Legionella pneumophila est une bactérie opportuniste qui émerge de l'environnement après multiplication dans des amibes et peut infecter accidentellement les macrophages alvéolaires humains, provoquant une pneumonie sévère, la légionellose. La capacité de L. pneumophila à survivre dans ses cellules hôtes est strictement dépendante du système de sécrétion de type 4 Dot/Icm, qui sécrète un large répertoire d'effecteurs dans le cytosol de l'hôte. Identifier la contribution individuelle de chaque protéine bactérienne sécrétée par le système Dot/Icm, dans le cycle infectieux de L. pneumophila reste un enjeu majeur pour comprendre les bases moléculaires de la virulence des légionelles. Mes travaux de thèse participent à cet objectif en caractérisant la voie cellulaire ciblée par la protéine kinase LegK2. Des tests d'interaction et de phosphorylation ont identifié le complexe nucléateur d'actine ARP2/3 comme cible de LegK2. Suite à l'adressage de LegK2 à la surface de la vacuole après sa translocation dans le cytosol de l'hôte, l'interaction LegK2-ARP2/3 inhibe la polymérisation d'actine sur le phagosome. Cette inhibition permet à Legionella de diminuer le trafic des endosomes tardifs et/ou des lysosomes vers le phagosome et favorise ainsi l'évasion du phagosome à la voie de dégradation endocytique. L'interaction LegK2-ARP2/3 met en évidence un mécanisme original de virulence dans lequel le remodelage local du cytosquelette d'actine de la cellule hôte permet à la bactérie de manipuler le trafic vésiculaire pour échapper aux défenses de l'hôte / Legionella pneumophila is an opportunistic bacterium that emerges from the environment after multiplication in protozoans and can accidentally infect human alveolar macrophages leading to a severe pneumonia, the legionellosis. The L. pneumophila ability to survive within host-cells is strictly dependent on the Dot/Icm Type 4 Secretion System that translocates a large repertoire of effectors into the host cell cytosol. Deciphering the individual contribution of each bacterial protein translocated by the Dot/Icm system in the L. pneumophila infectious cycle remains a major challenge to understand the molecular basis of Legionella virulence. My works contribute to this objective by characterizing the cellular pathway targeted by the protein kinase LegK2. Interaction and phosphorylation assays identified the actin nucleator ARP2/3 complex as the target of LegK2. Following the LegK2 addressing to the vacuole surface after its translocation into host cytosol, LegK2- ARP2/3 interplay inhibits the actin polymerization on the phagosome. This inhibition allows Legionella to decrease the late endosome/lysosome trafficking towards the phagosome and promotes the phagosome evasion from endocytic degradation pathway. LegK2-ARP2/3 interplay highlights an original mechanism of virulence wherein the local actin cytoskeleton remodeling of host cell allows bacteria to hijack the vesicles trafficking in order to escape host-cell defenses

Acanthamoeba castellanii est une amibe libre ubiquiste de l'environnement. Elle se nourrit principalement de micro-organismes par phagocytose. Seulement, certains micro-organismes ont développé des mécanismes de résistances qui leur permettent d'échapper à la digestion et même de se multiplier à l'intérieur des amibes. C'est le cas de Legionella pneumophila, bactérie responsable de la légionellose. Legionella pneumophila, à travers son système de sécrétion Dot/Icm, injecte plusieurs effecteurs à l'intérieur de son hôte. Ces effecteurs interagissent avec les protéines de l'hôte, et induisent une modification de la physiologie de son hôte, à son avantage. Durant ma thèse, nous nous sommes intéressés aux effets de Legionella pneumophila, sur la prolifération de son hôte amibien. Nous avons montré que Legionella pneumophila arrête la prolifération d'Acanthamoeba castellanii. Ce phénotype était associé une modification de la forme, à une perte d'adhérence et à une baisse de motilité de l'amibe. Sur le plan moléculaire, Legionella pneumophila induit une baisse dans l'expression du gène cdc2b, qui présente des similarités avec le gène cdk1 (cyclin dépendant kinase), codant pour la CDK essentielle au déroulement du cycle cellulaire chez les mammifères. L'arrêt de la prolifération d'Acanthamoeba castellanii, qui passe par une réduction d'expression de cdc2b, est certainement induit par un ou plusieurs effecteur(s) de Legionella pneumophila, car le mutant ΔdotA de L. pneumophila, défectueux au niveau de l'appareil de sécrétion Dot/Icm, n'induit pas l'arrêt de la prolifération d'Acanthamoeba castellanii. / Acanthamoeba castellanii is an ubiquitous free-living amoeba of the environment. This amoeba feeds mainly on micro-organisms by phagocytosis. However, some micro-organisms have acquired resistances that allow them to escape digestion and even multiply inside amoebae. This is the case of Legionella pneumophila, the bacterium responsible for legionellosis. Legionella pneumophila, through its Dot/Icm secretion system, injects several effectors into its host. These effectors interact with the proteins of the host, and induce a modification of the physiology of its host, to its advantage. During my phD, we were interested in the effects of Legionella pneumophila infection on the proliferation of its amoebic host. We showed that Legionella pneumophila prevents the proliferation of Acanthamoeba castellanii. This phenotype was associated with a modification of the shape, a loss of adhesion and a decrease in motility of the amoeba. On the molecular level, Legionella pneumophila induces a decrease in the expression of the cdc2b gene, which share similarities with the cdk1 (cyclin dependent kinase) gene, coding for the major CDK of the mammalian cells cycle. The arrest of proliferation of Acanthamoeba castellanii, which involves a reduction in expression of cdc2b, is certainly induced by one or more effector(s) of Legionella pneumophila, because the mutant ΔdotA of L. pneumophila, defective in the Dot/Icm secretion apparatus, does not induce proliferation arrest of Acanthamoeba castellanii.

Bakterien Legionella pneumophila orsakar sjukdomen Legionella vilket har ökat i världen de senaste 20 åren och har troligtvis ett ännu större mörkertal. Den frodas i vattenrör mellan temperaturen 25–50 grader och vid installation av varmvattenrör i byggnader måste det tas hänsyn i riskzoner. Ett speciellt riskområde är varmvattenavstick som skapas för att kunna dra vidare vattenrör i framtiden. Där utsätts vattnet för större risk för stillastående och sjunkande temperaturprofil beroende på längd. Med hjälp av COMSOL Multiphysics® Modelling Software har ett teoretiskt ramverk för dimensionering av varmvattenavstick i byggnader skapats. Resultatet visar på hur stor strömningshastighet i vattenflödet, isoleringstjocklek och luftrörslängd har påverkan på hur långt avsticket kan vara utan att understiga kritisk temperatur. Resultatet kan användas som beslutsstöd givet att liknande avstickmodell och flödesprofil används samt om strömningshastighet i röret inte är längre än det i rapporten. / The bacterium Legionella pneumophila causes the disease Legionella which has seen an increase in the world over the last 20 years and likely has an even greater number of unrecorded cases. It thrives in water pipes between the temperature of 25-50 degrees and when installing hot water pipes in buildings certain factors must be taken into account. A special risk area is hot water branches that are created to be able to extend water pipes in the future. There, the water is at greater risk of stagnant and decreasing temperature profile depending on its length. With the help of COMSOL Multiphysics® Modelling Software, a theoretical framework for the dimensioning of hot water distances in buildings has been created. The result shows how the velocity in the water flow, the insulation thickness and the length of the air pipe have a great influence on how long the branch can be without falling below the critical temperature. The results can be used as decision support if one has a similar branch model and flow profile and also given a that a lower flow rate is not used.

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Il est aujourd'hui bien établi que les amibes libres jouent le rôle de vecteurs à la bactérie pathogène Legionella pneumophila favorisant ainsi son développement et sa propagation dans l'environnement. Ainsi, et jusqu'à maintenant, toutes les espèces d'amibes libres étudiées ont démontré une capacité à soutenir et favoriser la croissance de la bactérie responsable des légionelloses. Toutefois, l'ensemble des études a porté sur un nombre restreint d'espèces amibiennes, et leurs capacités relatives à soutenir la croissance bactérienne n'ont que très peu été abordées. Nous avons comparé la capacité de différentes espèces amibiennes à soutenir la prolifération de différentes souches de L. pneumophila du sérogroupe 1. Ces études ont mis en évidence les propriétés particulières d'une souche d'amibe appartenant à l'espèce Willaertia magna. Cette souche présente, au contraire de toutes les autres espèces, la capacité à inhiber et diminuer la prolifération de certaines souches de L. pneumophila. Nous avons par ailleurs pu démontrer l'existence d'une phagocytose interamibienne entre différentes espèces d'amibes, un phénomène jamais mis en évidence à notre connaissance. Les conséquences de cette phagocytose interamibienne sur la croissance et la prolifération de L. pneumophila sont aussi rapportées. La microscopie électronique suggère fortement que la bactérie L. pneumophila ne peut inhiber la fusion phagolysosomale chez W. magna à l'inverse du phénomène observé chez les espèces amibiennes permissives. Ces observations démontrent l'importance de phénomènes membranaires dans la capacité des bactéries à parasiter leur hôte amibien. L'analyse comparée de la composition lipidique des membranes de différentes espèces amibiennes montre chez W. magna une expression élevée de phosphatidylcholine. L'inhibition de la voie de biosynthèse de ce phospholipide par méthylation de phosphatidyléthanolamine résulte en une forte diminution de la croissance amibienne, suggérant que cette voie métabolique joue un rôle important dans les capacités de résistance de W. magna.

L'étude s'intéresse à la bactérie Legionella pneumophila (Lpn) dans les biofilms des affluents du lac du Bourget. Elle confirme le caractère ubiquiste de cette bactérie, principalement sous sa forme non cultivable. Elle met aussi en évidence, le caractère local des facteurs naturels de régulation : seule la température de l'eau intervient dans la majorité des sites. Ce déterminisme local a aussi été mis en évidence avec l'étude du réseau hydrographique aixois qui reçoit à la fois des eaux thermales et celles de la rivière Le Tillet. Les perturbations thermique et chimique liées aux arrivées d'eau chaude sont détectables jusqu'à la partie aval du réseau. L'effet d'enrichissement des apports en Lpn qui leur correspondent reste localisé ce qui peut être la manifestation de processus naturels d'autoépuration. Nos résultats montrent également un comportement différent des organismes du groupe des Pseudomonas et des bactéries apparentées vis-à-vis des caractéristiques physico-chimiques. Des expériences effectuées en réacteurs biologiques ont montré qu'une augmentation de la vitesse ou de la température de l'eau est favorable à la présence de Lpn. Un modèle de transport de charges a été construit à partir duquel une gestion de l'utilisation du jet d'eau situé à proximité de la plage municipale d'Aix-les-Bains pourrait être faite pour tenir compte des périodes durant lesquelles des fragments de biofilms susceptibles de contenir des Lpn sont transportés en masse par le réseau aixois en direction de la plage.

L'implication des tours aéro-réfrigérantes dites " ouvertes ", dans les cas de légionellose, demeure à l'heure actuel un problème de santé public malgré la multitude de composés biocides disponibles qui, parfois, sont écotoxiques et appliqués à de forte concentrations. L'efficacité de la majorité de ces biocides est étudiée vis-à-vis des formes planctoniques des microorganismes. Cette étude s'intéresse à la mise au point de deux procédés de traitement du risque Legionella pneumophila : H2O2/UV et ClO2, avec la prise en compte particulière des communautés microbiennes fixées et notamment des protozoaires qui constituent l'hôte naturel de cette bactérie. La démarche expérimentale adoptée pour l'étude de l'efficacité de ces traitements, s'est appuyée sur des biofilms environnementaux naturellement contaminés par des légionelles et issus d'une source thermale. La caractérisation des légionelles isolées des biofilms de cette source montre le maintien du sérogroupe 1 de L. pneumophila et l'apparition de deux autres sérogroupes non reportés dans des études précédentes (sg10 et sg12), avec toutefois une prédominance du sérogroupe 12. Quel que soit le sérogroupe, ces souches environnementales se sont avérées plus virulentes vis-à-vis de l'amibe Acantamoeba castellanii, que les souches cliniques de Lp1 répertoriées. A l'état planctonique elles se sont également avérées très sensibles aux traitements H2O2/UV et UV seul. A l'échelle expérimentale, les deux traitements, H2O2/UV et ClO2, montrent une performance élevée vis-à-vis des biofilms. L'étude a particulièrement mis en évidence le rôle du facteur trophique et de l'adaptation des bactéries au stress oxydatif dans la performance des traitements mais aussi dans l'apparition de la reviviscence. L'application des traitements à des installations en vraie grandeur a permis de conforter les résultats expérimentaux et de mettre l'accent, dans le contexte des sites étudiés, sur les limites de leur efficacité et sur la nécessité d'ajustements des doses appliquées (concentrations des biocides, flux d'irradiation UV, mode d'application) aux particularités des contextes industriels.

Thesis (M.SIS)--University of Adelaide, Dept. of Geographical and Environmental Studies and GISCA - The National Key Centre for Social Applications of GIS, 2000. / Includes bibliographical references (leaves 115-120).

Dissertation (Ph.D.)--University of South Florida, 2006. / Includes vita. Includes bibliographical references (leaves 86-105). Also available online.

Il est aujourd’hui bien établi que les amibes libres jouent le rôle de vecteurs à la bactérie pathogène Legionella pneumophila favorisant ainsi son développement et sa propagation dans l’environnement. Ainsi, et jusqu’à maintenant, toutes les espèces d’amibes libres étudiées ont démontré une capacité à soutenir et favoriser la croissance de la bactérie responsable des légionelloses. Toutefois, l’ensemble des études a porté sur un nombre restreint d’espèces amibiennes, et leurs capacités relatives à soutenir la croissance bactérienne n’ont que très peu été abordées. Nous avons comparé la capacité de différentes espèces amibiennes à soutenir la prolifération de différentes souches de L. pneumophila du sérogroupe 1. Ces études ont mis en évidence les propriétés particulières d’une souche d’amibe appartenant à l’espèce Willaertia magna. Cette souche présente, au contraire de toutes les autres espèces, la capacité à inhiber et diminuer la prolifération de certaines souches de L. pneumophila. Nous avons par ailleurs pu démontrer l’existence d’une phagocytose interamibienne entre différentes espèces d’amibes, un phénomène jamais mis en évidence à notre connaissance. Les conséquences de cette phagocytose interamibienne sur la croissance et la prolifération de L. pneumophila sont aussi rapportées. La microscopie électronique suggère fortement que la bactérie L. pneumophila ne peut inhiber la fusion phagolysosomale chez W. magna à l’inverse du phénomène observé chez les espèces amibiennes permissives. Ces observations démontrent l’importance de phénomènes membranaires dans la capacité des bactéries à parasiter leur hôte amibien. L’analyse comparée de la composition lipidique des membranes de différentes espèces amibiennes montre chez W. magna une expression élevée de phosphatidylcholine. L’inhibition de la voie de biosynthèse de ce phospholipide par méthylation de phosphatidyléthanolamine résulte en une forte diminution de la croissance amibienne, suggérant que cette voie métabolique joue un rôle important dans les capacités de résistance de W. magna / Free living amoeba is a known vector of L. pneumophila in the environment and it has been shown to favour bacterial growth. Until now, all studied amoeba species showed a capacity to support the growth of the bacterium responsible for the Legionnaire’s disorder. However, these studies were related to a restricted number of amoebic species, and their relative capacity to support the bacterial growth. We compared the capacity of various amoebic species to support the proliferation of various strains of L. pneumophila. These studies highlighted the particular properties of a strain belonging to the Willaertia magna species. This amoeba has, contrary to all the other species, the capacity to inhibit and decrease L. pneumophila proliferation. We also demonstrate the existence of an inter-amoebic phagocytosis between various species of amoebas, a phenomenon never studied to our knowledge. The consequences of this inter-amoebic phagocytosis on the growth and proliferation of L. pneumophila are also reported. Electron microscopy strongly suggests that the bacterium cannot inhibit the phagolysosomal fusion in W. magna contrary to permissive amoebic species. These observations suggest the importance of membrane phenomena in the capacity of the bacteria to infest their amoebic host. Compared analysis of the lipidic composition of various amoebic species shows in W. magna a high expression of phosphatidylcholine the major phospholipid. The inhibition of the PE N-methyltransferase biosynthesis pathway of this phospholipid results in a strong reduction of the amoebic growth, suggesting that this metabolic pathway plays an important role in the resistance capacity of W. magna to L.pneumophila.