPA and allowing for their further immobilization on plasmonic nanoparticles. A core-shell nanoarchitecture was obtained by combining a seed-growth method for the silver nanoparticles core with a modified Stöber process to generate a silica shell of controlled thickness. Their surface functionalization with the fluorescent probe was achieved through the use of silane chemistry to bestow them with enhanced fluorescence intensity and photostability. In the case of the free molecular probes, adding LPA to the medium induces fluorescence quenching for small target concentrations, whereas a subsequent fluorescence enhancement is observed at higher LPA concentrations. Mechanistic investigations involving isothermal titration calorimetry and time-resolved fluorescence spectroscopy provided information on the potential transduction mechanism which would be related to the formation of excimers of the dyes. In the case of colloidal suspensions, a signal enhancement is obtained during titration with LPA. Nanoparticle tracking analysis revealed an aggregation of the nanoparticles when they interact with LPA, suggesting that plasmonic coupling is one of the contributions to the overall trend; the other mechanism would come from the local environment change at the surface of the particles. For the future works of the project, the fluorescent plasmonic nanoparticles will be immobilized on a glass substrate (microscope glass slide or optical fiber) to determine the impact of this constraint on the analytical performances of the sensor. The analytical method will further be validated in complex matrices to allow real-time and spatially-resolved measurements of gut metabolites in vivo.

Chez les Mammifères, le recrutement du microbiote débute in utero, ce qui restait à démontrer chez d'autres classes de Vertébrés. L'objectif général du projet était de tester si un tel recrutement se produit chez un Vertébré non Mammifère. Nous avons testé, chez le Poisson vivipare Brachyistius frenatus, l'hypothèse selon laquelle la poche utérine est colonisée par un microbiote transmissible aux alevins, conférant à leur propre microbiote une ontogenèse semblable à celle des Mammifères. Le projet visait l'atteinte des objectifs suivant: i) caractériser le mode de transmission du microbiote, ii) établir la composition, la diversité et les relations des communautés bactériennes du microbiote des femelles, des juvéniles et de leur environnement et iii) déterminer l'ontogenèse du microbiote chez B. frenatus. Ce projet a permis de caractériser le mode de transmission du microbiote, sa séquence de recrutement, ainsi que la contribution respective de différentes communautés sources en caractérisant la diversité bactérienne du microbiote des femelles, des juvéniles et de leur environnement avec une approche métagénomique de type code barre. La région V4 du gène de l'ARNr 16S a été ciblée comme marqueur taxonomique bactérien pour identifier les taxons des différents échantillons. Cette étude nous a permis d'identifier le premier cas d'une transmission verticale du microbiote in utero chez un vivipare non Mammifère et les résultats sous-entendent que B. frenatus est peut-être un tout nouveau modèle d'ontogenèse du microbiote. Cette étude a permis l'acquisition des connaissances sur la transmission du microbiote et, dans le contexte de convergence évolutive de la viviparité, elle ouvre à de nouvelles perspectives quant aux avantages évolutifs d'une telle transmission de symbiotes microbiens. / In Mammals microbial recruitment starts in utero, something that had not been shown in any other Vertebrate class. The main goal of this project was to test whether this type of recruitment happens in a non-mammalian Vertebrate. We tested in the viviparous fish Brachyistius frenatus the hypothesis under which the uterine pouch is colonized by a microbiome transmissible to the juveniles, conferring them an ontogeny similar to Mammals. This project also aimed to i) characterize the mode of transmission of the microbiota, ii) establish the composition, diversity and relationships between the microbial communities of pregnant females, juveniles and their environment and iii) determine the ontogeny of the microbiota in B. frenatus. We characterized the mode of transmission of the microbiome, explored its recruitment and the contribution of different source communities with a metagenomic approach (bar coding). We targeted the hyper variable region V4 of the small subunit (16S) rRNA gene to determine the presence of a vertical transmission of the microbiome In this study, we confirmed the presence of a vertically transmissible microbiome in the viviparous fish B. frenatus. We documented for the first time an in utero transmission of the microbiota in a non-mammalian viviparous species. Our results also hint that B. frenatus might be a new model of microbiota ontogeny. This study contributes to the acquisition of knowledge on microbiome transmission and, in the context of evolutionary convergence of viviparity, allows the formulation of hypotheses concerning the evolutionary advantages of in utero microbiome transmission.

La mise en évidence de l'association entre désordres métaboliques et état dysbiotique remet aujourd'hui en cause la définition et les modes de traitement traditionnels du syndrome métabolique. Or, la composition et l'activité du microbiote intestinal étant grandement déterminées par l'alimentation, les aliments riches en fibres et composés phytochimiques, réputés pour leur action prébiotique, représentent un levier majeur pour traiter les désordres métaboliques et en prévenir le développement. La consommation de framboises a démontré des effets positifs sur les désordres métaboliques, associés dans certaines études à la modulation du microbiote intestinal. En outre, la variabilité interindividuelle constitue un obstacle majeur à l'identification des effets des interventions nutritionnelles et des mécanismes qui les sous-tendent. Ce projet avait pour objectif principal d'évaluer l'impact de la consommation de framboises sur les paramètres du syndrome métabolique, en recourant notamment à des outils omiques pour circonscrire avec davantage de précision ces effets selon les individus. Dans le cadre d'un essai randomisé contrôlé à deux bras parallèles, 28 participants présentant des désordres métaboliques consommèrent 280 g de framboises par jour pendant 8 semaines, tandis que 28 autres maintinrent leur diète habituelle. L'intervention n'a pas démontré d'effet majeur sur les paramètres du syndrome métabolique. Néanmoins, l'application d'une méthode de discrimination fondée sur la variation du transcriptome sanguin a permis d'identifier des sujets « répondeurs » et « non-répondeurs », qui se distinguaient notamment par des signatures microbiennes différentes en amont de l'intervention. Une étude exploratoire a également été menée sur une dimension spécifique de la réponse à l'intervention : les sujets ont été stratifiés en fonction de la variation de leur taux plasmatique d'oxyde de triméthylamine en réponse à la consommation de framboises et leurs signatures microbiennes ont été analysées. Il s'ensuit que les outils omiques, de par la visibilité des processus moléculaires qu'ils offrent, constituent un atout majeur dans la mise en œuvre de telles études d'intervention nutritionnelles, en facilitant la mise en évidence de leurs effets en dépit de la variabilité interindividuelle. / The discovery of the relationship between metabolic disorders and dysbiotic state calls into question both definition and treatment of the metabolic syndrome. However, since the composition and activity of the intestinal microbiota are largely determined by diet, foods rich in fibre and phytochemicals, known for their prebiotic action, represent a major lever for treating metabolic disorders and preventing their development. The consumption of raspberries has been associated with positive effects on metabolic disorders, associated in some studies with the modulation of the intestinal microbiota. In addition, inter-individual variability is a major obstacle in identifying the effects of nutritional interventions and the mechanisms underlying them. The main objective of this project was to assess the impact of raspberry consumption on the parameters of metabolic syndrome, in particular by using omics technologies to define these effects more precisely according to the individuals. In a two-arm parallel-group, randomized, controlled trial, 29 participants with metabolic disorders consumed 280 g of raspberries daily for 8 weeks, while 30 others maintained their usual diet. The intervention did not demonstrate major effects on metabolic syndrome parameters. Nevertheless, the application of a discrimination method based on the variation of whole blood transcriptome allowed to identify "responders" and "non-responders", whose microbial signatures prior to the intervention differed. An exploratory study was also conducted on a specific dimension of response to the intervention: subjects were stratified according to their changes in plasma trimethylamine N-oxide level in response to raspberry consumption and their microbial signatures were analysed. It follows that omics tools, through the visibility they offer on the molecular processes, constitute a major asset in the implementation of such nutritional intervention studies, by facilitating the highlighting of their effects despite inter-individual variability.

Le passage d'un mode de vie traditionnel à un mode de vie moderne a entraîné des changements concomitants dans tous les aspects de la vie, notamment l'introduction et la consommation croissante d'aliments industrialisés en masse. Ce changement a modifié, parmi d'autres, l'équilibre entre les acides gras oméga-3 et oméga-6, une balance qui peut être associée à une mauvaise santé cardiométabolique. Plusieurs études confirment les bienfaits des oméga-3 pour la santé, notamment les acides gras à longue chaîne tels que l'acide eicosapentaénoïque (EPA) et l'acide docosahexaénoïque (DHA). Ces acides gras peuvent avoir des effets bénéfiques sur la santé en modulant, en partie, l'endocannabinoïdome ainsi que le microbiome intestinal, qui sont tous les deux des régulateurs clés de plusieurs aspects de la santé cardiométabolique et de l'obésité. D'où l'intérêt d'incorporer des aliments riches en oméga-3 : qui sont accessibles, abordables et consommables par toute personne y compris les véganes, afin de corriger ce déséquilibre et de prévenir les complications métaboliques. Les graines de chanvre (Cannabis sativa) entières ont une valeur nutritionnelle exceptionnelle, étant très riches en acides gras essentiels (AGE) ainsi que les acides gras polyinsaturés (AGPI) dont les oméga-3. Il est aussi intéressant de noter que les graines de chanvre sont également une source riche d'acide stéaridonique (SDA), qui peut être converti en EPA. De plus, ces graines contiennent presque autant de protéines de qualité que le soja et elles sont également riches en vitamine E, en minéraux et en fibres. Cette thèse avait donc comme objectif d'évaluer, par rapport à une graine largement utilisée pour la prévention de la dyslipidémie « la graine de lin », les effets d'une supplémentation alimentaire en graines de chanvre entières sur le développement de l'obésité et des complications métaboliques dans un modèle de souris souffrant d'obésité induite par le régime alimentaire et de déterminer ses effets sur l'axe microbiome-endocannabinoïdome. L'hypothèse générale est que « les graines de chanvre améliorent les paramètres métaboliques chez les souris obèses en corrélation avec des niveaux circulants et tissulaires normalisés de médiateurs lipidiques de l'eCBome ainsi que des changements dans la composition du microbiote intestinal ». Dans un premier temps, et vu que notre partenaire industriel avait deux variétés de chanvre, nous avons étudié la composition nutritionnelle et cannabinoïde des graines Finola et X59 afin de choisir la meilleure variété, en point de vue nutritionnel, pour notre expérimentation in vivo. Les résultats démontrent que la variété Finola possède une meilleure composition qualitative en macro et micronutriment, par rapport à la variété X59, dont la plus importante est la composition en oméga-3. De ce fait, nous avons choisi les graines Finola pour la suite du projet. Dans un deuxième temps, nous avons évalué les effets de la supplémentation en graines de Finola mixées avec une diète High Fat High Sucrose (HFHS) dans une étude de 8 semaines chez des souris C57BL/6J, dont les groupes de contrôle étaient : HFHS, HFHS mixée avec les graines de Lin et Low Fat Low Sucrose (LFLS). Les résultats démontrent que la supplémentation en grains de chanvre produit une légère amélioration du profil métabolique et inflammatoire par rapport aux graines de lin et en comparaison avec le contrôle LFLS. En revanche, les deux graines changent sensiblement l'eCBome avec une augmentation des médiateurs oméga-3 (dont les précurseurs sont des acides gras oméga-3) et une diminution des médiateurs oméga-6, surtout dans le tissu adipeux, par rapport aux LFLS et HFHS. Exceptionnellement, le SDA et ses médiateurs ont augmenté considérablement dans le groupe des graines de chanvre. Dans un troisième temps, nous avons étudié la capacité des préadipocytes et des adipocytes 3T3-L1 traitées avec des acides gras oméga-3 ou des huiles de chanvre et de lin à produire leurs médiateurs eCBome respectifs. Les résultats démontrent que les préadipocytes et les adipocytes 3T3-L1 traités avec des acides gras oméga-3 étaient capables à produire leurs médiateurs eCBome respectifs et que le SDA était capable de se convertir en EPA ainsi que leurs médiateurs. Par conséquent, les modifications de l'endocannabinoïdome dans le tissu adipeux des souris observées dans le cadre du protocole in vivo sont probablement, au moins en partie, le résultat direct des graisses alimentaires sur ces types de cellules spécifiquement. Cette thèse a donc montré que les graines de chanvre, riche en SDA, pourraient provoquer des changements bénéfiques dans le métabolisme en altérant l'endocannabinoidome. / The shift from a traditional to a modern lifestyle has resulted in concomitant changes in all aspects of life, including the introduction and increasing consumption of mass-produced foods. This change has altered, among other things, the balance between omega-3 and omega-6 fatty acids (FAs), a balance that may be associated with poor cardiometabolic health. Several studies confirm the health benefits of omega-3 FAs, including long-chain fatty acids such as eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA). These FAs may have health benefits by, among other things, modulating the endocannabinoidome as well as the gut microbiome, both of which are key regulators of several aspects of cardiometabolic health and obesity. Hence the value of incorporating omega-3 rich foods that are: accessible, affordable and consumable by anyone including vegans to correct this imbalance and prevent metabolic complications. Whole hemp seeds (Cannabis sativa) have exceptional nutritional value, being very rich in essential fatty acids (EFAs) and other polyunsaturated fatty acids (PUFAs) including omega-3 FAs. It is also interesting to note that hemp seeds are also a rich source of stearidonic acid (SDA), which can be converted into EPA. In addition, these seeds contain almost as much quality protein as soybeans and are also rich in vitamin E, minerals and fiber. Therefore, the objective of this thesis was to evaluate, in comparison to a widely used seed for the prevention of dyslipidemia «flaxseed», the effects of dietary supplementation with whole hempseed on the development of obesity and related complications in a mouse model of diet-induced obesity and to determine its effects on the microbiome-endocannabinoidome axis. The overall hypothesis is that «hemp seeds improve metabolic parameters in obese mice in correlation with normalized circulating and tissue levels of eCBome lipid mediators as well as changes in gut microbiota composition. » As a first step, and since our industrial partner had two varieties of hemp, we studied the nutritional and cannabinoid composition of Finola and X59 hemp seeds in order to choose the best variety, from a nutritional point of view, for our in vivo experiment. The results show that the Finola variety has a better qualitative composition in macro and micronutrient, compared to the X59 variety, the most important of which is the omega-3 composition. Therefore, we chose Finola seeds for the rest of the project. In a second step, we evaluated the effects of Finola seeds mixed with a High Fat High Sucrose (HFHS) diet in an 8-week study in C57BL/6J mice, where the control groups were: HFHS, HFHS mixed with flaxseed and Low Fat Low Sucrose (LFLS). The results show that hemp seed supplementation produced a slight improvement in the metabolic and inflammatory profile compared to flax seed and the LFLS control. In contrast, both seeds significantly changed the eCBome by an increase in omega-3 mediators (whose precursors are omega-3 fatty acids) and a decrease in omega-6 mediators, especially in adipose tissue, compared with LFLS and HFHS. Exceptionally, SDA and its mediators were significantly increased in the hemp seed group. In a third step, we investigated the ability of 3T3-L1 preadipocytes and adipocytes treated with omega-3 fatty acids or hemp seed and flax seed oils to produce their respective eCBome mediators. The results show that preadipocytes and 3T3-L1 adipocytes treated with omega-3 fatty acids were able to produce their respective eCBome mediators and that SDA was able to convert to EPA as well as their mediators. Therefore, the endocannabinoidome changes in the adipose tissue of mice observed within the in vivo protocol is likely, at least in part, a direct result of dietary fats on these cell types specifically. This thesis therefore showed that hemp seeds, rich in SDA, could induce beneficial changes in metabolism by altering the endocannabinoidome.

Le microbiote intestinal regroupe l’ensemble des micro-organismes qui colonisent l’intestin d’un animal. Chez l’abeille, il participe à la digestion et aux fonctions immunitaires. Plusieurs facteurs environnementaux perturbent le microbiote de cet insecte, nuisant ainsi à sa santé. Pour prévenir cette situation, l’ajout de probiotiques dans l’alimentation des abeilles est une solution intéressante. Il a été montré que certains probiotiques favorisent la croissance des colonies et diminuent l’incidence de plusieurs maladies et parasites. Cependant, aucune information n’est disponible quant à leurs effets en climat nordique, là où la survie hivernale et le développement printanier des colonies sont des enjeux majeurs pour les apiculteurs. L’objectif principal du projet est d’évaluer l’effet de formules probiotiques sur la composition taxonomique du microbiote de l’abeille et la performance des colonies. Deux souches probiotiques commerciales (Bactocell® et Levucell®SB), une bactérie endogène(Parasaccharibacter apium) et un antibiotique ont été administrés à un total de 45 colonies d’abeilles à l’automne 2017 et au printemps 2018. Un profilage du microbiote bactérien a été réalisé à quatre moments au cours du projet : en septembre, novembre, avril et juin. La survie hivernale et la performance des colonies ont été évaluées en mesurant le nombre de larves, le nombre d’abeilles dans la colonie, la consommation hivernale de nourriture et le poids des ruches. Le moment de l’année a influencé la composition du microbiote intestinal de l’abeille, suggérant une adaptation aux conditions environnementales. De plus, la prise de probiotiques n’a modulé que légèrement le microbiote de l’abeille. Quant à la performance des colonies, les formules probiotiques Bactocell® et Levucell®SB ont amélioré le développement printanier des colonies. Ces résultats indiquent que les probiotiques peuvent améliorer la performance des colonies d’abeilles, et ce, sans perturber leur microbiote. Ces informations seront utiles dans l’optique de développer une formule probiotique destinée à l’industrie apicole canadienne. / The microbiota represents microorganisms that inhabit the gut of an animal. The honeybee’s gut microbiota contributes to digestion, immunity and protection of the gut lining. Many environmental factors are known to disrupt the microbial balance of the microbiota and thus affecting honeybee health. The use of probiotics is now considered by many as a sustainable strategy to improve colony health. In fact, studies have shown that some probiotic strains could reduce dysbiosis while enhancing brood development, honey yield and pathogen tolerance. However, none of them investigated the benefits of probiotic supplementation under a cold climate, where winter survival and spring buildup are two critical moments for beekeepers.The goal of this project is to assess the effects of probiotic formulas on taxonomical composition of the bees’ microbiota and colony performance. To this purpose, forty-five honeybee colonies were given a commercial probiotic strain (Bactocell® or Levucell®), anendogenous bacterium (Parasaccharibacter apium) or the antibiotic Fumagillin-B®. The treatments were given twice in October 2017 and twice in April 2018. A molecular analysis of the bacterial microbiota was performed to characterize the seasonal changes happening in the honeybee’s gut and the impacts of the treatments on the microbiota’s bacterial community. Colony performance was assessed using brood coverage, number of frames covered in bees and hive weight. The honeybee microbiota was impacted by the sampling month. We observed a compositional shift and a reduction of the bacterial diversity during the study. Furthermore,the probiotic treatments did not impact significantly the composition of the microbiota. BothBactocell® and Levucell® favoured the spring buildup of the treated colonies. Our results indicate that probiotics are useful to improve honeybee colony performance without harming their microbiota. With these results in mind, we aim to developa safe and effective probiotic formulation specific to the Canadian beekeeping industry.

Pseudomonas aeruginosa est un pathogène opportuniste responsable des infections pulmonaires chroniques chez les patients atteints de fibrose kystique (FK). L’émergence de nouvelles souches épidémiques hypervirulentes, multi-résistantes aux antibiotiques et possédant une grande capacité de transmission, telles que LESB58, entraîne de grandes difficultés de traitement et une augmentation de la mortalité chez ces patients. Le séquençage complet de LESB58 a révélé un génome à 90% hautement conservé additionné de 455 gènes regroupés sous six prophages (PPs) et cinq îlots génomiques (GIs). Cette étude a pour objectif de déterminer l’implication de ces régions supplémentaires dans la pathogénie de LESB58. Une mutagenèse à étiquette signature (STM) suivie de plusieurs criblages ont permis de sélectionner 162 mutants dont 11 portant une insertion dans un GI ou PP. Des analyses subséquentes ont été réalisées sur ces mutants afin d’évaluer leur niveau de virulence in vivo dans un modèle d’infection pulmonaire chronique chez le rat. Des analyses de génomique ont été effectuées sur deux de ces mutants afin de mieux comprendre leur incapacité à établir l’infection dans le modèle d’infection in vivo. / Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic pathogen and causes chronic pulmonary infection to cystic fibrosis (CF) patients. The hypervirulent epidemic strain LESB58 is associated with high transmissibility and is highly resistant to antibiotics causing increased morbidity and mortality. Whole genome sequencing of LESB58 revealed a 90% highly conserved core genome and 455 additional genes grouped in five genomics islands (GIs) and six prophages (PPs). The aim of this study was to determine the implication of the accessory genome in LESB58 virulence. We performed a signature tagged mutagenesis (STM) followed by an in vivo screening of the mutants. From 162 STM mutants defective for in vivo maintenance, we selected 11 harbouring an insertion in GI or PP for further virulence analysis. Two of these mutants were used for genomics analysis in order to better understand their incapacity for in vivo maintenance in the rat model of chronic lung infection.

La parodontite chronique est une maladie infectieuse des tissus de soutien de la dent, entraînant une perte d'attache et une résorption osseuse. Elle résulte d'un déséquilibre entre le biofilm sous-gingival et la réponse inflammatoire de l'hôte. Le modèle de sang complet permet de recréer des conditions apparentées à celles présentes dans la poche parodontale. Utilisant ce modèle stimulé par le lipopolysaccharide (LPS) de Porphyromonas gingivalis, il nous a été permis de démontrer que la tétracycline, la doxycycline et la tétracycline modifiée chimiquement (CMT-3) peuvent inhiber la production d'importants médiateurs proinflammatoires. En comparant les réponses de patients atteints de parodontite et de sujets sains dans le modèle de sang complet stimulé par le LPS, nous avons pu établir que le taux d'accroissement de la production de cytokines et de métalloprotéinases matricielles était plus important chez le premier groupe, laissant supposer une réaction immune plus importante de leur part.

La litière de fumier recyclé (LFR) (séparation du fumier et fraction solide remise sous les animaux) est de plus en plus utilisée dans l’industrie laitière au Québec. Pourtant, les risques reliés à son utilisation sur la santé humaine sont méconnus. La présente étude tente donc d’identifier la meilleure méthode de compostage de la LFR quant à la qualité de l’air dans les fermes laitières. Quatre méthodes de compostage du solide ont été testées : SW) statique; TW) retourné quotidiennement; DC24) statique après 24 h dans un composteur rotatif; et DC72) statique après 72 h dans un composteur rotatif. Des échantillons d’air ont été prélevés aux jours 0, 5, 10 à l’aide d’un échantillonneur liquide et d’un autre sur filtre. Les poussières ont été mesurées par compteur optique de particules. Les microorganismes ont été analysés par culture (bactéries et moisissures mésophiles, moisissures thermotolérantes) ou par qPCR pour les bactéries totales et Penicillium/Aspergillus, ainsi que plusieurs agents pathogènes et un gène de résistance aux carbapénèmes. Au jour 0, les poussières et les moisissures mésophiles sont inférieures pour SW, TW et DC24. Les bactéries totales sont plus faibles pour SW et TW et Penicilium/Aspergillus pour DC24. Au jour 5, les poussières sont inférieures pour DC24 et DC72, alors que les moisissures mésophiles, bactéries totales et Penicillium/Aspergillus sont en plus faibles concentrations pour SW et TW. Au jour 10, les poussières et Penicillium/Aspergillus sont plus faibles pour SW et TW, les bactéries totales pour DC72 et les résultats ne diffèrent pas pour les moisissures mésophiles. Pour les trois journées d’échantillonnage, SW a des concentrations inférieures à DC72 en bactéries mésophiles. Aucun des résultats de moisissures thermotolérantes ni d’endotoxines ne diffère et aucun des agents pathogènes ni le gène de résistance n’a été détecté par qPCR. Les traitements SW et TW semblent représenter les meilleurs choix quant à la qualité de l’air. / Recycled manure solids (RMS) (solid-liquid separation f fresh manure where the solid fraction is used as bedding) gain rising interest in Quebec’s dairy industry. However, RMS use’s associated risks on human and animal health are unknown. This study tried to identify the best composting method regarding to air quality in dairy barns. Four composting methods were tested: SW) static, TW) daily turned, DC24) static after 24 h in a drum composter and DC72) static after 72 h in a drum composter. Air sampling were done with a liquid sampler and a filter sampler at days 0, 5 and 10. Dust concentrations were measured by an optical particle counter. Microorganisms were analysed by culture (mesophilic bacteria and fungi, thermotolerant fungi) or by qPCR for total bacteria (16s rDNA) and Penicillium/Aspergillus (ITS1), as well for several pathogenic agents and a carbapeneme resistance gene (KPC). At day 0 and 5, SW, TW and DC24 lead to the lowest concentrations for dust and mesophilic fungi. Total bacteria were lower for SW and TW, while Penicillium/Aspergillus were lower for DC24. At day 5, DC24 and DC72 lead to the lowest concentrations for dust, while SW and TW lead to lower concentrations for mesophilic fungi, total bacteria and Penicillium/Aspergillus. At day 10, dust and Penicillium/Aspergillus were lower for SW and TW, while total bacteria were lower for DC72 and no mesophilic fungi did not differ. For the three sampling days, SW lead to lower concentration of mesophilic bacteria than DC72. No thermotolerant fungi or endotoxins results differ and no pathogenic agent or the carbapenem resistance gene were detected by qPCR. Thus, SW and TW seem to be the methods to privilege regarding air quality in dairy barns.

Staphylococcus aureus et ses entérotoxines constituent un risque pour l’industrie alimentaire ainsi que pour les consommateurs. Environ la moitié des souches de S. aureus peuvent libérer des toxines menant à des symptômes de nausées, de diarrhées et de vomissements chez la personne ayant ingéré un produit contaminé. Une des solutions envisagées pour éliminer S. aureus et éviter la production d’entérotoxines, est l’utilisation d’un cocktail de phages. Au cours de ce projet de doctorat, trois objectifs ont été développés afin de poursuivre une stratégie de sélection d’un cocktail de phages anti-S. aureus. Tout d’abord, deux phages isolés du milieu laitier, adaptés à celui-ci et respectant des critères de sélection, ont été caractérisés. Ensuite, afin d’éviter un transfert de facteurs de virulence, des myophages anti-S. aureus ont été produits sur une souche de Staphylococcus xylosus, une espèce non-pathogène utilisée en transformation alimentaire et ont été caractérisés afin de confirmer leur identité lorsqu’amplifiés sur les deux espèces. D’un autre côté, l’efficacité contre une panoplie de souches de S. aureus isolées de sources distinctes, l’absence de gènes de virulence dans les génomes phagiques et la résistance à différentes conditions environnementales ont permis de sélectionner des phages différents. Ceux-ci ont fait l’objet de deux cocktails de phages efficaces menant à une réduction significative de la concentration de S. aureus dans des fromages de type Cheddar produits en laboratoire. De plus, ces phages n’ont pas déclenché une surproduction d’entérotoxines staphylococciques C, confirmant la sécurité de leur utilisation dans le milieu laitier. Enfin, la conservation des phages sous forme encapsulée et congelée dans des microbilles de gel d’alginate/calcium semble une approche à approfondir. Les phages staphylococciques virulents analysés dans cette thèse constituent d’excellents agents de biocontrôle étant non nocifs et infectant spécifiquement une espèce bactérienne donnée. Ayant confirmé l’efficacité de deux cocktails de phages, l’utilisation du produit phagique permettra de diminuer le risque d’apparition de souches bactériennes résistantes aux phages. De plus, entreprendre une mise à jour constante du cocktail phagique permettra de réduire la contamination causée par S. aureus, préservant ainsi l’innocuité et la qualité des aliments. / Staphylococcus aureus and its enterotoxins pose a risk to the food industry and for consumers. Approximately half of the S. aureus strains can release toxins leading to symptoms of nausea, diarrhea and vomiting to the person who ingests a contaminated product. One emerging solution to eliminating and preventing S. aureus enterotoxin production is the use of a phage cocktail. Through this doctoral project, three objectives were developed to pursue a strategy for selecting an anti-S. aureus phage cocktail based on well-defined criteria. First, a methodology was developed leading to the isolation and characterization of two phages from raw milk. Then, in order to avoid a transfer of virulence factors, anti-staphylococcal myophages were produced on a strain of Staphylococcus xylosus, a non-pathogenic species used in food processing. Their genomic identity when propagated separately on the two species was confirmed. Moreover, the host range of these phages was tested against a panel of S. aureus strains isolated from different sources. Their genome was analyzed to confirm the lack of virulence genes. In addition, their resistance to different environmental conditions was used to select different phages for application purposes. These data helped design two efficient phage cocktails leading to a significant drop of S. aureus concentration in small-scale laboratory-based Cheddar cheeses. In addition, they did not trigger the overproduction of staphylococcal enterotoxin C confirming the safety of their use in the dairy environment. Finally, in the aim of commercializing the product, conservation methods were investigated and the encapsulation and freeze of phages in micro-beads consisting of alginate/calcium gel particles appear promising. Staphylococcal virulent phages seem to be excellent biocontrol agents, being harmless and infecting specifically a given bacterial species. Having confirmed the efficacy of two phage cocktails, the use of the phage product could help decreasing the risk of emergence of phage resistant bacteria. Furthermore, undertaking a constant update of the phage cocktail could also help reducing contamination caused by S. aureus and thereby preserving safety and food quality.

Brevibacterium aurantiacum est une actinobactérie qui confère des propriétés organoleptiques clés aux fromages à croûte lavée lors de l’affinage. Malgré son importance industrielle, il n’existe aucun outil génétique disponible pour la modification génétique de cette espèce et seulement deux génomes complets sont disponibles à l’heure actuelle. L’acquisition de connaissances fondamentales sur le répertoire des gènes de cette espèce et sur leurs fonctions est primordiale pour comprendre son rôle dans l’affinage des fromages à croûte lavée. Lors de ce projet de maîtrise, 12 plasmides et quatre vecteurs synthétiques ont été utilisés pour transformer six souches laitières de B. aurantiacum et une souche de B. linens dans le but d’adapter l’outil génétique CRISPR-Cas9 pour ces actinobactéries. Différents protocoles de préparation de cellules électrocompétentes et de transformation par électroporation ont été testés, mais il a été impossible de transformer les souches bactériennes à l’étude. Les actinobactéries du genre Brevibacterium sont donc récalcitrantes à la transformation génétique Dans un second temps, nous avons séquencé six génomes additionnels de Brevibacterium et nous avons effectué des analyses génomiques comparatives avec les génomes publics. Nos analyses phylogénétiques ont révélé que les souches laitières précédemment considérées comme membres de l’espèce B. linens appartiennent en fait à l’espèce B. aurantiacum, mettant en évidence l’importance de cette espèce dans la production fromagère. Les génomes de B. aurantiacum sont composés de 2612 gènes de coeur et possèdent un pangénome ouvert atteignant jusqu’à 6259 gènes. Les génomes étudiés sont riches en éléments d’ADN mobiles et des transferts horizontaux de gènes (HGT) entre diverses actinobactéries d’affinage des fromages ont été observés chez tous les génomes de B. aurantiacum. Nos analyses génomiques comparatives apportent de nouvelles informations sur l’évolution et l’adaptation de B. aurantiacum à l’écosystème des fromages. / Brevibacterium aurantiacum is an orange-pigmented actinobacterium that confers key organoleptic properties to washed-rind cheeses during surface ripening. To date, only two complete and assembled genomes of B. aurantiacum are available and there is currently no genetic tool available to study this industrially relevant species. The acquisition of fundamental knowledge on the gene repertoire of this species and their functions is essential to understand its evolution and its role in cheese ripening In this study, 12 plasmids and 4 synthetic vectors were used to transform 6 B. aurantiacum dairy strains and one B. linens strain in the aim of adapting CRISPR-Cas9 tool for these bacterial species. Different electrocompetent cell preparation and electroporation methods were tested to transform various Brevibacterium strains, but no transformants were recovered with all the experiments. Therefore, it seems that Brevibacterium strains are recalcitrant to genetic transformation We sequenced six additional genomes of Brevibacterium and performed phylogenetic and pan-genome analyses. Our phylogenetic analysis revealed that cheese isolates, previously identified as B. linens, belong to the B. aurantiacum species, making this species a key player in cheese production. B. aurantiacum genomes are composed of 2612 core genes with an open pan-genome reaching now 6259 genes. Horizontal gene transfers (HGT) between cheese actinobacteria were observed in all B. aurantiacum genomes. HGT regions involved in iron acquisition were found in five B. aurantiacum genomes, which suggests cooperative evolution between smear-ripened cheese actinobacteria. Our comparative genomic analysis provides novel insights into the evolution and the adaptation of B. aurantiacum to the cheese ecosystem.