Th.--Sci. nat.--Clermont-Ferrand 2, 1978. N°: 256.

Plusieurs protozoaires, des eucaryotes unicellulaires ubiquitaires, sont des prédateurs de bactéries. Cependant, les relations bactéries-protozoaires sont complexes et peuvent donner lieu à des interactions particulières. Certains protozoaires, dont l’amibe sociale Dictyostelium discoideum, peuvent produire des corps multilamellaires (CML) lorsqu’ils digèrent des bactéries. Ces structures avaient initialement été identifiées comme des déchets métaboliques, mais il a été suggéré qu’elles pourraient avoir des rôles supplémentaires. Ce ne sont pas toutes les bactéries qui sont digérées par tous les protozoaires, et certaines bactéries résistantes à la digestion peuvent être enrobées dans les corps fécaux de ces protozoaires. Les corps fécaux partagent des similitudes avec les CML. Ce projet de maîtrise visait à éclairer certains aspects des interactions bactéries protozoaires,en caractérisant la voie phagocytique d’amibes sociales environnementales afin d’examiner leur production potentielle de CML, et en analysant l’impact de différentes caractéristiques bactériennes sur la morphologie de l’enrobage par des ciliés. Ces objectifs furent atteints en cultivant les protozoaires d’intérêt en présence de bactéries digestibles(pour la production de CML) ou non (pour l’enrobage) et en faisant appel à diverses méthodes de microscopie. Nos résultats montrent que les quatre isolats d’amibes sociales environnementales, qui appartiennent tous au genre Dictyostelium, mais qui présentent des caractéristiques différentes, peuvent produire des CML lorsque cultivés sur bactéries digestibles. Pour l’étude de la morphologie de l’enrobage de bactéries, les résultats suggèrent que l’hydrophobicité de surface et la taille de l’espèce bactérienne seraient les caractéristiques ayant le plus fort impact sur la morphologie des corps fécaux. Toutefois, il n’est pas exclu que d’autres facteurs interviennent également, incluant des facteurs qui n’étaient pas à l’étude dans ce projet. Ces résultats approfondissent notre compréhension des relations bactéries-protozoaires, mais de nombreuses autres questions sont toujours sans réponse et le développement de méthodes d’analyse plus raffinées sera primordial pour répondre à ces questions. / Many protozoa, ubiquitous unicellular eukaryotes, are predators of bacteria. However, bacteria-protozoa relationships are complex and can lead to some particular interactions. Some protozoa, including the social amoeba Dictyostelium discoideum, can produce multilamellar bodies (MLBs) upon digesting bacteria. These structures were initially identified as metabolic waste, but it has been suggested that they could have additional roles. Not all bacteria can be digested by all protozoa, and some digestion-resisting bacteria can be packaged into the fecal bodies produced by protozoa. These fecal bodies share similarities with MLBs. This master’s project was meant to shed a light on some aspects of bacteria-protozoa interactions, by characterizing the phagocytic pathway of some environmental social amoebae and by analyzing the impact of bacterial characteristics on the morphology of bacteria packaging. These objectives were met by cultivating the protozoa species of interest with either digestible bacteria (for MLB production) or undigestible bacteria (for packaging) and using diverse microscopy methods. Our results show that the four environmental isolates of social amoebae, belonging to the Dictyostelium genus but presenting distinct characteristics, can produce MLBs upon growth on digestible bacteria. As for the study of bacteria packaging morphology, results suggest that a bacteria’s surface hydrophobicity and cell size are the characteristics impacting packaging morphology the most. However, it is not excluded that other factors may intervene as well, including some not considered in this project. These results bring new understanding to bacteria protozoa relationships, but many questions remain. The development of more refined analysis method will be paramount to answering these.

Bien que les infections à Besnoitia tarandi sont documentées chez l’espèce Rangifer sp. depuis 1922, les données récoltées sur l’écologie et la distribution de cette parasitose demeurent rares. Les objectifs de cette étude ont donc été (i) d’identifier le meilleur tissu à échantillonner pour détecter les infections à Besnoitia tarandi dans les populations de caribous, (ii) de calculer la sensibilité et la spécificité de l’examen visuel comparativement à l’examen microscopique et (iii) d’identifier les facteurs de risques intrinsèques et extrinsèques associés à cette parasitose afin (iv) de comparer la prévalence et la densité des kystes parasitaires entre certains troupeaux. Nos résultats suggèrent que l'examen microscopique du derme superficiel d’une section de peau provenant du tiers moyen antérieur du métatarse devrait être privilégié pour dépister les infections par B. tarandi et en évaluer l'intensité. L’examen microscopique est également un outil très sensible comparativement à l’examen visuel des kystes parasitaires. Besnoitia tarandi, qui semble être absent du Groenland, a été observé dans environ un tiers des caribous nord-américains. Une variation saisonnière de prévalence et d'intensité de B. tarandi a été détectée; le parasite étant plus abondant chez cet hôte intermédiaire durant la période de l'automne/hiver comparativement à celle du printemps/été. Cet effet saisonnier pourrait être associé à une augmentation de l'abondance du parasite suite à la saison des insectes (i.e. été), supportant ainsi le rôle présumé des arthropodes piqueurs comme vecteurs de la maladie. Cette différence saisonnière pourrait aussi être expliquée par la diminution de la charge parasitaire par le système immunitaire et/ou par un taux de survie inférieur des animaux les plus parasités durant la saison froide. Les niveaux d'infection étaient légèrement plus élevés chez les mâles que chez les femelles, ce qui suggère soit une diminution du taux de mortalité, soit une exposition accrue ou une plus grande susceptibilité au parasite des mâles en comparaison aux femelles. La densité d’infection supérieure dans le troupeau Rivière-aux-Feuilles (Nunavik) suggère des niveaux d'exposition au parasite plus élevés et/ou une diminution des niveaux de résistance de ces caribous à ce protozoaire. Les résultats de cette étude démontrent que B. tarandi peut réduire les chances de survie des caribous infectés. Il sera donc important de continuer à surveiller les infections à B. tarandi surtout en cette période de changements climatiques. / Although Besnoitia tarandi has been described in Rangifer sp. for over 80 years, understanding of its ecology and distribution is still relatively limited. The objectives of this study were (i) to determine the anatomical sampling site that enhances detection of Besnoitia tarandi infections in caribou populations; (ii) to evaluate the relative sensitivity and specificity of the in situ macroscopic assessment for diagnosis of besnoitiosis compared to the microscopic evaluation; and (iii) to identify potential risks factors associated with the prevalence and intensity of B. tarandi cysts and compare these across different populations. Our results suggest that calculating the number of cysts present in the superficial dermis of a skin section of the anterior mid-third of the metatarsus region by microscopic examination should be favored in order to monitor the presence and intensity of B. tarandi infections. Macroscopic assessment of B. tarandi cysts was not a sensitive method compared to that of a microscopic analysis. Besnoitia tarandi seems to be absent from Greenland but has been encountered in approximately one third of North-American caribou. A seasonal effect was noticed in the prevalence and intensity of B. tarandi infections; the parasite being more abundant in caribou sampled during the fall/winter period compared to the spring/summer period. This effect could reflect the increase abundance of B. tarandi following the end of the insect season (i.e. summer), supporting the role of arthropods as vectors of transmission. Reduction of the parasite burden by the immune system and/or a lower winter survival rate of severely infected caribou could explain the seasonal difference. The slightly higher prevalence in males suggests lower mortality rate, higher exposure and/or higher susceptibility to the parasite in infected males when compared to infected females. The apparent higher density of infection by B. tarandi in the Rivière-aux-Feuilles herd (Nunavik, Québec) suggests either higher exposure to the parasite or reduced resistance of caribou from this herd. The findings of this study suggest that infection by B. tarandi might reduce survival of individual animals; hence, the dynamic between this parasite and its hosts is worth further investigation, especially in these days of changing Arctic environment.

Les nouveau-nés (enfants, ruminants) sont particulièrement sensibles à l’infection intestinale par le parasite Cryptosporidium parvum car leur système immunitaire est encore en cours de développement. Peu de solutions de contrôle existent à ce jour. Il n’existe pas de vaccin et seule une molécule l’Halocur™ possède une AMM pour les veaux mais l’utilisation du traitement est contraignante et il peut présenter une toxicité pour l’animal. Le développement de nouvelles alternatives immunoprophylactiques requiert de mieux comprendre les mécanismes immunitaires mis en jeux lors de l’infection. L’immunité innée joue un rôle prépondérant pour le contrôle de la phase aigüe de l’infection et nous avions montré au laboratoire que les phagocytes mononucléés CD11c+ sont des acteurs déterminant dans le processus protection. Lors de cette thèse nous avons confirmé le rôle des cellules dendritiques (DC) CD103+ en utilisant des souriceaux BatF3-/- chez qui le développement des deux sous-populations CD103+CD11b+ et CD103+CD11b- est altéré au niveau intestinal ce qui rend les animaux beaucoup plus sensibles à l’infection. / Newborns (children, ruminants) are particularly susceptible to intestinal infection by the parasite Cryptosporidium parvum because their immune system is still developing. To date, parasite control methods are limited. There is no vaccine and the only molecule which possess a marketing authorization for calves, Halocur ™, presents toxicity at 2 times the therapeutic dose. The development of new immunoprophylactic methods requires better understanding of the immune mechanisms occurring during infection. Innate immunity plays a major role in controlling the acute phase of infection and we previously demonstrated in the laboratory that intestinal mononuclear phagocytes CD11c+ are key players in the protection process. In this thesis, we confirmed the role of dendritic cells (DC) CD103+ using mice BatF3-/- in which the development of the two DC subsets CD103+CD11b+ and CD103+CD11b- is altered in the intestine making these animals more susceptible to infection. This high susceptibility can be partially mitigated by preventive administration of IL-12 to Batf3-/- neonatal mice. Batf3-/- adult mice which are only deficient for the CD103+CD11b- DC subset were transiently susceptible to infection in contrast to conventional mice that are highly resistant.

A l'interface avec la cellule hôte, la vacuole parasitophore du parasite intracellulaire Toxoplasma gondii comprend plusieurs systèmes membranaires, dont un réseau de nanotubes formé suite à la sécrétion de la protéine de granules denses GRA2. Mes travaux ont montré, par des approches biochimiques, que les protéines GRA membranaires forment des complexes oligomériques qui pourraient expliquer leur solubilité dans les granules denses et lors de leur sécrétion dans la vacuole. Par des approches moléculaires et cellulaires, j'ai analysé l'importance relative des trois hélices alpha-amphipatiques de GRA2 dans son association post-sécrétoire au réseau de nanotubes, via la liaison potentielle de la protéine à des phosphoinositides, et dans la tubulation du réseau induite par GRA2. Ces travaux ont permis de proposer un modèle d'interaction de GRA2 avec les membranes et de formation des tubules membranaires du réseau de nanotubes.

Bien que les infections à Besnoitia tarandi sont documentées chez l’espèce Rangifer sp. depuis 1922, les données récoltées sur l’écologie et la distribution de cette parasitose demeurent rares. Les objectifs de cette étude ont donc été (i) d’identifier le meilleur tissu à échantillonner pour détecter les infections à Besnoitia tarandi dans les populations de caribous, (ii) de calculer la sensibilité et la spécificité de l’examen visuel comparativement à l’examen microscopique et (iii) d’identifier les facteurs de risques intrinsèques et extrinsèques associés à cette parasitose afin (iv) de comparer la prévalence et la densité des kystes parasitaires entre certains troupeaux. Nos résultats suggèrent que l'examen microscopique du derme superficiel d’une section de peau provenant du tiers moyen antérieur du métatarse devrait être privilégié pour dépister les infections par B. tarandi et en évaluer l'intensité. L’examen microscopique est également un outil très sensible comparativement à l’examen visuel des kystes parasitaires. Besnoitia tarandi, qui semble être absent du Groenland, a été observé dans environ un tiers des caribous nord-américains. Une variation saisonnière de prévalence et d'intensité de B. tarandi a été détectée; le parasite étant plus abondant chez cet hôte intermédiaire durant la période de l'automne/hiver comparativement à celle du printemps/été. Cet effet saisonnier pourrait être associé à une augmentation de l'abondance du parasite suite à la saison des insectes (i.e. été), supportant ainsi le rôle présumé des arthropodes piqueurs comme vecteurs de la maladie. Cette différence saisonnière pourrait aussi être expliquée par la diminution de la charge parasitaire par le système immunitaire et/ou par un taux de survie inférieur des animaux les plus parasités durant la saison froide. Les niveaux d'infection étaient légèrement plus élevés chez les mâles que chez les femelles, ce qui suggère soit une diminution du taux de mortalité, soit une exposition accrue ou une plus grande susceptibilité au parasite des mâles en comparaison aux femelles. La densité d’infection supérieure dans le troupeau Rivière-aux-Feuilles (Nunavik) suggère des niveaux d'exposition au parasite plus élevés et/ou une diminution des niveaux de résistance de ces caribous à ce protozoaire. Les résultats de cette étude démontrent que B. tarandi peut réduire les chances de survie des caribous infectés. Il sera donc important de continuer à surveiller les infections à B. tarandi surtout en cette période de changements climatiques. / Although Besnoitia tarandi has been described in Rangifer sp. for over 80 years, understanding of its ecology and distribution is still relatively limited. The objectives of this study were (i) to determine the anatomical sampling site that enhances detection of Besnoitia tarandi infections in caribou populations; (ii) to evaluate the relative sensitivity and specificity of the in situ macroscopic assessment for diagnosis of besnoitiosis compared to the microscopic evaluation; and (iii) to identify potential risks factors associated with the prevalence and intensity of B. tarandi cysts and compare these across different populations. Our results suggest that calculating the number of cysts present in the superficial dermis of a skin section of the anterior mid-third of the metatarsus region by microscopic examination should be favored in order to monitor the presence and intensity of B. tarandi infections. Macroscopic assessment of B. tarandi cysts was not a sensitive method compared to that of a microscopic analysis. Besnoitia tarandi seems to be absent from Greenland but has been encountered in approximately one third of North-American caribou. A seasonal effect was noticed in the prevalence and intensity of B. tarandi infections; the parasite being more abundant in caribou sampled during the fall/winter period compared to the spring/summer period. This effect could reflect the increase abundance of B. tarandi following the end of the insect season (i.e. summer), supporting the role of arthropods as vectors of transmission. Reduction of the parasite burden by the immune system and/or a lower winter survival rate of severely infected caribou could explain the seasonal difference. The slightly higher prevalence in males suggests lower mortality rate, higher exposure and/or higher susceptibility to the parasite in infected males when compared to infected females. The apparent higher density of infection by B. tarandi in the Rivière-aux-Feuilles herd (Nunavik, Québec) suggests either higher exposure to the parasite or reduced resistance of caribou from this herd. The findings of this study suggest that infection by B. tarandi might reduce survival of individual animals; hence, the dynamic between this parasite and its hosts is worth further investigation, especially in these days of changing Arctic environment.

A la naissance, le système immunitaire des nouveau-nés est encore en plein développement. La première partie du travail de thèse a consisté à étudier les spécificités du système immunitaire intestinal des nouveau-nés qui conduisent à leur plus grande susceptibilité à l’infection par Cryptosporidium parvum. Ce protozoaire constitue un excellent modèle pour étudier les réponses immunitaires mucosales. En effet, son développement est restreint à l’épithélium intestinal et est strictement relié au statut immunitaire de son hôte ce qui explique que cet agent zoonotique affecte tout particulièrement les nouveau-nés et les immunodéficients. Nous avons démontré que les cellules dendritiques (DC) CD103+ étaient indispensables au contrôle de la phase aigüe de l’infection et que leur faible représentation dans la lamina propria de l’iléon chez les nouveau-nés était responsable de leur susceptibilité à l’infection. Nous avons identifié avec précision le mécanisme CXCR3 dépendant permettant le recrutement des DC CD1O3+ dans la muqueuse infecté et leur capacité à produire de l’IL-12 et de l’IFNdz, deux cytokines majeures impliquées dans le mécanisme de protection. La deuxième partie de ce travail a consisté à utiliser une stratégie d’immunostimulation basée sur l’utilisation de ligands de TLR capables d’activer fortement les cellules dendritiques du nouveau-né. Cette approche permet un contrôle rapide et très efficace d’une infection par C. parvum. / At birth, the neonatal immune system is still developing. In the first part of the thesis we investigated the characteristics of the intestinal immune system of neonates that lead to their greater susceptibility to infection by Cryptosporidium parvum. This protozoan is an excellent model for studying mucosal immune responses. Indeed, its development is restricted to the intestinal epithelium and is strictly related to the immune status of its host which explains the particular susceptibility of neonates and immunocompromised to this zoonotic agent. We have demonstrated that CD103+ dendritic cells (DC) are essential for the control of the acute phase of infection and their low representation in the ileal lamina propria of neonates was responsible for their higher susceptibility to infection. We have accurately identified the CXCR3-dependent mechanism for the recruitment of DC CD1O3+ in the infected mucosa and their ability to produce IL -12 and IFNdz, two major cytokines involved in the mechanism of protection. The second part of this work was to use an immunostimulatory strategy based on administration of TLR ligands that can strongly activate neonatal DC of the intestine. This approach allows a fast and highly effective control of an ongoing C. parvum infection.