Au Canada, les abeilles sont un élément essentiel au secteur de l'agriculture en participant, en plus de leur production annuelle de miel à la pollinisation de nombreux fruits, noix et légumes. Malheureusement, le nombre des abeilles est dangereusement en baisse depuis la dernière décennie. L'intérêt du sujet et la multiplication d'initiatives de recherche dans le domaine ont fait de l'abeille un organisme modèle, notamment dans la recherche sur la dynamique hôte-microbiote. Apis mellifera possède un microbiote très spécialisé qui confère à l'abeille un large éventail de fonctions bénéfiques, allant de l'immunité à la transformation du pollen et la digestion des carbohydrates. Ce projet avait donc pour objectif de trouver des biomarqueurs prédictifs de différents traits de performance zootechniques (e.g. prévalence d'agents pathogènes et parasites, productivité) des colonies d'abeilles à partir de la composition taxonomique du microbiote intestinal. Une approche par apprentissage machine a été privilégiée afin de contourner les limitations des méthodes classiques de traiter un grand nombre de variables. Les modèles de prédiction obtenus ont permis de prédire la majorité des variables à l'étude avec succès, soulignant le potentiel de cette méthodologie dans le domaine du suivi et de la prédiction de l'état de santé des colonies d'abeilles au Canada. / The European honey bee, Apis mellifera, is an essential contributor to agriculture in Canada through the economic value of the production of honey to the extensive pollination services of numerous fruits, nuts and vegetables. Unfortunately, yearly colony losses of honey bees have seen a sharp increase during the last decade. The increasing interest and research initiatives in understanding the source of this problem have turned Apis mellifera into a model organism for research, notably in the field of host-microbiome dynamics. A. mellifera possesses a highly specialized microbiota that provides a wide array of beneficial functions to its host, from immunity to pollen processing and transformation to the metabolism of carbohydrates. This work's goal is to use the intestinal microbiome in honey bee colonies in order to discover relevant bio-markers with the capability to predict key host health and productivity metrics by using a machine learning approach in order to bypass the traditional bottleneck that is posed by classical analysis methods when dealing with high multi-dimensional problems. The models obtained in this study have successfully allowed the prediction of most variables studied (notably honey production, weight loss and gain, varroa loads, etc..), thus demonstrating the potential of this methodology as a tool to track and predict the health and performance of honey bee colonies in Canada.

Le virus Ebola (EBOV) est l'agent étiologique de la maladie à virus Ebola (MVE), une maladie à progression fulgurante qui peut atteindre des taux de mortalité allant jusqu'à 90%. Malgré le fait que ce virus ait été découvert en 1976, ce n'est pas avant 2014 que le public fut exposé à ses effets dévastateurs, alors que l'épidémie de 2014-2016 qui a frappé l'Afrique de l'Ouest ne soit déclarée une urgence de santé publique à portée internationale, et où plus de 28 000 individus seront touchés principalement en Guinée, au Sierra Leone, et au Libéria, mais également aux États-Unis et en Europe. Une des raisons principales qui fait en sorte que notre compréhension du virus n'évolue pas aussi rapidement que pour d'autres agents pathogènes est qu'EBOV doit être manipulé dans le plus haut niveau de sécurité biologique, c'est-à-dire un laboratoire de niveau de confinement 4. Ce type de laboratoire est rare, et le fait de devoir contenir le virus à l'intérieur de celui-ci complexifie le nombre d'expériences pouvant y être effectué. De plus, aucune intervention prophylactique ou thérapeutique n'a été disponible pendant plus de 40 ans. La majorité des travaux effectués ont donc continuellement cherché à pallier à ce manque. Ainsi, un important travail a été effectué afin de comprendre la nature des réponses immunitaires suite à l'infection, puisque cette dernière peut mieux diriger le développement de mesures efficaces. Cependant, peu d'études se sont penchées sur la caractérisation des propriétés virales basiques, tels que les déterminants viraux associés avec la pathogénèse et la transmission du virus. Dans cette thèse, le rôle spécifique de la charge virale, résultant de la réplication du virus Ebola, est évalué dans un contexte de sévérité de la maladie et de transmission. Dans un premier temps, un état général des connaissances quant à EBOV et son cycle de vie est présenté, ainsi que de la manière dont le virus se comporte chez l'humain et dans les modèles animaux. Dans le premier chapitre de cette thèse, l'association entre la charge virale et l'issue suite à la maladie est décrite dans un contexte d'une épidémie naturelle chez l'humain. Dans un contexte de diagnostic, la virémie de patients qui se sont présentés à un centre de traitement Ebola a été évaluée, mais de plus amples analyses ont révélées que ceux qui se présentaient avec une virémie moindre étaient plus susceptible de se rétablir, une mesure indirecte de la sévérité de la maladie. Dans le second chapitre, un nouveau modèle de transmission chez le furet est décrit, où la transmission résultant d'un contact direct ou indirect a été évaluée simultanément. Alors que les mâles en contact direct avec un furet infecté ont développé et succombé à la MVE dans un laps de temps correspondant à une infection par leur compagnon de cage en phase terminale, aucune femelle n'a développer la MVE ou possédait une charge virale détectable. Cependant, tous les animaux contacts directs et indirects ont expérimenté une séroconversion à EBOV, suggérant que dans ce modèle une transmission par contact indirect est fréquente, mais résulte en une maladie clinique moins sévère. Finalement, dans le dernier chapitre de cette thèse, le rôle de la charge virale et de la voie d'infection est évalué dans un modèle de primates non-humains. Dans une série d'expériences indépendantes, une infection intraoesophagienne ou par exposition du visage des animaux à des aérosols n'a pas résulté en une infection clinique ou une virémie. Cependant, les animaux en contact direct avec ceux infecté par aérosol ont tous développé des anticorps spécifiques contre EBOV. Des expériences additionnelles utilisant un modèle d'infection intramusculaire ou intratrachéale suggèrent que la charge virale détermine la transmission d'EBOV dans un contexte d'infection intramusculaire, puisque le seul animal ayant transmis avec succès EBOV à son compagnon de cage était celui démontrant les plus hauts niveaux de virémie et sécrétion virale. Cette transmission est facilitée dans un modèle d'infection intratrachéale, puisqu'elle a été observée de manière consistante entre les animaux infectés et contacts. En effet, la charge virale mesurée dans les sécrétions mucosales des animaux infectés était plus élevée que celle de l'animal ayant transmis EBOV lors de l'infection intramusculaire, suggérant que dans ce modèle d'infection, la charge virale sécrétée est associée avec la transmission d'EBOV. / Ebola virus (EBOV) is the etiological agent responsible for Ebola virus disease (EVD), a rapidly progressing infection which has historically reached case fatality rates of up to 90%. Although the virus was first identified in 1976, it was not until 2014 that the general public was exposed to its devastating impacts, as the 2014-2016 West African Ebola outbreak was declared a public health emergency of international concern and affected over 28,000 individuals, mostly in Guinea, Sierra Leone, and Liberia, but also in the United States and Europe. One of the main reasons that hinders our ability to characterize this disease extensively and rapidly is that handling this virus requires the highest level of biosafety containment available, namely biosafety level 4. These facilities are scarce world-wide, and the need to maintain high confinement usually limits the size and volume of the experiments that can be safely performed within. Given that for over 40 years, no medical countermeasures were available, a large proportion of available biosafety level 4 (BSL-4) resources was dedicated to solving this pressing issue. As such, a large amount of important work has focused on understanding the immune responses to infection, as they can better direct the development of efficacious countermeasures. Conversely, little has been done to characterize basic viral properties, such as viral determinants associated with pathogenicity and transmission of this virus. In this thesis, the role of viral loads specifically, as a result of virus replication, is evaluated with regards to pathogenicity and transmission. In the first section of this document, the current state of knowledge related to EBOV and its life cycle is presented, as well as what is currently known about how the virus behaves in both humans and animal models. In the first chapter of this thesis, the association between viral load and outcome is described from a human outbreak perspective. In the context of diagnostics, viremia of individuals who presented at an Ebola management center was assessed, but a follow-up analysis revealed that individuals who presented for care with a lower viremia better associated with recovery -- an indirect measure of disease severity. In the second chapter, a novel ferret model for transmission is described, where transmission resulting from direct and indirect contact could be evaluated simultaneously. While male direct contact animals developed and succumbed to clinical EVD in a timeframe consistent with infection by their terminally-ill challenged cagemate, no female contact animals became viremic or symptomatic. Interestingly, all direct and indirect contact animals seroconverted against EBOV, suggesting that in this model indirect transmission is frequent but results in a less-severe disease. Finally, in the final chapter of this thesis, the role of viral loads, as well as route of infection, was evaluated thoroughly in non-human primates. In a series of independent experiments, intraesophageal and facial aerosol exposure did not result in clinical EVD or viremia, but interestingly, all contact animals from the latter challenge seroconverted. Additional intramuscular or intratracheal challenge studies suggest that viral loads determine transmission of EBOV in an intramuscular challenge, as only the animal exhibiting the highest viral load was able o transmit EBOV to its contact cagemate. This transmission was found to be facilitated when using an intratracheal route of infection, as transmission was observed consistently from an infected to a naïve cagemate. Interestingly, viral loads as a result of shedding were found to be higher than those of the transmitting animal from the intramuscular challenge, suggesting that in this model, viral load as a result from shedding associate with transmission.

Geotrichum candidum est une levure dimorphique utilisée en fromagerie pour l’affinage des fromages de spécialité. Elle s’implante à la surface des fromages et utilise les constituants de la matrice fromagère (protéines, lipides, acides organiques, etc.), ce qui confère aux fromages leurs propriétés sensorielles typiques. Ces capacités technologiques dépendent toutefois de la souche. Les études récentes basées sur l’analyse phylogénétique et transcriptomique de souches de G. candidum ont révélé une diversité génétique importante au sein de cette espèce, ce qui pourrait expliquer la variabilité des capacités technologiques. Cependant, peu d’informations sont disponibles quant aux caractéristiques génétiques des souches responsables de leurs propriétés aromatisantes et fonctionnelles lors de l’affinage des fromages. La compréhension fine des activités de G. candidum est prioritaire tant pour les artisans-fromagers que pour les grandes fromageries industrielles afin de sélectionner les souches les plus performantes pour leur produit. L’objectif principal de cette étude était de déterminer la diversité génétique entre les souches de la levure Geotrichum candidum par utilisation de la génomique comparative et de proposer une méthode moléculaire pour l’identification et la caractérisation rapide des souches. Les génomes de huit souches de G. candidum d’origine laitière ont été séquencés. Les génomes obtenus avaient une taille moyenne de 24,5 Mb et 5 230 gènes prédits. L’homologie des séquences de chaque souche a permis de les regrouper en trois groupes phylogénétiques distincts pour lesquels des gènes uniques ont pu être identifiés. Sur la base de l’analyse des séquences génomique, une méthode optimisée de génotypage par MLST a été développée et validée sur 41 souches de G. candidum. Cette méthode a permis de reproduire les résultats obtenus avec l’analyse génomique et permet une identification rapide des souches et de leurs groupements phylogénétiques. Les résultats générés dans ce projet permettront de développer des outils pour la sélection optimale des ferments d’affinages basés sur leurs capacités technologiques spécifiques. Ils serviront également à améliorer notre compréhension de la physiologie de cette levure et de décrire et optimiser l’utilisation des souches de G. candidum lors de l’affinage afin d’ultimement contrôler davantage la qualité des fromages. / The yeast Geotrichum candidum is used in several specialty cheeses varieties, such as mold and smear-ripened cheeses, and plays several roles during cheese ripening. Its ability to metabolize proteins, lipids and organic acids enables its growth on the cheese surface and participate to the development of organoleptic properties. By alkalinizing the surface duringi ts growth, it also establishes suitable conditions for the growth of other ripening microorganisms. Yet, several technological abilities of G. candidum are strains dependent. However, little information is available related to the genetic characteristics that define the flavoring and functional properties of this yeast during the ripening of cheeses. A detailed understanding of G. candidum metabolic activities is a priority for both artisanal cheese makers and large industrial cheese factories in order to detect the most efficient strains for their product. The main objective of this study was to determine the genetic diversity within the G. candidum species by comparative genomic and to propose a rapid molecular method for the identification and characterization of the strains. Eight strains of G. candidum of dairy origin was sequenced. The genomes obtained had an average of 24.5 Mb and 5,230 putative genes. The sequence homologies show that the strains divide into three distinct groups for which each contains unique genes. On the basis of the genomic sequences, a MLST method was optimized and validated for 41 G. candidum strains. This method reproduces the results obtained for the genomic analysis and allows a rapid identification of the strains and their grouping.The results generated in this project will improve our understanding of the physiology and the utility of the G. candidum strains during the ripening of cheese to ultimately be able to better control it.

Titre de l'écran-titre (visionné le 4 mars 2024) / Les différentes activités au sein des élevages laitiers peuvent mener à la génération de grandes quantités de bioaérosols et à la suspension de contaminants dans l'air. Le personnel travaillant dans ces élevages est donc constamment exposé à divers agents biologiques pouvant provoquer un déclin des fonctions pulmonaires. Les méthodes de logement alternatif (stabulation libre) sont utilisées afin de respecter les nouvelles revendications sur le bien-être animal. Toutefois, le mouvement accentué des vaches pourrait être lié à un déclin dans la qualité de l'air au sein du bâtiment et augmenter les risques de maladies pulmonaires. Cette étude avait pour but de caractériser la qualité de l'air entre cinq élevages à stabulation libre et cinq élevages à stabulation entravée au Québec. Cette étude avait également pour but de caractériser les bioaérosols et les agents étiologiques dans ces environnements et d'identifier les facteurs environnementaux ayant le plus grand impact sur leur concentration. L'air a été prélevé dans chaque élevage à trois reprises à l'aide d'un SASS$^\textup{®}$ 3100 durant l'hiver. Les élevages visités utilisaient tous la litière de paille et la ventilation mécanique. D'autres caractéristiques des bâtiments ont été récoltées, comme le nombre de vaches dans l'étable (vaches laitières, génisses et taures), le volume du bâtiment, les taux de changement d'air et bien d'autres. Les poussières organiques ont également été monitorées à l'aide du *DustTrakᵀᴹ DRX Aerosol Monitor* et les concentrations de gaz avec un analyseur de gaz infrarouge. De la litière souillée a aussi été échantillonnée à plusieurs endroits dans les élevages. Les comparaisons ont été effectuées au niveau des bactéries totales, des moisissures de genre *Penicillium/Aspergillus*, des archées, des endotoxines, des poussières organiques (total, PM10, PM4, PM2.5, PM1) et des gaz (CO₂, NH₃, N₂O). Plusieurs microorganismes ont également été ciblés afin de détecter leur présence dans les élevages visités. Aucune différence significative n'a été observée entre les deux types d'élevage au niveau de la qualité de l'air. De plus, *Escherichia coli, Enterococcus spp., Clostridium perfringens, Aspergillus fumigatus, Staphylococcus aureus, Saccharopolyspora rectivirgula, Coxiella burnetii* et *Klebsiella pneumoniae* ont été détecté en grandes concentrations. Les analyses de corrélation avec les variables environnementales semblent montrer que les concentrations dans la litière souillée seraient liées aux concentrations dans l'air pour la plupart des microorganismes. De plus, la qualité de l'air semble être grandement influencée par la conception des bâtiments (Volume et ventilation) et non par le mouvement accentué des vaches, / The various activities within dairy barns can generate large amounts of bioaerosols and the suspension of contaminants in the air. Barn workers are therefore constantly exposed to various biological agents that can cause a decline in lung function. Alternative housing methods (free-stall housing) are used to respect the new demands on animal welfare. However, the increased movement of cows in free-stall farms might produce a decline in air quality within the barn and increase the risk of disease of barn workers. The purpose of this study was to compare air quality between five free-stall and five tie-stall farms in Quebec. This study also aimed to characterize bioaerosols and etiological agents collected in these environments and to identify the environmental factors with the greatest impact on their concentration. Air was sampled from each barn at three different times using the SASS$^\textup{®}$ 3100 Dry Air Sampler during the winter. All farms used straw bedding and mechanical ventilation. Other characteristics of the barns were collected (number of cows housed in that barn, volume, air exchange rates, etc.). Organic dust and gas concentrations were also monitored using the DustTrakᵀᴹ DRX Aerosol Monitor and an infrared gas analyzer, respectively. Soiled bedding was also sampled at several locations in the barns. Comparisons were made for total bacteria, *Penicillium/Aspergillus* moulds, archaea, endotoxins, organic dust (total, PM10, PM4, PM2.5, PM1) and gases (CO₂, NH₃, N₂O). Several microorganisms were also targeted to detect their presence in the farms visited. No significant differences in air quality were observed between the two types of farming. In addition, *Escherichia coli, Enterococcus spp., Clostridium perfringens, Aspergillus fumigatus, Staphylococcus aureus, Saccharopolyspora rectivirgula, Coxiella burnetii* and *Klebsiella pneumoniae* were detected in high concentrations. Analyses of correlations with environmental variables suggest that, for most microorganisms, concentrations in soiled bedding are related to airborne concentrations. In addition, air quality appears to be greatly influenced by building design (volume and ventilation) and not by the increased movement of cows.

Le but de ce projet est d'étudier le rôle de HMGB1 et son récepteur RAGE dans l'étiopathogenèse des maladies parodontales. Nos résultats montrent que les macrophages de la lignée U937 sécrètent HMGB1 suite à une stimulation avec les lipopolysaccharides des bactéries parodontopathogènes, alors que son niveau intracellulaire demeure inchangé. Le récepteur RAGE est faiblement exprimé par cette lignée et sa forme membranaire reste inchangée suite à ces stimulations alors que sa forme soluble est indétectable. De plus, la protéine HMGB1 n'induit pas la production des cytokines pro-inflammatoires TNF-a et IL-1ß par les macrophages U937 et la neutralisation de HMGB1 et de RAGE n'affecte pas la sécrétion de ces cytokines. D'autre part, le dosage du HMGB1 plasmatique révèle un taux plus élevé chez les patients atteints de parodontites que chez les sujets sains. Cette étude a permis d'analyser l'induction de la sécrétion de HMGB1 et de RAGE par les lipopolysaccharides des parodontopathogènes.

Différents types d’échantillonneurs d’air existent pour récolter les bioaérosols. Ils ont tous leurs avantages et leurs inconvénients, mais de ces types, un en particulier est susceptible d’introduire des biais dans le traitement et l’analyse des résultats. Les échantillonneurs de type liquide voient une portion de leur liquide d’échantillonnage s’évaporer pendant leur fonctionnement, ce qui favoriserait la perte de bioaérosols par ré-aérosolisation ou leur concentration dans le liquide. Peu de connaissances sont acquises sur la ré-aérosolisation, la concentration et leurs effets sur les résultats. Cette étude avait pour but de documenter comment l’évaporation du liquide de collecte impacte l’échantillonnage de l’air. Des expérimentations in vitro, où les récipients de collection de deux échantillonneurs liquides (Coriolisμ® et BioSampler®) étaient inoculés avec des consortiums bactériens connus, ont permis de conclure que la ré-aérosolisation et la concentration des bactéries sont des phénomènes complexes. En effet, ils sont difficilement prédictibles et semblent influencés par l’évaporation, le genre bactérien, l’hydrophobicité de la membrane bactérienne, l’interaction avec les autres bactéries, la composition du liquide de collection, le débit et le mécanisme de capture de l’échantillonneur. De plus, des expérimentations en milieu naturel ont permis de comparer la diversité récoltée par les échantillonneurs de type liquide et de type filtre, par méthodes de séquençage à haut débit. Une des particularités de cette étude était qu’une cassette contenant un filtre était branchée à la sortie d’air du BioSampler® pour récolter les bactéries ré-aérosolisées pendant l’échantillonnage. Plusieurs genres bactériens sont totalement ré-aérosolisés du récipient de collection du BioSampler®. Plus de la moitié des genres bactériens récoltés par le Coriolisμ® diffèrent de ceux du BioSampler®, et inversement. Les échantillonneurs filtres ont tous deux récolté une diversité bactérienne très similaire. Ces résultats constituent un apport important au domaine scientifique puisqu’ils prouvent les biais potentiels induits par les échantillonneurs de type liquide. / Different types of air samplers are available to harvest bioaerosols. They all have their advantages and disadvantages, but of these types, one in particular is likely to introduce bias in the treatment and analysis of the results. Liquid-based samplers see a portion of their collection fluid evaporate during operation, which would favor either the loss of bioaerosols by re-aerosolization or their concentration in the fluid. Very little knowledge is known about re-aerosolization, concentration and their effects on results. The main purpose of this study was to document how the evaporation of the collection fluid impacts air sampling. In vitro experiments, in which collection vessels from two liquid samplers (Coriolisμ® and BioSampler®) were inoculated with known bacterial consortia, concluded that reaerosolization and concentration are complex phenomena. Indeed, they are difficult to predict and seem influenced by evaporation, the bacterial genus, the hydrophobicity of the bacterial membrane, the interaction with other bacteria, the composition of the collection fluid, the flow and capture mechanism of the sampler. In addition, experiments in a natural environment have made it possible to compare the diversity harvested by the liquid-based and filter-based samplers by high throughput sequencing methods. One of the peculiarities of this study was that a cassette containing a filter was connected to the BioSampler® air outlet to collect the re-aerosolized bacteria during sampling. The results are unequivocal, several bacterial genera are totally re-aerosolized from the BioSampler® collection vessel. More than half of the bacterial genera harvested by the Coriolisμ® differ from those of the BioSampler®, and vice versa. The filter samplers both harvested a similar bacterial diversity. These results are an important contribution to the scientific field since they prove the biases induced by liquid type samplers.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / La prévalence de l'obésité a atteint des proportions pandémiques et représente un facteur de risque majeur pour une variété de désordres métaboliques, dont la résistance à l'insuline et la dyslipidémie, ce qui contribue l'apparition de troubles cardiométaboliques comme le diabète de type 2 et la stéatose hépatique non-alcoolique. Pour tenter de freiner la prévalence de l'obésité et les comorbidités qui y sont associées, plusieurs stratégies nutritionnelles ont été élaborées. Pourtant, l'efficacité de ces approches est encore limitée, ce qui renforce l'urgence d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. Une abondante littérature scientifique a établi une relation entre le microbiote intestinal et les maladies cardiométaboliques. Ainsi, les travaux de cette thèse regroupent plusieurs interventions nutritionnelles visant à étudier la relation entre le microbiote intestinal et la progression de ces désordres métaboliques chez la souris et l'humain. D'une part, les polyphénols suscitent un important intérêt dans le contexte de l'amélioration du profil métabolique et du microbiote intestinal. L'impact des anthocyanines et des proanthocyanidines isolés de bleuets en corymbe (*highbush*) sur la santé métabolique et le microbiote intestinal a été évalué chez la souris dans le premier chapitre de cette thèse. Ces travaux ont montré que les polyphénols prévenaient la détérioration du profile métabolique, et que certains paramètres étaient transmissibles par transplantation fécale. Des études animales antérieures ont aussi montré qu'un extrait de camu-camu riche en polyphénols prévenait le gain de poids, protégeait contre la stéatose hépatique en modifiait la composition du microbiote intestinal dans un modèle de souris obèse, mais aucun essai clinique n'avait encore étudié l'impact du camu-camu sur ces paramètres. Chez des sujets présentant une détérioration métabolique, la supplémentation en camu-camu s'est traduite par une diminution de la graisse hépatique et des niveaux circulants de marqueurs de lésions hépatiques. Ces changements étaient également associés à une modification dans la composition du microbiote intestinal. D'autre part, la consommation excessive de sucres ajoutés est reconnue comme étant néfaste pour la santé cardiométabolique. Pourtant, les méta-analyses indiquent que leur remplacement par des édulcorants artificiels non-caloriques ne se traduit pas systématiquement par une diminution de la prévalence des désordres métaboliques. Le stévia est un édulcorant naturel associé à des effets neutres ou bénéfiques sur la santé métabolique, mais son arrière-goût décourage plusieurs consommateurs. L'isolation des composantes sucrées du stévia au profil gustatif amélioré, dont les rebaudiosides A (RebA) et D (RebD), représente une alternative, mais leur impact sur la santé reste peu étudié à ce jour. L'objectif du chapitre trois était d'étudier l'impact du RebA et du RebD sur la santé métabolique et le microbiote intestinal chez la souris. Le RebD a diminué le gain de poids, la stéatose hépatique et un marqueur d'endotoxémie métabolique en plus de modifier le métabolisme des acides biliaires et la composition du microbiote intestinal. Le RebA a eu un effet neutre sur ces paramètres. Une autre stratégie nutritionnelle identifiée pour se prémunir des effets néfastes associés à la surconsommation de sucres ajoutés est de remplacer les sucres raffinés par des sucres moindrement transformés et riches en composés phytochimiques, comme le sirop d'érable. Dans le quatrième chapitre de cette thèse, la substitution de sucres raffinés par une dose équivalente de sirop d'érable représentant 10% de l'apport calorique total chez la souris s'est traduite par une moins grande détérioration de la résistance à l'insuline, une diminution de la stéatose hépatique et par des changements dans la composition et les fonctions du microbiote intestinal. Enfin, le cinquième chapitre de cette thèse visait à étudier l'impact d'une substitution de sucres raffinés par une dose équivalente de sirop d'érable correspondant à 5% de l'apport calorique total sur les paramètres cardiométaboliques et le microbiote intestinal fécal de sujets présentant une détérioration métabolique. Cette étude a montré que le sirop d'érable réduisait plusieurs facteurs de risque cardiométabolique, dont la tension artérielle systolique, l'aire sous la courbe de la glycémie lors du test de tolérance au glucose et la graisse abdominale androïde, en plus de tendre à réduire la pression artérielle diastolique par rapport au placébo. Les travaux de cette thèse montrent qu'il existe une relation étroite entre l'alimentation, le microbiote intestinal et la santé métabolique. Ce manuscrit propose des pistes d'interventions nutritionnelles susceptibles d'enjoindre la population à effectuer de meilleurs choix alimentaires pour prévenir les désordres métaboliques. / The prevalence of obesity has reached pandemic proportions and represents a major risk factor for a variety of metabolic disorders, such as insulin resistance and dyslipidemia, which contribute to the development of cardiometabolic disorders such as type 2 diabetes (T2D) and non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). To decrease the prevalence of obesity and its associated comorbidities, several nutritional strategies have been developed. However, the effectiveness of these approaches is still limited, which reinforces the urgency of identifying new therapeutic targets. An abundant scientific literature has established a relationship between the gut microbiota and cardiometabolic diseases. This thesis gathers several nutritional interventions aimed at studying the relationship between the gut microbiota and the progression of these metabolic disorders in both mice and humans. Polyphenols are attracting significant interest in the context of improving metabolic health and modifying the gut microbiota composition. The impact of anthocyanins and proanthocyanidins isolated from highbush blueberry on metabolic health and gut microbiota was assessed in mice in the first chapter of this thesis. This work showed that polyphenols prevented the deterioration of the metabolic profile, and that certain parameters were transmissible by fecal transplantation. Previous animal studies have also shown that a polyphenol-rich camu-camu extract prevented weight gain, protected against fatty liver disease, and altered the composition of the gut microbiota in an obese mouse model, but no clinical trial had further studied the impact of camu-camu on these parameters. In subjects presenting mild metabolic deterioration, camu-camu supplementation resulted in decreased liver fat and lower circulating markers of liver injury. These changes were also associated with changes in the gut microbiota composition. Excessive consumption of added sugars is known to be detrimental to cardiometabolic health. However, meta-analyses indicate that their replacement by non-caloric artificial sweeteners does not systematically result in a decrease in the prevalence of metabolic disorders. Stevia is a natural sweetener associated with neutral or beneficial effects on metabolic health, but its bitter aftertaste discourages many consumers. The isolation of the sweet components of stevia with an improved taste profile, including rebaudiosides A (RebA) and D (RebD), represents an interesting alternative, but their impact on health remains poorly studied to date. The objective of chapter three was to investigate the impact of RebA and RebD on metabolic health and gut microbiota in mice. RebD decreased weight gain, hepatic steatosis, and a marker of metabolic endotoxemia in addition to altering bile acid metabolism and gut microbiota composition. RebA had a neutral effect on these parameters. Another nutritional strategy identified to prevent the harmful effects associated with the overconsumption of added sugars is to replace refined sugars with sugars that are less processed and rich in phytochemicals, such as maple syrup. In the fourth chapter of this thesis, the substitution of refined sugars by an equivalent dose of maple syrup representing 10% of the total caloric intake in mice was less deleterious on insulin resistance and hepatic steatosis and was associated with changes in the composition and functions of the gut microbiota. Finally, the fifth chapter of this thesis aimed to study the impact of substituting refined sugars by an equivalent dose of maple syrup corresponding to 5% of the total caloric intake on cardiometabolic parameters and the gutmicrobiota composition of subjects with mild metabolic deterioration. This study showed that maple syrup reduced several cardiometabolic risk factors, including systolic blood pressure, area under the glucose tolerance test, and android abdominal fat, and tended to decrease diastolic blood pressure compared to placebo. The work of this thesis shows that there is a close relationship between the diet, the gut microbiota and metabolic health. This manuscript proposes avenues for nutritional intervention likely to enjoin the population to make better food choices to prevent metabolic disorders.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Malgré la pasteurisation obligatoire du lait de consommation et la mise en place de bonnes pratiques de fabrication et d'hygiène dans les usines de transformation laitière, certains microorganismes résistants à la chaleur ou issus de phénomènes de post-contamination peuvent se retrouver dans les produits laitiers transformés et s'y développer. En plus d'entraîner des pertes alimentaires et économiques en raison du non-respect des normes microbiologiques ou des diverses altérations occasionnées, les microorganismes associés aux produits laitiers non-conformes et/ou atypiques (PL-NC/AT) constituent une préoccupation majeure pour les industries laitières en raison de leur capacité potentielle à former des biofilms sur les surfaces et à résister à certains désinfectants et antibiotiques. Ce projet de recherche visait à isoler, identifier et caractériser les microorganismes provenant de PL-NC/AT afin de bâtir une collection microbienne documentée de référence. En collaboration avec plusieurs industries laitières et fromagères, 105 souches de bactéries, levures et moisissures problématiques, issues de différents PL-NC/AT (lait, crème, crème glacée et fromages), ont été isolées par culture et identifiées par MALDI-TOF ou séquençage. La caractérisation de cette diversité d'isolats a permis de mettre en évidence que la majorité de ces souches étaient sensibles à un traitement de chaleur équivalent à une pasteurisation, suggérant que ces microorganismes auraient été réintroduits dans les produits laitiers par post-contamination. Près de 25 souches bactériennes se sont d'ailleurs révélées être d'importantes productrices de biofilms en microplaques de 96 puits et 13 de ces souches ont démontré une résistance élevée à un traitement de 5 minutes à l'acide peracétique (100 ppm) et à l'hypochlorite de sodium (70 ppm) en microplaques MBEC. De plus, 56 isolats bactériens ont présenté une résistance contre l'ampicilline, la fosfomycine et/ou la ceftriaxone. Ces nouvelles connaissances pourront guider et mener à l'élaboration de mesures innovantes dans le contrôle et la prévention des contaminations microbiologiques dans l'industrie laitière. / Despite the mandatory pasteurization of fluid milk and the implementation of good manufacturing and hygiene practices in dairy processing plants, some heat-resistant microorganisms or other microorganisms resulting from post-pasteurization contamination can be found in processed dairy products. In addition to causing food and economic losses due to spoilage or non-compliance with microbiological standards, microorganisms associated with non-compliant and/or atypical dairy products (NC/AT-DP) are a major concern for dairy industries due to their potential ability to form biofilms and to resist to some disinfectants and antimicrobial agents. The objective of this project was to isolate, identify and characterize microorganisms from NC/AT-DP to create a documented microbial collection. In collaboration with several dairy and cheese industries, 105 strains of problematic bacteria, yeasts, and molds from various NC/AT-DP (milk, cream, ice cream and cheese) were isolated by culture and identified by MALDI-TOF or sequencing. The characterization of these isolates demonstrated that most of the strains were sensitive to a heat treatment equivalent to pasteurization, suggesting that these microorganisms would have been reintroduced into dairy products by post- pasteurization contamination. Nearly 25 bacterial strains have also shown to be moderate or strong biofilm-producers in 96-well microplates and 13 of these strains have demonstrated a high resistance to a 5-minute treatment with peracetic acid (100 ppm) and sodium hypochlorite (70 ppm) in MBEC microplates. In addition, 56 bacterial isolates showed resistance against ampicillin, fosfomycin and/or ceftriaxone. These results will guide and may lead to the development of new strategies to control and prevent microbiological contamination in the dairy sector.

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.