L’utilisation d’agents anti-TNF a grandement amélioré la prise en charge de certaines maladies inflammatoires chroniques comme la polyarthrite rhumatoïde (PR) ou les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI). Cependant, le quart des patients environ ne vont pas répondre au traitement ou présenteront une perte de réponse secondaire. Des marqueurs prédictifs de réponse sont nécessaires afin limiter les effets secondaires et les coûts inutiles en ciblant les patients qui pourraient être améliorés par les anti-TNF. Ces travaux de recherche se sont dans un premier temps concentrés sur l’importance de l’immunogénicité de ces traitements. Des anticorps anti-médicaments (ADAs) étaient bien associés à un taux bas d’anti-TNF avec des conséquences cliniques en termes de perte de réponse clinique et d’absence de cicatrisation muqueuse dans les MICI. Des seuils cliniques d’interprétation des tests biologiques pour la détection du médicament et de ses anticorps ont pu être définis et correspondent à 4.9 μg/ml pour l’infliximab et 200 ng/ml pour les ADAs. Ces résultats obtenus par ELISA sont bien corrélés avec les tests fonctionnels réalisés en parallèle et confirment l’intérêt de cette technique dans ce dépistage. Les ADAs étaient diminués par traitement immunosuppresseur concomitant. Ensuite, la persistance d’une infection chronique mise en évidence par des anticorps anti-bactériens a été évaluée en tant que marqueur prédictif de réponse aux anti-TNF. Aucun résultat statistiquement significatif n’a pu être relevé sur ces premières données, que ça soit pour les anticorps dirigés contre la flore intestinale pour les MICI ou contre le microbiote oral dans la PR. Seul un taux élevé de MMP-3 à l’initiation de l’infliximab chez les patients PR prédisait d’une bonne réponse clinique selon les critères de l’EULAR par la suite / The use of anti-TNF agents has greatly improved the management of chronic inflammatory diseases such as rheumatoid arthritis (RA), or chronic inflammatory bowel disease (IBD). However, about a quarter of patients will not respond to treatment or will present a secondary loss of response. Predictive biomarkers of response are needed to reduce side effects and unnecessary costs by targeting patients that could be improved by anti-TNF. This research work was initially focused on the importance of immunogenicity of these treatments. Anti-drug antibodies (ADAs) were well associated with low levels of anti-TNF with clinical consequences in terms of loss of clinical response and absence of mucosal healing in IBD. Clinical thresholds for drug and ADAs have been defined and correspond to 4.9 μg/ml for infliximab and 200 ng/ml for ADAS. These results obtained by ELISA correlate well with functional tests done in parallel, and confirm the value of this technique for screening. The ADAs were decreased with concomitant immunosuppressive therapy. Then, the persistence of chronic infection as evidenced by anti-bacterial antibody was evaluated as a predictive marker for response to anti-TNF. No statistically significant results could be raised on these first data, for antibodies against the intestinal flora in IBD or against the oral microbiota in RA. Only high levels of MMP-3 at the initiation of infliximab in RA patients predicted a good clinical response according to the EULAR criteria

L’analyse du microbiote oral et de son évolution séculaire se fait principalement à partir de l’analyse du tartre dentaire ancien des populations passées et du biofilm dentaire des populations modernes. Nous avons dans un premier temps fait le point des connaissances sur la paléomicrobiologie des bactéries et des archaea contenues dans le tartre dentaire et montré que les archaea faisaient partie du microbiote oral chez l'homme. Dans la deuxième partie, nous avons mis en évidence le répertoire des archaea méthanogènes vivant dans la cavité orale par la culture (une nouvelle espèce Methanobrevibacter massiliense, Methanobrevibacter smithii et Methanobrevibacter oralis). La prévalence de ces archaea était significativement plus élevée chez les patients atteints de parodontite que chez les personnes contrôles. Ensuite, nous avons développé une méthode de génotypage Multispacer Sequence Typing pour typer M. oralis et M. smithii et révélé différents génotypes. Enfin, nous avons analysé le répertoire des archaea méthanogènes dans des échantillons de tartre dentaire ancien datant du 14ème au 19ème siècle. La prévalence et la diversité des archaea méthanogènes dans la cavité orale ont diminué significativement au cours des sept derniers siècles. Des archaea méthanogènes ont été retrouvées dans 75% des prélèvements de tartre dentaire (Candidatus M. massiliense à 44,6%, M. oralis à 19,6%, Methanomassiliicoccus luminyensis-like à 12,5%, Candidatus Nitrososphaera evergladensis-like dans un prélèvement et Methanoculleus bourgensis dans un autre prélèvement). Un prélèvement de tartre positif pour Candidatus M. massiliense a été documenté par hybridation in situ en fluorescence. / The analyses of oral microbiome and its secular evolution mainly use dental calculus in past populations and dental plaque in modern populations. In our thesis, we initially reviewed the knowledge actual about bacteria and archaea paleomicrobiology of the dental calculus. The review disclosed that archaea taked part in the secular core-microbiota in past and modern populations. In the second work, we demonstrated the repertoire of methanogenic archaea currently living in the oral cavity using culture-based approach and succeeded in isolating for the first time a new species named Methanobrevibacter massiliense in addition to Methanobrevibacter smithii and Methanobrevibacter oralis from dental plaque in periodontitis patients. This work showed that the prevalence of methanogens was significantly higher in periodontitis patients than in controls. Some methanogenic archaea were involved in periodontitis. Then, we developed Multispacer Sequence Typing to evaluate M. oralis and M. smithii and revealed different genetic variants in these archaea. Finally, we examined the repertory of methanogenic archaea in ancient dental calculus dating from the 14th to the 19th century. The prevalence and diversity of methanogenic archaea in the oral cavity decreased significantly during the last seven centuries. Methanogenic archaea were found in 75% of dental calculis (Candidatus M. massiliense, 44.6%; M. oralis, 19.6%; Methanomassiliicoccus luminyensis-like, 12.5%; Candidatus Nitrososphaera evergladensis-like in one and Methanoculleus bourgensis in one specimen). One Candidatus M. massiliense dental calculus was further documented by fluorescent in situ hybridization.

La voie des RLR (RIG-I like Receptors) joue un rôle essentiel dans la détection des virus à ARN, déclenchant une réponse immunitaire antivirale grâce au recrutement de la protéine adaptatrice mitochondriale MAVS (Mitochondrial AntiViral Signaling protein). Nous avons mis en évidence que les souris déficientes pour la protéine MAVS (MAVS KO) présentaient un phénotype proallergénique dans un modèle d'inflammation stérile d'hypersensibilité retardée de contact (HSRC) qui reproduit la dermatite allergique de contact (DAC) chez l'homme. Nous avons caractérisé le système immunitaire des souris MAVS KO en condition d'équilibre et durant la réponse d'HSRC. Nous avons identifié un rôle du microbiote intestinal des souris MAVS KO dans l'exacerbation de réponse d'HSRC et mis en évidence une dysbiose du microbiote bactérien. Nous avons démontré que la dysbiose était responsable du phénotype inflammatoire observé, phénotype transmissible à des souris sauvages par des expériences de cohébergement et de transplantation fécale. Cette dysbiose induit une augmentation de la perméabilité intestinale chez les souris MAVS KO lors de la réponse d'HSRC, aboutissant à une translocation bactérienne dans les organes lymphoïdes et à la modulation des réponses immunitaires à l'origine de l'exacerbation de réponse d'hypersensibilité. La 2ème partie de ma thèse vise à étudier les conséquences de la déficience en MAVS sur le métabolisme glucidique. Nos expériences ont démontré que les souris MAVS KO développaient une surcharge pondérale et une insulino-résistance sous régime riche en lipides et sucrose, dépendants de la dysbiose intestinale. Au niveau cellulaire, une altération des interactions aux points de contact entre la mitochondrie et le réticulum endoplasmique a été observée. Nos résultats permettent d'envisager le développement de nouvelles approches thérapeutiques des pathologies allergiques et métaboliques humaines par la modulation du microbiote intestinal / RIG-I like receptors (RLRs) play a major role in response to cytosolic viral RNAs by initiating an antiviral immune response through the recruitment of the mitochondrial adaptor protein MAVS (Mitochondrial AntiViral Signaling protein). We showed that MAVS-deficient mice developed an exacerbated response in a sterile inflammatory model of Contact Hypersensitivity (CHS), that reproduces the pathophysiology of allergic contact dermatitis (ACD) in human. We characterized the immune system of MAVS KO mice at steady state and during CHS response. We found that MAVS deficiency leads to changes in the gut bacterial composition suggesting an unexpected role of the RLR pathway in the regulation of intestinal homeostasis. We demonstrated that intestinal dysbiosis is responsible for the increased CHS response, and showed that the inflammatory phenotype of MAVS KO mice can be transferred to WT mice by cohousing and fecal transplantation. We demonstrated that the dysbiotic gut microbiota exerts its effect due to an increased intestinal permeability during DTH sensitization. The ensuing bacterial translocation within lymphoid organs enhances characteristic cytokines production that increases CHS response. The 2nd part of my thesis aimed to study the consequences of MAVS deficiency on glucose metabolism. Our experiments showed that MAVS KO mice exhibit disorders of glucose homeostasis during high fat diet (HFD) associated with the development of overweight and insulin resistance. We also observed alterations of MAM (Mitochondria-associated endoplasmic reticulum membranes), contact poins between mitochondria and endoplasmic reticulum. Recent preliminary data suggested that the metabolic disorders associated with MAVS deficiency are due to intestinal dysbiosis. Our results highlight a new role for the RLR pathway and allow to consider the development of new therapeutic approaches to human allergic and metabolic diseases by modulation of the intestinal microbiota

Le déoxynivalénol (DON) est une mycotoxine qui contamine la plupart des cultures de céréales dans toutes les régions du monde. Capable de résister aux procédés de transformation subies par les céréales, le DON peut se retrouver alors, à l'état de contaminants dans les matières premières (céréales) ainsi que dans les denrées alimentaires transformées destinées à l'Homme (pâtes, pain, bières) et à l'animal (granulés) à des concentrations supérieures aux limites règlementaires. Malgré les efforts de recherche pour caractériser les multiples aspects de l’impact d’une contamination par le DON, les effets bactériologiques de cette mycotoxine n’étaient pas encore documentés chez l’Homme. L'Agence Nationale de Sécurité Sanitaire (Anses), dans le cadre de sa mission de protection du consommateur, a donc souhaité évaluer l'impact d'une contamination au DON sur le microbiote intestinal humain (MIH). Dans cette étude, nous avons d’abord évalué la cinétique du DON chez le porc et chez le rat, puis nous avons utilisé un modèle de rats à flore humanisée pour évaluer l'impact d'une exposition sub-chronique de la mycotoxine sur la composition du MIH. Le DON est un contaminant rapidement distribué et éliminé. Au sein du tractus digestif, il entraine des changements bactériologiques significatifs chez certains principaux groupes bactériens composant le MIH. Cette étude apporte des données complémentaires à l’analyse du risque lié à l’exposition du DON chez l’Homme et montre l’intérêt des modèles animaux étudiés dans des scénarii particuliers d’exposition au DON. / Deoxynivalenol (DON) is one of the most prevalent mycotoxins present in cereal crops worldwide. Able to withstand the transformation process undergone by grains, DON can be found as contaminant in raw materials (cereals) and in processed food for humans (pasta, bread, beer) and animals (grains) at concentrations upper the control limits. Despite research efforts to characterize various aspects of the impact of DON contamination, the microbiological effects of DON were not documented in humans. The French agency for food, environmental and occupational health and safety (Anses), as part of its mission to protect the consumer, wanted to assess the impact of DON contamination on the Human Gut Microbiota (HGM). In this study, we first evaluated the kinetics of DON in pigs and rats, and then we assessed the impact of an oral subchronic exposure of deoxynivalenol on the composition of HGM in a human microbiota-associated rats model. DON is a contaminant rapidly distributed and eliminated. In gut, DON leads to significant changes in some of the main bacterial groups of the HGM. This study provides additional data to analyze the risk exposure of DON in humans and shows the interest of these animal models in studies dealing with particular scenarios of DON exposure.

En période néonatale, la muqueuse intestinale est immature et particulièrement perméable, notamment aux facteurs environnementaux comme les toxiques, les infections mais aussi les événements stressants. De la bonne maturation de la barrière intestinale va dépendre la mise en place de l'homéostasie intestinale et donc la tolérance vis-à-vis des antigènes luminaux. La survenu d’évènements stressants durant la petite enfance est associée au déclenchement et/ou l’entretien de pathologies gastro-intestinales fonctionnelles comme le Syndrome de l’Intestin Irritable (SII) mais aussi organiques comme les Maladies Inflammatoires Chroniques de l’Intestin (MICI). De plus, ces pathologies malgré leurs différences dans la sévérité et les signes cliniques, partagent un certain nombre de caractéristiques physiopathologiques communes, comme la rupture de l’intégrité de la barrière intestinale associée à une rupture de tolérance vis-à-vis des antigènes luminaux et plus particulièrement contre le microbiote intestinal. L’objectif de ce travail a été d’évaluer les effets d’un Stress de Séparation Maternelle (SSM) sur l’homéostasie intestinale et la réponse immunitaire vis-à-vis du microbiote commensal chez la souris jeune adulte. Nos résultats ont mis en évidence un dimorphisme sexuel dans ce modèle. Chez les souris mâles jeunes adultes, le SSM diminue les fonctions de la barrière intestinale associé à une altération de la réponse humorale et cellulaire au niveau systémique vis-à-vis du microbiote commensal, ainsi qu’à un défaut des cellules présentatrices d’antigènes, conduisant à une inflammation de bas grade malgré un profil proinflammatoire des lymphocytes T. Chez les souris femelles jeunes adultes, le SSM altère la fonctionnalité des cellules de Paneth associée à surpopulation bactérienne intestinale, responsable de la sensibilité viscérale en réponse à une distension colorectale et une réponse humorale systémique dirigée contre le microbiote commensal. Nous avons mis en évidence une empreinte du SSM chez le jeune adulte, capable d'induire des modifications profondes de l’homéostasie intestinale ainsi que de la réponse immunitaire systémique contre le microbiote intestinal. Le SSM altère l'homéostasie intestinale et reproduit des caractéristiques communes aux pathologies digestives à savoir une rupture de barrière associée à une réponse immunitaire contre le microbiote sans symptômes majeurs. Ce travail a permis d'identifier la survenue d'événements stressants pendant la petite enfance comme un facteur environnemental important capable d'altérer l'homéostasie intestinale chez des individus sains et qui pourrait contribuer au déclenchement de pathologies intestinales chez des individus génétiquement prédisposés. / Perinatal period is characterized by an immature intestinal barrier particularly permeable to luminal antigens and as such highly vulnerable to environmental factors like toxins, infections or stressful events. The appropriate maturation of intestinal barrier leads to intestinal homeostasis and tolerance toward luminal contents. Early life stressful events are associated with the development and/or maintenance of functional gastrointestinal disorders like Irritable Bowel Syndrome (IBS) or organic one like Inflammatory Bowel Diseases (IBD). These pathologies are highly different in term of etiology and clinical severity however they share common features like alteration in intestinal barrier associated with an abnormal immune response toward luminal contents especially commensal microbiota. Our aim was to evaluate the consequences of maternal separation (MS) on intestinal homeostasis, host-microbiota relationship and the humoral and cellular response at adulthood. Due to sexual dimorphism in this model, the results are presented separately for male and female. In young adult male mice, MS decreases intestinal barrier functions associated with an alteration of systemic humoral and cellular response toward commensal microbiota. Moreover, a defect of antigen presenting cells in spleen leads to systemic low grade inflammation despite a pro-inflammatory profile of T cell. In young adult female mice, MS alters the functionality of Paneth cells associated with an intestinal bacterial overgrowth, leading to visceral sensitivity and systemic humoral response toward commensal microbiota. We highlighted that MS has long lasting adverse effects on intestinal homeostasis and systemic immune response toward commensal microbiota in young adult. MS impairs intestinal homeostasis in healthy individuals and might contribute to trigger intestinal pathologies in susceptible persons.

Le surpoids et l’obésité touchent plus de 1,9 milliard d’adultes à travers le monde et pourraient atteindre 3,3 milliards de personnes dans une dizaine d’année. L’obésité est associée à une inflammation tissulaire et systémique chronique de bas grade, qui contribuent à l’apparition de la résistance à l’insuline. Récemment, notre laboratoire a mis en évidence des anomalies d’une nouvelle population de lymphocytes T innés, les cellules MAIT (Mucosal Associated Invariant T) chez des patients obèses et/ou ayant un diabète de type 2 (T2D). Les cellules MAIT sont des lymphocytes T non conventionnels, qui expriment un récepteur des cellules T (TCR) avec une chaîne alpha invariante. Leur TCR reconnait la molécule d’histocompatibilité de classe 1 non classique MR1, présentant des métabolites dérivés de la voie de biosynthèse des vitamines B, notamment les vitamines B2 et B9. Dans cette étude, nous utilisons les modèles murins pour analyser le rôle des cellules MAIT dans le developpement du T2D. Au cours de l’obésité induite par un régime riche en graisse, les cellules MAIT du tissu adipeux viscéral (TA) et de l’iléon sont activées de façon précoce et anormale et produisent plus de cytokines pro-inflammatoires (i.e. IL-17, TNFa et l’IFN?). De plus, l’augmentation de la fréquence tissulaire des MAIT chez des souris Va19 transgéniques conduit à l’apparition de la résistance à l’insuline et à une intolérance au glucose, au cours de l’obésité. A l’inverse, les souris obèses déficientes en MAIT, MR1-/-, sont protégées contre ces anomalies métaboliques. Une fréquence élevée de MAIT est associée au changement de macrophages M2 (anti-inflammatoires) en M1 (inflammatoires) et à une infiltration des cellules NK et des LTaß-CD8 au niveau du TA. Par ailleurs, les MAIT contrôlent la fréquence des Treg, ILC2 et ILC3 dans l’iléon et des Treg, ILC2 et éosinophiles dans le tissu adipeux. La modification de la fréquence des ILC2 et ILC3 est associée à la production intestinale d’IL-33 et d’IL-25. De plus, nous montrons que le rôle délétère des MAIT dans le développement du T2D est associé à une dysbiose intestinale. Finalement, des expériences de transfert de flores intestinales montrent que cette dysbiose intestinale est en partie responsable des anomalies immunitaires et métaboliques. / Obesity and type 2 diabetes are associated with low-grade chronic inflammation. Immune cells are recruited and activated in several tissues, including adipose tissue, thereby contributing to insulin-resistance and diabetes. Recent studies described gut microbiota dysbiosis as a consequence as well as a driver of obesity and type 2 diabetes. Mucosaassociated invariant T cells (MAIT) are innate-like T cells expressing a semi-invariant T-cell receptor restricted by the non-classical MHC class I molecule MR1 presenting bacterial ligands. In obese/T2D patients MAIT cells in blood and adipose tissue exhibit a pro-inflammatory profile. In the present study, we show that during high fat diet-induced obesity MAIT cells produce inflammatory cytokines in adipose tissue and the ileum and induce inflammation in these tissues by modifying other immune cell populations (i.e. macrophages, CD8 Taß cells, NK cells, LTreg, eosinophils and ILC2 in the adipose tissue and ILC2, ILC3 and LTreg in the ileum). These changes impair the function of both tissues leading to insulin resistance, glucose intolerance, impaired lipid metabolism and increased gut permeability. MAIT cells also impact gut microbiota dysbiosis during obesity and microbiota transfer experiments highlight a bidirectional crosstalk between MAIT cells and the gut microbiota leading to inflammation and gut leakage. Altogether these results reveal the major role of MAIT cells in promoting the development of type 2 diabetes during obesity.

Listeria monocytogenes est une bactérie Gram positif, largement présente dans différents types d’environnement, qui peut causer une maladie rare, mais grave, la listériose. Les caractéristiques de cette bactérie, sa pathogénie et sa capacité à survivre dans des conditions difficiles, font d’elle une bactérie qui suscite des inquiétudes particulièrement dans les industries agroalimentaires. Par son caractère ubiquitaire, elle se retrouve aussi dans ce type d’environnement et, par conséquent, peut contaminer les aliments. La persistance de L. monocytogenes dans l’environnement des industries agroalimentaires est un phénomène établi, mais les mécanismes qui y conduisent font encore aujourd’hui débat. Par ailleurs, alors qu’une réglementation stricte a été mise en place dans les industries de transformation de produits prêt-à-manger en rapport avec les risques de contamination par L. monocytogenes, il n’y a, à ce jour que peu d’information disponible au Québec sur la présence de cette bactérie en amont de cette production, soit au niveau de la viande crue. Les objectifs de ce projet de thèse visent, d’une part, à étudier la distribution, la diversité et la persistance des souches de L. monocytogenes dans l’environnement de quatre abattoirs de porcs au Québec; de vérifier la présence de génotypes identifiés comme persistants dans les aliments et les cas de listériose humaine et d’établir les mécanismes de persistance de la bactérie dans l’environnement de ces industries. Les résultats de ce projet de thèse ont montré qu’après les opérations de nettoyage et de désinfection, la composition de la contamination par L. monocytogenes selon les abattoirs et les secteurs était significativement différente. Ainsi, deux abattoirs ont montré une contamination plus élevée comparativement à un autre abattoir. Une importante diversité de souches de L. monocytogenes est présente dans l’environnement des abattoirs et des usines de découpe de viande. Cette diversité était généralement similaire entre les abattoirs sauf pour un seul abattoir qui a montré une diversité significativement plus élevée. La diversité des souches n’était pas variable en fonction de l’étape du processus d’abattage, soulignant la tolérance de ces souches aux stress spécifiques des différents environnements de ces industries. Cette étude a montré que la présence de souches persistantes de L. monocytogenes était plus importante au niveau des étapes post-éviscération de l’abattage, et particulièrement en découpe. Dans ces conditions, le risque de contamination des produits est très présent. La comparaison des caractéristiques génotypiques des souches persistantes avec celles des souches isolées des aliments transformés et des cas de listériose humaine a montré un lien significatif entre ces souches. La relation entre la fréquence importante de détections de souches présentant ces profils au Québec, mais aussi au Canada et leur persistance dans les nombreux environnements agroalimentaires autres que celui des abattoirs et des salles de découpe des viandes reste à être documentée pour une meilleure compréhension de l’origine des listérioses humaines. L’étude des différents mécanismes de persistance des souches de L. monocytogenes réalisée au cours de cette thèse a montré que la présence de gènes de résistance aux ammoniums quaternaires (QACs) dans certaines souches est particulièrement associée au caractère de persistance, alors qu’aucune différence dans la capacité à former du biofilm n’a été mise en évidence entre les souches persistantes et celles non persistantes. L’absence de caractère génétique évident et spécifique à la capacité de former le biofilm rend difficile l’association de ce dernier à la persistance des souches de L. monocytogenes. Néanmoins, le biofilm reste un phénomène pouvant expliquer en partie la persistance de L. monocytogenes. Par ailleurs l’étude de l’impact de la concentration en nutriments sur le biofilm de L. monocytogenes a montré qu’en conditions de limitation en nutriments, la structure du biofilm de L. monocytogenes était en forme de nid d’abeille attribuée à la présence d’une plus grande quantité d’ADN extracellulaire. Cette structure confère une meilleure stabilité au biofilm ce qui explique une plus forte biomasse. Nous avons également démontré ici une association du genre Listeria avec d’autres genres bactériens de l’écosystème microbien résiduel de la surface de l’environnement de découpe des viandes. Ainsi, la co-occurrence de Listeria spp. avec Pseudomonas spp. laisse croire à la présence d’une interaction entre les espèces de ces genres. D’autre part, la présence de plusieurs genres dont Sphingomonas, Paracoccus et Caulobacter est négativement corrélée avec celle de Listeria spp. Ceci ouvre la voie à des études portant sur les interactions spécifiques entre ces genres bactériens et Listeria, et particulièrement l’espèce monocytogenes. L’ensemble de ces études éclaire le phénomène de persistance chez L. monocytogenes : il ne s’agit pas d’un mécanisme unique pour toutes les souches présentant ce caractère mais plutôt le résultat d’une sélection basée sur la résistance aux antimicrobiens, la capacité à former du biofilm en interaction avec d’autres espèces bactériennes, le premier pouvant être nécessaire et suffisant. Cette sélection peut être favorisée également par l’existence d’une niche écologique favorable telle que des endroits difficiles d’accès au nettoyage et à la désinfection. L’importance de considérer les risques de contamination de L. monocytogenes en amont de la production des produits prêts à manger à base de viande a été démontrée dans ce travail, dans la mesure où, à partir d’une grande diversité de souches présentes dans ce secteur, émerge une population présentant des profils génotypiques similaires à ceux retrouvés dans les aliments et les cas de listériose humaine. Cette étude permettra donc une reconsidération de l’importance d’une surveillance cohérente de L. monocytogenes en amont de la production de prêt à manger, afin de limiter ainsi les risques de contamination des matières premières des industries de transformation. / Listeria monocytogenes is a Gram-positive bacterium widely distributed in various types of environment and can cause listeriosis, a rare but serious disease. The characteristics of this bacterium related to its pathogenesis and its ability to survive in harsh environments make it a harmful bacterium especially in the agri-food industries. Indeed, being an ubiquitous bacterium, it is also found in this type of environment leading to food contamination. The persistence of L. monocytogenes in the environmental food processing plants is a well-known phenomenon, but the mechanisms of persistence are still debated today. In addition, while strict regulations have been established in ready-to-eat industries in relation to the risk of contamination by L. monocytogenes, there is currently no information on the presence of this bacterium in early steps of pork product production in Canada. The aims of this project were 1) to investigate the distribution, diversity and persistence of L. monocytogenes isolates across slaughtering and cutting processes in four slaughterhouses, 2) to evaluate the association between the persistence attribute of L. monocytogenes genotypes and their detection in food and human listeriosis cases and 3) to study mechanisms involved in the persistence of L. monocytogenes, including biofilm formation ability, resistance to disinfectants and interaction with other bacteria from meat conveyor surfaces. Results showed that after cleaning and disinfection operations, the composition of L.monocytogenes contamination according to slaughterhouses and sectors was significantly different. Thus, two slaughterhouses showed higher contamination compared to another slaughterhouse. Results have shown also that a significant diversity of L. monocytogenes strains was present in the environment of slaughterhouses and cutting areas. Overall, the diversity did not vary depending on slaughterhouses except for one slaughterhouse which exhibited a higher strain diversity. According to the stage of slaughter process, this diversity was not variable underlying the tolerance of these strains to the stress encountered within the different environments in these plants. This study showed that the presence of persistent strains of L. monocytogenes in the post-evisceration stages was greater, particularly in cutting areas, suggesting a possibility of repeated contamination of meat products. When comparing the genetic profiles of persistent strains with strains isolated from processed and ready-to-eat foods and human listeriosis cases, a significant association was found, suggesting a persistence in other processing environments in addition to slaughterhouses. Our studies of the different persistence mechanisms of L. monocytogenes strains have shown that Quaternary ammonium compounds (QAC) resistance genes are particularly associated with persistent strains while no difference in the ability to generate a biofilm was observed between persistent and non-persistent strains. The lack of obvious genetic attribute(s) and specificity in the various isolates biofilm formation ability makes it difficult to solely attribute to the latter to the persistence of L. monocytogenes strains. Nevertheless, biofilm remains a phenomenon that can partly explain the persistence of L. monocytogenes. Furthermore, the study of the co-occurrence of Listeria spp. with other bacterial genera of the cutting surfaces microflora showed that Listeria spp. co-occurs with Pseudomonas spp. suggesting a possible interaction between species from these two genera. In the other hand, several other genera, of which Sphingomonas, Paracoccus and Caulobacter, negatively affect Listeria, which would suggest that these bacteria inhibit or limit the growth of the genus Listeria, and potentially L. monocytogenes, by competition for colonizing this habitat or, more particularly, for nutrients. Studies of these mechanisms have demonstrated that persistence of L. monocytogenes could not be explained by a single mechanism for all strains but through a selection phenomenon based on one or several attributes such as antimicrobial resistance, biofilm formation, and capacity to interact with other bacterial species. This selection pressure can also be affected by the existence of a favorable ecological niche such as difficult areas to access to disinfect. In conclusion, the importance of contamination risks by L. monocytogenes in the pig slaughterhouses was demonstrated by the presence of a great diversity of strains at this level but, more importantly, by the finding that the likelihood to recover persistent strains may be enhanced through resistance to industrials disinfectants and, to a lesser extent, by biofilm formation. These persistent strains shared similar genetic profiles to those found in foods and human listeriosis. This study supports the importance of a consistent and comprehensive monitoring of L. monocytogenes upstream of the ready-to-eat production, as a tool for limiting the risk of contamination of the raw materials of the processing industries.

Le pangénome est l’ensemble des gènes uniques retrouvé chez une espèce. Dans le cas des espèces procaryotes, notamment celles qui sont présentes dans le microbiote intestinal humain, la variation du contenu en gène est caractérisée par des événements de gain de gènes principalement par transfert horizontal de gènes (THG) et de perte de gène. Cette variation du contenu en gène peut être plus rapide que le taux de mutation et permettre aux microbes de s’adapter rapidement à des pressions sélectives. Cela justifie donc l’étude de l’évolution pangénomique des procaryotes sur des échelles de temps humaines qui sont considérées comme étant courtes du point de vue évolutif, par exemple de l’ordre de quelques années. La plupart des études sur ce sujet impliquent des espèces relativement distantes qui ont divergé depuis des millions d’années. De plus, l'équilibre des forces évolutives majeures impliquées, telles que le THG, la sélection, la dérive génétique et les mutations, n’est pas clairement défini et est au cœur d’un débat dans la littérature. Ce projet de maîtrise permet donc d’élargir le portrait évolutif des pangénomes de procaryotes en s’intéressant à l’évolution des gènes transférés horizontalement, aussi appelés gènes mobiles, sur de courtes échelles de temps. Pour ce faire, nous allons d’abord passer en revue la littérature pertinente en lien avec ce sujet, notamment les méthodes employées pour détecter les gènes mobiles et les modèles d’évolution pangénomique. Nous allons ensuite analyser l’évolution d’une collection de 37 853 gènes mobiles impliqués dans des THG récents détectés dans le microbiote intestinal d’individus provenant d’Amérique du Nord ou des îles Fidji. Pour détecter des signatures évolutives des forces en action, nous estimerons divers paramètres de génétique des populations à partir de l’alignement entre les lectures de séquençage métagénomique de 176 microbiotes fidjiens et cette collection de gènes mobiles. Nous expliquerons aussi l’outil de simulations évolutives que nous avons développé afin de valider et expliquer certaines de nos observations. Sans exclure la présence de pressions de sélection pour des gènes mobiles ayant des fonctions spécifiques, les données réelles et les simulations nous amènent à conclure que l’évolution des gènes mobiles sur de courtes échelles de temps peut être expliquée par un modèle d’évolution où les gènes mobiles ne sont pas largement adaptifs à leurs hôtes humains ou microbiens, contrairement à ce qui est parfois observé sur de longues échelles de temps évolutif. / The pangenome is the collection of unique genes found in a species. For prokaryotes, especially those present in the human gut microbiota, variation in gene content is characterized by gene gain through horizontal gene transfer (HGT) and gene loss. In human gut, gene content variations can occur at faster rates than mutation, which allow microbes to adapt rapidly to environmental changes. This justifies the study of the prokaryotes pangenome evolution on human time scales which are considered evolutionarily short, e.g. in the order of few years. Most studies about the evolution of prokaryotic pangenomes involve relatively distant species that have diverged since millions of years. In addition, the balance of major evolutionary forces involved, such as horizontal transfer, selection, genetic drift, and mutations, is not clearly defined and is debated in literature. This master's project therefore aims to broaden the evolutionary portrait of prokaryotic pangenome evolution by focusing on near-term evolution. To do this, we will first review the relevant literature related to this topic, including the methods used to detect mobile genes and the pangenome evolution models. We will then analyze the evolution of a pre-existing collection of 37 853 mobile genes involved in recent HGT events detected in the gut microbiota of individuals from North America and Fiji Islands. To detect evolutionary signatures of the forces in action, we will estimate various population genetics parameters from the alignment between metagenomic sequencing reads of 176 Fijian microbiomes and this collection of mobile genes. We will also explain the evolutionary simulation tool that we have developed in order to validate and explain some of our observations. While we don’t exclude the importance of selection for specific cellular functions for pangenome evolution, we found that the near-term evolution of mobile genes can be explained by a model in which mobile genes can spread selfishly without being largely adaptive to their human or microbial hosts, contrarily to what is often observed over longer evolutionary time scales.

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La sclérose systémique (SSc) est une maladie auto-immune chronique incurable caractérisée par une présentation clinique complexe et hétérogène. Notre laboratoire a développé un modèle murin de fibrose pulmonaire et cutanée qui est induit par l’immunisation répétitive avec des cellules dendritiques chargées avec des peptides de la topoisomérase I, et qui partage de nombreuses caractéristiques avec la SSc humaine. Premièrement, nous avons caractérisé la maladie expérimentale quant à sa persistance à long terme (objectif 1) et son caractère progressif (objectif 2). Une cascade de coagulation dérégulée est impliquée dans le développement de la fibrose dans la SSc. La thrombine, un médiateur clé de la coagulation, semble contribuer à ce processus. Deuxièmement, nous avons étudié l’efficacité d’un inhibiteur de la thrombine, i.e. dabigatran, dans ce modèle (objectif 3). Le microbiote intestinal semble jouer un rôle déterminant dans plusieurs pathologies, y compris les maladies auto-immunes. Troisièmement, nous avons évalué l’effet de la manipulation du microbiote des souris par l’administration de streptomycine (objectif 4). Les souris immunisées développent une maladie persistante et la fibrose observée est précédée d’une phase inflammatoire. Le dabigatran aggrave la fibrose pulmonaire et cutanée lorsqu’administré durant la période inflammatoire et n’a aucun effet protecteur durant la phase fibrotique. La manipulation du microbiote par la streptomycine aggrave l’atteinte pulmonaire lorsque l’antibiothérapie est donnée en début de vie et exacerbe l’atteinte cutanée lorsqu’administrée à l’âge adulte. Notre modèle expérimental représente donc un outil important pour évaluer différentes approches thérapeutiques pour la SSc de par sa persistance et son caractère progressif. En se basant sur nos résultats, le dabigatran ne semble pas constituer un choix thérapeutique adéquat pour traiter la fibrose chez les patients atteints de SSc. L’exposition à la streptomycine à certaines périodes de la vie affecte différentiellement le développement et les manifestations cliniques de la maladie expérimentale. / Systemic sclerosis (SSc) is an incurable and chronic autoimmune disease characterized by a complex and heterogeneous clinical presentation. Our laboratory has developed a mouse model of lung and skin fibrosis that shares many features with human SSc, and is induced by repeated immunization with dendritic cells loaded with peptides of topoisomerase I. First, the long term persistence (objective 1) and progressive nature (objective 2) of this experimental disease model was characterized. A dysregulated coagulation cascade is implicated in the development of fibrosis in SSc. Thrombin, a key mediator of coagulation, appears to contribute to this process. Next, the efficacy of dabigatran, a thrombin inhibitor, to ameliorate lung and skin fibrosis was studied in this model (objective 3). Intestinal microbiota appears to play a key role in several diseases including autoimmune diseases. Finally, the effect of manipulating gut microbiota by administration of streptomycin on disease pathogenesis was evaluated in this model (objective 4). Immunized mice developed persistent fibrosis that was preceded by an inflammatory phase. Dabigatran aggravated pulmonary and skin fibrosis when administered during the inflammatory period and was not protective when given during the fibrotic phase. Manipulation of intestinal microbiota by streptomycin aggravated lung fibrosis when it was given early in life and exacerbated skin disease when administered in adulthood. Our model of experimental SSc with progressive and persistent disease represents an important tool to evaluate different therapeutic approaches for SSc. Furthermore, our results caution against the use of dabigatran as a therapeutic option to treat fibrosis in patients with SSc. Exposure to streptomycin for certain periods of life differentially affects the development and clinical manifestations of experimental SSc.