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<p><em>Helicobacter pylori </em>is a bacterial infection of the stomach lining known to cause ulcers and stomach cancer This infection has become a major concern of Indigenous peoples living in the Northwest Territories, where <em>H. pylori </em>infection and stomach cancer are more prevalent relative to much of southern Canada and the United States. I joined the Canadian North <em>Helicobacter pylori</em> (CAN<em>Help</em>) Working Group in 2010 to conduct participant observation in the Aklavik <em>H. pylori </em>Project (AHPP) and identify ways that ethnography can be integrated into the ongoing multi-pronged research that incorporates epidemiology, microbiology, gastroenterology, knowledge translation, and the development of public health policy.</p> <p>Between September, 2011 and June, 2012, I lived as a participant observer in Aklavik. I led an epidemiological study of the incidence and re-infection of <em>H. pylori </em>infection. I examined how different risk perceptions emerge from processes of “making sense” of <em>H. pylori </em>as a “pathogen” or as a “contaminant” and described how these different constructions influence people’s behaviours. Ethnography, in this way, can make visible the lenses through which different groups of actors perceive, experience, and react to <em>H. pylori </em>infection. The recognition that the social inequities most strongly associated with <em>H. pylori </em>infection and re-infection that exist today are the result of Aklavik’s colonial history is one example of a space in which different lenses can be brought into a shared focus. From such shared understandings, consensus knowledge can be built collaboratively between outside researchers and Indigenous Arctic communities in an ongoing, and community-driven, research project. Furthermore, I critically examined the definition and use of the “household” as a level-unit of risk assessment and have outlined steps for assessing possible risk factors as these are distributed across multi-household extended kin groups that can be identified and followed in long-term research.</p> / Doctor of Social Science

Il y a environ 13 000 Inuit qui vivent dans les quatorze communautés côtières du Nunavik, consommant des aliments locaux issus de la chasse, la pêche, la trappe et la cueillette. Malgré les bienfaits documentés liés à la consommation d'aliments locaux et à leur mode de vie traditionnel, sur leur santé et leur bien-être, certaines particularités culturelles (e.g. consommation de viande crue et d'eau naturelle, surpeuplement des logements) peuvent faire augmenter les risques d'exposition à certaines maladies infectieuses. L'enquête de santé Qanuirlipitaa? 2017 (Q2017) a été mise sur pied afin d'établir un portrait de la santé des habitants du Nunavik. Le volet portant sur les maladies zoonotiques et gastro-entériques visait, entre autres, à améliorer les connaissances en lien avec l'épidémiologie du parasite Toxoplasma gondii et de la bactérie Helicobacter pylori. Au total, 1326 Nunavimmiuts ont participés à Q2017 dont 303 avaient également participé à l'enquête de santé Qanuippitaa? 2004. Les autorités en santé publique s'intéressent à Toxoplasma gondii car il est un parasite excrété par les félins et qui cause des problèmes principalement chez les femmes enceintes qui n'y ont jamais été exposées et les individus immunosupprimés. Au Nunavik, une séroprévalence élevée d'anticorps contre T. gondii a été observée durant l'enquête de 2004 (~60%) et l'on soupçonne que la consommation d'aliments locaux et/ou d'eau naturelle contaminés par le parasite soient les principales sources d'exposition. En vue d'élaborer les questions de Q2017, une méta-analyse portant sur l'association entre la présence d'anticorps contre T. gondii et la consommation de viande crue ou peu cuite, toutes espèces animales confondues, a été effectuée. En utilisant un modèle à effet aléatoire, des mesures d'association ont été estimées selon différents devis d'étude (cohorte, cas-témoins et transversales) tout en tenant compte de l'hétérogénéité et de la qualité des études. Nos résultats appuient que les personnes mangeant de la viande crue ou peu cuite présentent un risque (rapport de prévalence ou d'incidence variant de 1,2 à 1,3) et une chance (rapports de cote variant de 1,7 à 3,0) plus élevés d'avoir des anticorps contre T. gondii, par rapport à celles qui cuisent la viande. Lors de Q2017, 43% des Nunavimmiuts possédaient des anticorps contre T. gondii. Grâce à trois différents modèles de régression de type Poisson robuste employant différentes variables, nous avons observé que la séroprévalence était corrélée avec la consommation de mollusque (rapports de prévalence [RP] variant de 1,02 à 1,21) dans un modèle et chaque augmentation de deux consommations de béluga (RP variant de 1,01 à 1,03), de foie de phoque (RP variant de 1,01 à 1,02) et d'oies (RP variant de 1,01 à 1,02), dans les deux autres modèles. La consommation d'eau provenant d'une source naturelle (RP de 1,47) ou municipale (RP de 1,42) étaient aussi positivement corrélée à une séroprévalence plus élevée comparativement à la consommation d'eau embouteillée dans un modèle, quoique les résultats étaient aussi compatibles avec la valeur nulle. Les autorités en santé publique du Nunavik s'intéressent aussi à Helicobacter pylori, une bactérie qui prolifère dans l'estomac humain, provoquant une inflammation chronique (gastrite) menant jusqu'à des ulcères gastro-duodénaux et le cancer. La bactérie a été détecté chez 71% des participants qui ont fourni des selles tandis que les anticorps ont été détectés chez 73% et 77% de ceux qui ont fourni du sérum, en 2017 et en 2004, respectivement. La colonisation par H. pylori au Nunavik est considérée élevée par rapport au reste de la province, mais est similaire aux autres communautés autochtones nord-américaines. Un diagnostic antérieur d'infection à H. pylori, de gastrite ou d'ulcères gastro-duodénaux a été observé, respectivement, dans 28,4%, 11,2% et 2,4% des dossiers médicaux. La présence d'H. pylori était associée positivement au fait d'habiter la Côte d'Hudson (PR de 1,11), à l'âge (relation curvilinéaire), au nombre de personnes dans le ménage (PR de 1,03) et négativement à la consommation d'eau embouteillée (PR variant de 0,72 à 0,86) tandis que la consommation d'alcool était légèrement associée à une réduction de la prévalence (PR de 0,96). La sensibilité et la spécificité de la sérologie, comparativement à la détection des antigènes dans les selles, sont de 0,85 et 0,67.

Il y a environ 13 000 Inuit qui vivent dans les quatorze communautés côtières du Nunavik, consommant des aliments locaux issus de la chasse, la pêche, la trappe et la cueillette. Malgré les bienfaits documentés liés à la consommation d'aliments locaux et à leur mode de vie traditionnel, sur leur santé et leur bien-être, certaines particularités culturelles (e.g. consommation de viande crue et d'eau naturelle, surpeuplement des logements) peuvent faire augmenter les risques d'exposition à certaines maladies infectieuses. L'enquête de santé Qanuirlipitaa? 2017 (Q2017) a été mise sur pied afin d'établir un portrait de la santé des habitants du Nunavik. Le volet portant sur les maladies zoonotiques et gastro-entériques visait, entre autres, à améliorer les connaissances en lien avec l'épidémiologie du parasite Toxoplasma gondii et de la bactérie Helicobacter pylori. Au total, 1326 Nunavimmiuts ont participés à Q2017 dont 303 avaient également participé à l'enquête de santé Qanuippitaa? 2004. Les autorités en santé publique s'intéressent à Toxoplasma gondii car il est un parasite excrété par les félins et qui cause des problèmes principalement chez les femmes enceintes qui n'y ont jamais été exposées et les individus immunosupprimés. Au Nunavik, une séroprévalence élevée d'anticorps contre T. gondii a été observée durant l'enquête de 2004 (~60%) et l'on soupçonne que la consommation d'aliments locaux et/ou d'eau naturelle contaminés par le parasite soient les principales sources d'exposition. En vue d'élaborer les questions de Q2017, une méta-analyse portant sur l'association entre la présence d'anticorps contre T. gondii et la consommation de viande crue ou peu cuite, toutes espèces animales confondues, a été effectuée. En utilisant un modèle à effet aléatoire, des mesures d'association ont été estimées selon différents devis d'étude (cohorte, cas-témoins et transversales) tout en tenant compte de l'hétérogénéité et de la qualité des études. Nos résultats appuient que les personnes mangeant de la viande crue ou peu cuite présentent un risque (rapport de prévalence ou d'incidence variant de 1,2 à 1,3) et une chance (rapports de cote variant de 1,7 à 3,0) plus élevés d'avoir des anticorps contre T. gondii, par rapport à celles qui cuisent la viande. Lors de Q2017, 43% des Nunavimmiuts possédaient des anticorps contre T. gondii. Grâce à trois différents modèles de régression de type Poisson robuste employant différentes variables, nous avons observé que la séroprévalence était corrélée avec la consommation de mollusque (rapports de prévalence [RP] variant de 1,02 à 1,21) dans un modèle et chaque augmentation de deux consommations de béluga (RP variant de 1,01 à 1,03), de foie de phoque (RP variant de 1,01 à 1,02) et d'oies (RP variant de 1,01 à 1,02), dans les deux autres modèles. La consommation d'eau provenant d'une source naturelle (RP de 1,47) ou municipale (RP de 1,42) étaient aussi positivement corrélée à une séroprévalence plus élevée comparativement à la consommation d'eau embouteillée dans un modèle, quoique les résultats étaient aussi compatibles avec la valeur nulle. Les autorités en santé publique du Nunavik s'intéressent aussi à Helicobacter pylori, une bactérie qui prolifère dans l'estomac humain, provoquant une inflammation chronique (gastrite) menant jusqu'à des ulcères gastro-duodénaux et le cancer. La bactérie a été détecté chez 71% des participants qui ont fourni des selles tandis que les anticorps ont été détectés chez 73% et 77% de ceux qui ont fourni du sérum, en 2017 et en 2004, respectivement. La colonisation par H. pylori au Nunavik est considérée élevée par rapport au reste de la province, mais est similaire aux autres communautés autochtones nord-américaines. Un diagnostic antérieur d'infection à H. pylori, de gastrite ou d'ulcères gastro-duodénaux a été observé, respectivement, dans 28,4%, 11,2% et 2,4% des dossiers médicaux. La présence d'H. pylori était associée positivement au fait d'habiter la Côte d'Hudson (PR de 1,11), à l'âge (relation curvilinéaire), au nombre de personnes dans le ménage (PR de 1,03) et négativement à la consommation d'eau embouteillée (PR variant de 0,72 à 0,86) tandis que la consommation d'alcool était légèrement associée à une réduction de la prévalence (PR de 0,96). La sensibilité et la spécificité de la sérologie, comparativement à la détection des antigènes dans les selles, sont de 0,85 et 0,67.

During acute and chronic infectious diseases hosts develop complex immune responses to cope with bacterial persistence. Depending on a variety of host and microbe factors, outcomes range from peaceful co-existence to detrimental disease. Mechanisms underlying immunity to bacterial stimuli span several spatiotemporal magnitudes and the summation of these hierarchical interactions plays a decisive role in pathogenic versus tolerogenic fate for the host. This dissertation integrates diverse data from immunoinformatics analyses, experimental validation and mathematical modeling to investigate a series of hypotheses driven by computational modeling to study mucosal immunity. Two contrasting microbes, enteroaggregative Escherichia coli and Helicobacter pylori, are used to perturb gut immunity in order to discover host-centric targets for modulating the host immune system. These findings have the potential to be broadly applicable to other infectious and immune-mediated diseases and could assist in the development of antibiotic-free and host-targeted treatments that modulate tolerance to prevent disease. / Ph. D.

Les systèmes toxine-antitoxine (TA) sont de petits modules génétiques largement présents dans les génomes bactériens. Ils codent pour une petite protéine toxique et une antitoxine. Ils sont classés en six types en fonction de la nature et du mode d'action de l'antitoxine. Ce travail a porté sur l'étude du type I, pour lequel l'antitoxine est un ARN antisens qui cible l'ARNm de la toxine afin de réprimer son expression. Au cours de cette thèse, nous avons étudié le système aapA3/IsoA3, codé sur le chromosome du pathogène gastrique humain Helicobacter pylori. À ce jour, la plupart des systèmes TA ont été étudiés à l'aide de systèmes d'expression artificiels, qui ne permettent pas de caractériser la régulation transcriptionnelle ou post-transcriptionnelle. En utilisant la létalité induite par l’expression chromosomique de la toxine obtenue en absence d’antitoxine, nous avons développé une sélection génétique de mutants suppresseurs révélés par séquençage haut-débit. Cette approche, appelée FASTBAC-Seq, nous a permis de cartographier une myriade de déterminants de toxicité localisés dans les régions codantes et non codantes du gène de la toxine AapA3. En particulier, certaines de ces mutations ont révélé l'existence de tige-boucles ARN transitoires qui agissent de manière co-transcriptionnelle pour empêcher l'initiation de la traduction pendant la synthèse de l'ARNm codant pour la toxine. Ces structures ARN métastables fonctionnelles sont nécessaires pour découpler les processus de transcription et de traduction et permettent la présence de ces gènes toxiques sur le chromosome bactérien. Bien que les ARNm non traduits deviennent rapidement instables, nos travaux ont également révélé l'existence de deux tige-boucles protectrices situées aux deux extrémités de l'ARNm. Ces structures secondaires empêchent des activités exonucléolytiques agissant en 5' et 3'. Dans l’ensemble, notre travail met en évidence les conséquences de la forte pression de sélection pour limiter l'expression des toxines sous laquelle évoluent les systèmes TA. Cela nous a permis de mieux comprendre l’influence du repliement secondaire des ARNm, non seulement lors de la régulation posttranscriptionnelle, mais aussi co-transcriptionnelle de l’expression de cette famille particulière de gènes. Ces caractéristiques de régulation basées sur l'ARN peuvent être exploitées à l'avenir pour des applications biotechnologiques (p. ex., production accrue de protéines par stabilisation d'ARNm) ou biomédicales (p.ex., développement de stratégies antimicrobiennes alternatives pour l'activation de la synthèse de toxines). / Toxin-antitoxin (TA) systems are small genetic modules widely present in bacterial genomes. They usually code for a small toxic protein and its cognate antitoxin and can be classified into six types depending on the nature and mode of action of the antitoxin. This work focuses on the study of type I, for which the antitoxin is an antisense RNA that targets the toxin mRNA to inhibit its expression. We characterized the aapA3/IsoA3 system, encoded on the chromosome of the human gastric pathogen Helicobacter pylori. To date, most TAs have been studied using artificial expression systems, which do not allow the characterization of transcriptional or post-transcriptional regulation. Taking advantage of the lethality induced by the toxin chromosomal expression in the absence of antitoxin, we developed a high-throughput genetic selection of suppressor mutations revealed by Next-Generation Sequencing. This approach, named FASTBAC-Seq, allowed us to map a myriad of toxicity determinants located in both, coding and noncoding regions, of the aapA3 toxic gene. More precisely, some suppressor mutations revealed the existence of transient RNA hairpins that act co-transcriptionally to prevent translation initiation while the toxinencoding mRNA is being made. Such functional RNA metastable structures are essential to uncouple the transcription and translation processes and allow the presence of these toxic genes on bacterial chromosomes. Although untranslated mRNAs become rapidly unstable, our work also revealed the presence of two protective stem-loops located at both mRNA ends that prevent from both, 5’ and 3’ exonucleolytic activity. Altogether, our work evidenced the consequences of the strong selection pressure to silence toxin expression under which the TAs evolve, and highlighted the key role of mRNA folding in the co- and post-transcriptional regulation of this family of genes. These RNA-based regulatory mechanisms may be exploited in the future for biotechnological (e.g., increased protein production through mRNA stabilization) or biomedical (e.g., development of alternative antimicrobial strategies aiming at the activation of toxin synthesis) applications.

Das humane Magenpathogen Helicobacter pylori (H. pylori) besiedelt den menschlichen Magen und kann zu der Entstehung schwerwiegender Krankheiten wie Magenkrebs und Magengeschwüren führen. Die Pathogenese ist eng mit dem bakteriellen Typ IV Sekretionssystems (T4SS) assoziiert, das die Translokation des Effektorproteins CagA in die Wirtszelle vermittelt. Bisher ist noch unbekannt, in welchem Ausmaß wirtszellspezifische Faktoren die T4SS induzierte Pathogenese beeinflussen. Dieser Aspekt wurde in dieser Arbeit durch die Analyse verschiedenster Zelllinien das erste Mal systematisch untersucht. Interessanterweise unterschied sich die zelluläre Antwort auf die T4SS spezifische Infektion erheblich in Abhängigkeit der verwendeten Zelllinie. Die Ergebnisse beweisen, dass Wirtszellfaktoren eine ebenso große Rolle in der H. pylori induzierten Pathogenese spielen wie bakterielle Effektoren. Zusätzlich wurde in dieser Arbeit eine genomweite Screening-Methode etabliert, die es ermöglicht, neue Komponenten des T4SSs, translozierte NF-B Effektoren und bakterielle Adhäsine zu identifizieren. Auch der Einfluss von CagA auf den EGF-Rezeptor wurde hier näher untersucht. Der Rezeptor steht ebenfalls eng mit der Entstehung von Krebs in Verbindung. Hierbei stellte sich heraus, dass CagA die Endozytose des EGF-Rezeptors durch die Aktivierung der Nicht-Rezeptor Tyrosinkinase c-Abl hemmt und dadurch die Rezeptorpopulation auf der Wirtszelloberfläche erhöht. Interessanterweise führt dieser Effekt jedoch nicht zu einer Verstärkung der EGF-Rezeptor Signaltransduktion. Vielmehr kommt es zu einer Hemmung der EGF-Rezeptor Transaktivierung und zu einer Blockade der EGF vermittelten Wundheilung. Die Daten weisen auf eine Rolle des EGF-Rezeptors in der H. pylori induzierten Geschwürbildung hin. Auch der zu Grunde liegende molekulare Mechanismus der Rezeptor-Inhibierung konnte hier entschlüsselt werden, der sowohl von CagA als auch von der Phosphatase SHP-2 gesteuert wird. / The human gastric pathogen Helicobacter pylori (H. pylori) elicits a tremendous medical burden because of its causative association with peptic ulcer disease and gastric cancer. The pathogenic potential of H. pylori is intricately linked to the expression of a pathogenicity island encoded type IV secretion system (T4SS), which translocates the bacterial effector protein CagA into the eukaryotic host cell. The role of host cell determinants in T4SS mediated pathogenesis has not yet been systematically examined. To elucidate the role of host cell factors within T4SS induced host cell responses, different eukaryotic cell lines were analyzed systematically for respective phenotypes. Remarkably, T4SS mediated host responses among these cell lines varied considerably, thereby demonstrating the importance of host cell components in H. pylori induced pathogenesis. In addition, a H. pylori genome wide bacterial screen for factors important in pathogenesis, such as unknown T4SS components or novel NF-kappaB effector molecules, was developed and optimized. The precise function of the prominent effector protein CagA remains unclear. To functionally characterize the role of CagA, its impact on the epidermal growth factor (EGF)-receptor pathway was analyzed. The results suggest a mechanism where EGF-receptor endocytosis is completely blocked by a CagA induced activation of c-Abl, leading to an elevated receptor surface exposition. Surprisingly, EGF-receptor transactivation and EGF-dependent wound healing are selectively blocked during prolonged infections as well, indicating that an increased receptor-population on the cell surface does not necessarily promote signaling. This data suggests a role for the EGF-receptor in H. pylori- induced ulcer disease. The underlying molecular mechanism was identified as being SHP-2 and CagA dependent.

Die transkriptionelle Aktivierung des HDC Gens sowie des Chromogranin A Gens in ECL-Zellen der Magenmucosa repräsentiert einen zentralen Mechanismus der Säureregulation durch Gastrin und scheint ausserdem Bedeutung für die Pathogenese der gastroduodenalen Ulkuskrankheit zu haben. Unsere Untersuchungen identifizieren erstmals die molekularen Mechanismen der Gastrin-abhängigen Regulation beider Gene und definieren die beteiligten Transkriptionsfaktoren, regulatorischen DNA-Elemente und intrazellulären Signalwege. Des weiteren wurde durch transgene Untersuchungen die transkriptionelle Regulation des ChromograninA Gens in vivo bestätigt und die neuroendokrin-spezifische Expression eines 4.8kB-langen CgA-Promotorfragmentes demonstriert. Als pathobiologisch relevante Aktivatoren des HDC Gens konnten oxidativer Stress sowie die H. pylori Infektion identifiziert und hinsichtlich ihrer molekularen Wirkungen auf das Schlüsselgen der Histaminsynthese im Magen charakterisiert werden. Diese Ergebnisse dokumentieren einen potentiellen Mechanismus für die Interaktion beider Stimuli mit den physiologischen Regelkreisen der Magensäureregulation und können durch die Definition neuer molekularer Angriffspunkte möglicherweise zur Entwicklung innovativer Therapieansätze beitragen. / Transcriptional activation of the genes encoding histidine decarboxylase and chromogranin A represents a key mechanism of gastrin-dependent acid regulation and also appears to be involved in the pathogenesis of gastroduodenal ulcer disease. Our results for the first time identify the molecular mechanisms underlying gastrin-dependent activation of both genes, and define the transcription factors, regulatory DNA elements and signal transduction pathways involved in this process. Furthermore, transgenic studies confirmed the principle of gastrin-dependent transcriptional activation of the chromogranin A gene in vivo, and demonstrated neuroendocrine-specific expression of a 4.8kB-CgA promotor fragment. In addition, the pathobiological stimuli oxidative stress and H. pylori were molecularly characterized regarding their activating effects on the key gene of gastric histamine sythesis. These results provide potential mechanisms for the interaction of both stimuli with regulatory circuits of gastric acid secretion, and can probably contribute via definition of new molecular targets to the development of inovative therapeutic strategies.