Cette thèse de doctorat porte dans l’ensemble une étude approfondie sur une technologie émergente pour l’amplification isotherme des acides nucléiques appelée recombinase polymerase amplification (RPA). L’introduction porte une description détaillée sur la RPA. Cette revue de littérature documente et discute les diverses applications de la RPA en soulignant les connaissances actuelles concernant les applications diagnostiques. Malgré la composition complexe de la RPA (6 à 7 protéines dans le même mélange réactionnel), cette dernière s’avère une technologie rapide (générant des résultats < 20 min), spécifique et sensible (détection de l’ordre de quelques copies de génome), et largement appliquée dans différentes disciplines. Ces avantages nous permettent de croire que la RPA possède la flexibilité nécessaire pour être utilisée comme outil de diagnostic rapide des maladies infectieuses en réduisant le temps d’obtention des résultats à moins d’une heure au lieu de 2 à 3 jours avec les tests de cultures standards. En conséquence, il sera possible d’intégrer la RPA dans des plateformes microfluidiques ou laboratoire sur puce qui permettent la préparation d’échantillons, l’amplification et la détection des acides nucléiques des microbes causant des infections. En premier lieu, les travaux de cette thèse ont généré des lignes directrices additionnelles pour la conception des amorces/sondes RPA. En second lieu, nos travaux ont permis de développer un essai diagnostic RPA pour la détection des streptocoques du groupe B, responsables de la septicémie et la méningite chez les nouveau-nés. Cet essai fut le premier à évaluer la performance de la RPA avec des échantillons cliniques humains. Ce test diagnostic RPA a été comparé à une méthode de référence, la réaction en chaîne par polymérase (PCR). Cette démonstration sur des échantillons cliniques nous à inciter à pousser notre étude pour réaliser le dernier objectif de ce projet qui consistait à automatiser la RPA par intégration dans un système microfluidique miniaturisé centripète. Une collaboration avec des experts en génies et en matériaux a permis de générer un dispositif microfluidique appelé blade ainsi de l’instrument impliqué dans l’opération des différentes tâches mécanistiques. Ces résultats préliminaires suggèrent qu’il sera important d’offrir un système automatisé complet applicable au chevet du patient. Par conséquence, il sera possible d’exécuter une analyse complète des agents infectieux en moins d’une heure sans le besoin des procédures complexes de préparation et de transport des échantillons cliniques ni le recours à du personnel qualifié. / This dissertation consists of an exhaustive study on an emerging technology for isothermal amplification of nucleic acids called recombinase polymerase amplification (RPA). The introduction of this thesis is a detailed description of the RPA. This review documents and discusses the various applications of this technology by pointing to the current knowledge about RPA for diagnostic applications. Despite the complex composition of RPA (6 to 7 proteins in the same reaction mixture), the latter was shown to be rapid (generating results in < 20 min), specific and sensitive (detecting few target genome copies), and applied widely in different fields. Based on these advantages, we assume that RPA has a flexibility allowing it to be used for the rapid diagnosis of infectious diseases thus reducing time-to-result to less than an hour. Consequently, it will be possible to integrate RPA in microfluidic platforms providing a lab-on chip system. The first part of this doctoral project generated additional guidelines for RPA primers/probes design to develop specific RPA diagnostic assays. Second, we developed an RPA diagnostic test for the detection of group B streptococci, responsible for sepsis and meningitis in newborns. This assay was the first to evaluate RPA with human clinical samples. This diagnostic test was compared to a reference method, the polymerase chain reaction (PCR). This demonstration with clinical samples served to carry out the final objective of this project that was to automate RPA in a miniaturized microfluidic centripetal system. Collaboration with engineers and experts in materials has generated the microfluidic device called "blade" and the instrument involved in the operation of various mechanistic tasks. These preliminary results suggested that it will be important to provide an automated system applicable at bedside. Consequently, it will be possible to perform a complete analysis of infectious agents in less than an hour without the need for complex procedures for the preparation and transport of clinical specimens or the assistance of qualified personnel.

Les Campylobacter spp. représentent la plus grande cause de diarrhée bactérienne à travers le monde avec un coût économique élevé. Les méthodes phénotypiques utilisées au laboratoire de microbiologie médicale sont longues, ne différencient que Campylobacter jejuni des autres Campylobacter spp. et ne distinguent pas entre elles les deux sous-espèces de Campylobacter jejuni. Le développement de tests moléculaires capables de pallier à ces déficiences est donc important dans une perspective épidémiologique. Ce travail de recherche avait pour but de développer un essai PCR multiplex tuf-napA pour l’identification de Campylobacter jejuni au niveau de ses deux sous-espèces et de Campylobacter coli. Ce multiplex a ensuite été appliqué aux isolats de Campylobacter spp. du CHUL au CHUQ pour la période d’étude de janvier 2007 à janvier 2010 afin de définir l’épidémiologie moléculaire à l’hôpital. La capacité du gène tuf à servir comme gène cible pour discriminer les Campylobacter spp. a été établie ici pour la première fois. / Campylobacter spp. are the leading cause of bacterial diarrhea worldwide with a high economic cost. The phenotypic methods used in medical microbiology laboratories are time-consuming, differentiate only Campylobacter jejuni from other Campylobacter spp. and do not distinguish between the two subspecies of Campylobacter jejuni. The development of molecular tests able to overcome these deficiencies is important from an epidemiological perspective. This research concentrates on the development of a PCR assay tuf-napA multiplex for the identification of Campylobacter jejuni at the level of its two sub-species as well as Campylobacter coli. This multiplex was then applied to Campylobacter spp. isolates at the CHUL of CHUQ for the study period from January 2007 to January 2010 to define the molecular epidemiology in the hospital. The ability of tuf gene to serve as target gene for discriminating Campylobacter spp. was established here for the first time.

La « Polymerase Chain Reaction» (PCR) est une technologie moléculaire qui se veut performante pour détecter les entérocoques résistants à la vancomycine (ERV) en contexte hospitalier. La traduction de cette technologie dans les pratiques professionnelles des acteurs est conceptualisée comme un processus d’adaptation et d’ajustements des rôles entre la technologie et le milieu hospitalier. Par souci de mieux comprendre la traduction de la nouvelle technologie de dépistage PCR dans les pratiques professionnelles de prévention et contrôle des infections à ERV, d’apprécier son degré de performance technologique et ses implications sur la prise en charge des cas à ERV, cette étude visait trois objectifs : 1) comprendre l’implication des différents acteurs dans le processus d’adoption de la technologie; 2) comprendre les processus de changement dans les pratiques professionnelles en PCIN vécus par tous les acteurs concernés après l’adoption de la technologie; et 3) apprécier le degré de performance (sensibilité, spécificité et valeurs prédictives positives et négatives) de la technologie PCR et ses implications sur la prise en charge des cas à ERV. Une étude de cas unique en deux volets combinant des méthodes qualitatives et quantitatives a été réalisée. Pour le premier volet qui couvre les deux premiers objectifs, deux sources de données qualitatives ont été privilégiées : 1) entrevues individuelles auprès de cinq groupes d’acteurs impliqués dans l’adoption et l’implantation de la PCR-ERV (n = 28); 2) sources documentaires (n = 33). Une analyse de contenu a été menée. Pour le second volet qui couvre le troisième objectif, des résultats microbiologiques issus des bases de données de laboratoire des trois installations de l’établissement à l’étude sur les cas ERV dépistés par PCR et par culture ont été recueillis. Des analyses descriptives statistiques ont été effectuées afin d’évaluer les quatre indicateurs de performance de la PCR par rapport à la technique de référence, soit la culture pour la détection des ERV. Des données qualitatives provenant des entrevues et des sources documentaires mobilisées pour le premier volet ont permis de contextualiser ces résultats. Une triangulation des inférences qualitatives et quantitatives a été réalisée explicitant l’implication de la PCR sur la prise en charge des cas à ERV. Les résultats de notre étude révèlent que la traduction d’une technologie dans les pratiques, particulièrement dans le contexte de la PCIN, est le résultat de cinq dimensions interdépendantes : 1) l’implication d’un réseau d’acteurs plus large; 2) l’évaluation de la technologie et des pratiques entourant sa mise en œuvre utilisée comme stratégie d’intéressement; 3) les ajustements des rôles et responsabilités; 4) les mécanismes de communication / collaboration / interaction; et 5) la préparation au changement. Outre la compréhension profonde du processus de traduction de la PCR-ERV dans les pratiques professionnelles, nos résultats révèlent que la PCR-ERV représente un outil complémentaire de prévention et contrôle important à l’échelle d’un établissement. En dépit de ses limites de détection des cas à ERV vrais positifs, la PCR-ERV représente un intérêt pour sa capacité à améliorer la prise en charge des vrais négatifs en réduisant la mise en place des mesures de prévention et contrôle non requises. La PCR-ERV s’est montrée aussi prometteuse en complément à la culture permettant ainsi une prise en charge requise et dans les meilleurs délais des cas suspects et des contacts étroits. En conclusion, la nouvelle technologie adoptée comme une solution à la problématique des éclosions à ERV, avec ses implications sur la prise en charge des cas à ERV, a modulé les activités quotidiennes de nombreux acteurs afin de gérer le problème récurrent des infections à ERV dans l’établissement en question. Mots clés : Adoption, traduction, Translating infection prevention into practice – Théorie de l’acteur-réseau (TRIP-TAR), technologie de dépistage, infections nosocomiales, étude de cas, performance. / The translating technology, the "Polymerase chain reaction" (PCR), a molecular technology promising performance in the detection of vancomycin resistant enterococcus (VRE) bacteria, is conceptualized as an adaptation process and adjustment of roles as well between the technology and the hospital setting. For the sake of better understanding the translation of PCR in infection prevention and control (IPC) professional practices and to assess the technology performance and its outcomes on VRE , three objectives were defined: 1) understand who was involved in the adoption process of the PCR technology; 2) understand the changes in IPC professionnal practices experienced by a network of actors; and 3) assess the performance (sensitivity, specificity, positive and negative predictive values) of PCR and its implication on the management of VRE cases. A single case study in two parts combining qualitative and quantitative methods was conducted. For the first part, which covers the first two objectives, the complete dataset comprised semi-structured interviews with five groups of actors involved in the adoption and implementation of PCR-VRE (n = 28) and a review of hospital and external documents (n = 33). A content analysis was performed. As for the second part, which covers the third objective, the complete dataset comprised administrative data extraction on VRE cases detected by PCR and culture from January 2012 to October 2013 in the laboratories of the three settings being studied. Descriptive statistical analyzes were performed to document the sensitivity, specificity, and positive and negative predictive values of the PCR in detecting VRE cases in comparison to the gold standard technique – the culture. Qualitative data from interviews and documents used for the first part allowed the contextualisation of these results. A triangulation of qualitative and quantitative inferences was performed explaining the implication of PCR on the management of VRE cases. Our findings showed that translating technology into practices, especially in the context of IPC depend on five interrelated dimensions, including: 1) the involvement of a wider actor-network, 2) evaluation used as an interessment strategy, 3) adjustments of roles and responsibilities, 4) improvement of communication / collaboration / interaction mechanisms, and 5) the preparation to change. In addition to a better understanding of a whole process, our findings highligthed that the PCR is an important complementary measure to consider in detecting VRE cases. Despite its limits in detecting true positive VRE cases, PCR is of interest for its performance in detecting and handling of true negative VRE cases by reducing the implementation of unnecessary prevention and control measures. PCR-VRE has been as promising in complement to the culture technique enabling a useful and prompt detection of suspects and close contacts. The PCR technology adopted as an innovative solution to the problem of VRE outbreaks, with its implications on the management of VRE cases, has modulated the practices of many actors in order to manage the recurrent problem of VRE in the health care orgnisation being studied. Key words: Adoption, translation, Translating infection prevention into practice – Actor-network theory (TRIP-ANT), nosocomial infections, screening technology, case study, performance.

L'utilisation du logiciel Miropeat pour comparer les séquences chromosomiquences d'Encephalitozoon cuniculi révèle la présence de séquences homologues aux différentes extrémités. Cette structure en mosaïque des extrémités a été confirmée par une approche PCR. Le plus intéressant est la présence de gènes dans ces régions. La comparaison des séquences codantes révèle 4 familles de gènes : inter AE , InterB, interC, interD. Nous avons choisi d'investir la famille interB, une famille homogène, avec très peu de gènes incomplets comparée aux trois autres familles. Après la validation de la présence des gènes interB chez les espèces du genre Encephalitozoon, ces gènes ont été retrouvés chez deux autres genres de microsporidies pouvant parasiter l'homme (Brachiola algerae et Vittaforma corneae). Par contre, ces gènes sont absents chez 5 autres genres de microsporidies, dont 2 parasites stricts d'insectes et 3 parasites stricts de poissons. L'expression de ces gènes a été abordée chez l'espèce E. cuniculi. Les gènes interB sont transcrits, et des protèines interB existent également.

Les fromages de spécialités supportent un écosystème complexe regroupant des bactéries, des levures et des moisissures. Bien que des ferments d’acidification et des cultures d’affinage soient ajoutés lors du procédé de fabrication, plusieurs autres microorganismes peuvent s’y développer. Ainsi, les levures indigènes, naturellement présentes dans l’environnement laitier, pourraient contribuer de façon directe et/ou indirecte au développement des propriétés sensorielles (saveur, odeur, texture) des fromages. Une étude précédente a permis de caractériser la microflore des fromages québécois. Trois espèces de levures indigènes (Cyberlindnera jadinii, Kazachstania servazzii et Pichia k udriavzevii) ont été détectées dans le lait cru et/ou dans les fromages de spécialité provenant de la province de Québec, mais leur prédominance et leur rôle n’avaient pas été déterminés. Le but de ce projet était d’évaluer la distribution de ces trois espèces de levures indigènes dans les fromages de spécialités du Québec. Pour ce faire, une méthode spécifique et sensible utilisant la PCR quantitative en temps-réel a été développée afin de pouvoir détecter et quantifier ces trois espèces de levures. Par la suite, la croûte et la pâte de fromages québécois ont été analysées afin d’obtenir plus d’indices quant à la localisation de ces espèces dans les fromages et leur importance dans l’affinage de ceux-ci. Ce projet a permis de mettre en évidence que C. jadini iet P. k udriavzevii sont des levures fréquemment retrouvées dans la majorité des fromages de spécialités du Québec. Il serait donc intéressant d’approfondir leur impact au niveau de la production de composés aromatiques et d’analyser si le développement de nouveaux ferments qui contiendraient ces espèces serait bénéfique. / The complex fungal ecosystems of specialty cheeses are increasingly studied because of the potential contribution of indigenous yeasts to the development of the cheese’s sensory properties. They may contribute directly or indirectly by their interaction with the funga l ecosystem or the modification of the cheese matrix. Previous studies detected Cyberlindnera jadinii, Kazachstania servazzii and Pichia k udriavzeviiin both raw milk and/or artisanal specialty cheeses from the province of Québec. The aim of this project was toanalyze the distribution of these three yeast species in cheeses made in the province of Québec. A highly specific and quantitative real time PCR assay was developed to quantitate these yeast species. The rind and the core of cheeses made in the province of Québec were sampled and analyzed using this method. Tracking of C. jadinii and P. k udravzeviirevealed that these yeasts are found within the majority of the analyzed cheeses. This study is the first step toward a better understanding of the possible contribution of these indigenous yeasts species in the development of cheese flavors, and their role in the cheese’s fungal ecosystem.

Les maladies infectieuses sont encore responsables de plusieurs millions de morts chaque année et nécessitent des tests de diagnostic basés sur la détection des acides nucléiques pour améliorer leur diagnostic et ainsi leur traitement. Afin de pouvoir détecter différents microbes à partir d'un même test, il est souhaitable de pouvoir réaliser l'amplification de plusieurs acides nucléiques dans une même réaction. Les techniques d'amplifications multiplexes existantes sont généralement limitées en nombre de cibles différentes qu'elles peuvent amplifier simultanément. Il semblerait que les interactions non spécifiques entre les amorces constituent la principale raison de ce phénomène. Ce mémoire a pour but de vérifier s'il est possible d'augmenter l'efficacité des PCR multiplexes en réalisant ces amplifications sur support solide. Plus spécifiquement, l'objectif de ce projet était d'attacher des amorces PCR sur des nano ou microparticules iafin que ces amorces ne puissent interagir entre elles de façon non spécifique dans le cas de PCRs multiplexes où le nombre de paires d'amorces est élevé. Il a été possible de fonctionnaliser des microbilles magnétiques et des nanoparticules d'or avec des oligonucleotides. Cependant, dans le cas de ces deux supports, la majorité, voir la totalité (dans le cas de nanoparticules d'or) du produit d'amplification a été retrouvée dans le surnageant de la réaction. Dans les deux cas, il semblerait que ce phénomène soit associé au décrochage des amorces PCR et/ou de l'amplicon. Les microbilles magnétiques/nanoparticules d'or ou encore la méthode de fonctionnalisation choisie ne permettent donc pas pour l'instant, de faire des amplifications PCRs en phase solide. Cependant, nous verrons que de telles particules fonctionnalisées peuvent avoir d'autres applications notamment dans un cadre diagnostique.

Ce mémoire de maîtrise présente les travaux liés au développement d’une technologie permettant de faciliter la conceptualisation des nouveaux outils de biologie moléculaire. Cette nouvelle technique est centrée sur la détection d’acides nucléiques et a été développée dans un contexte de diagnostic des maladies infectieuses. Ce mémoire est centré sur deux principales techniques : la PCR en temps réel (rtPCR) et l’hybridation sur biopuce. Notre technologie permet la réalisation de ces deux réactions biochimiques complexes dans une même chambre réactionnelle et dans un seul et même tampon, ceci à l’aide d’un oligonucléotide structuré. Le premier chapitre décrit les différentes techniques de rtPCR et les différents paramètres d’hybridation sur biopuce. Les principes directeurs de la recherche sont présentés dans le deuxième chapitre. Le troisième chapitre comporte le manuscrit démontrant la faisabilité de notre nouvelle technologie. Finalement, le quatrième chapitre discute des perspectives du projet.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La résistance des bactéries à Gram négatif aux céphalosporines de troisième génération (C3G) et aux carbapénèmes constitue une menace de santé publique majeure à l’échelle mondiale. Ces β-lactamines à large spectre d’action sont spécifiquement utilisées dans le traitement des infections résistantes potentiellement mortelles causées par des bactéries multirésistantes. Le principal mécanisme de résistance aux C3G et aux carbapénèmes est l’acquisition de gènes encodant respectivement des β-lactamases à spectre étendu (BLSE) et des carbapénémases. Plusieurs études ont répertorié les principales β-lactamases responsables des épidémies dans de nombreux pays à savoir les types TEM, SHV et CTX-M pour les bactéries productrices de BLSE, et plus récemment les types IMP, KPC, NDM, OXA-48 et VIM pour les bactéries productrices de carbapénémases. L’Organisation mondiale de la Santé a recommandé des mesures contrôle et prévention et de contrôle afin de réduire le risque de transmission des bactéries à Gram négatif productrices de BLSE ou de carbapénémases. Ces stratégies incluent l’identification des bactéries productrices de BLSE et de carbapénémases par des méthodes diagnostiques rapides de même que la mise en place d’une surveillance épidémiologique des principaux gènes de résistance encodant à ces enzymes. Ce mémoire de maîtrise se présente en 2 volets. D’une part, le développement d’un essai PCR en temps réel pour la détection rapide et sensible des gènes encodant les principales carbapénémases. D’autre part, la réalisation d’une étude épidémiologique dans deux hôpitaux de la ville de Québec sur les principaux gènes de BLSE chez des souches cliniques résistantes aux céphalosporines de 3e génération. Ces résultats démontrent que ces approches moléculaires pourraient être utilisées dans les laboratoires de microbiologie clinique afin de faciliter la détection et la surveillance des bactéries productrices de BLSE et de carbapénémases. / The resistance of Gram-negative bacteria against third-generation cephalosporins (3GC) and carbapenems is a major public health threat worldwide. These antibiotics are used specifically in the treatment of life-threatening infections caused by multidrug-resistant bacteria. The acquisition of genes encoding for extended-spectrum β-lactamases (ESBL) and carbapenemases is the main mechanism of resistance to 3GC and carbapenems, respectively. Several studies have identified the main β-lactamases responsible for epidemics in many countries namely TEM, SHV, and CTX-M for ESBL-producing bacteria, and more recently IMP, KPC, NDM, OXA-48-type, and VIM for bacteria producing carbapenemases. The World Health Organization has recommended preventives measures to control and reduce the risk of transmission of Gram-negative bacteria producers of ESBL and carbapenemases. These strategies include the identification of ESBL and carbapenemases with rapid diagnostic methods as well as the establishment of epidemiological surveillance of major resistance genes for these enzymes. This master’s thesis is presented in two parts. On one hand, the development of a real-time PCR assay for rapid and sensitive detection of key genes encoding carbapenemases. On the other hand, an epidemiological study in two hospitals in Quebec City of genes coding for ESBL in clinical strains resistant to third generation cephalosporins. These results demonstrate that these molecular approaches could be used in clinical microbiology laboratories to facilitate the detection and monitoring of ESBL- and carbapenemases-producing bacteria.