La gale commune est une des principales maladies affectant la pomme de terre. Cette maladie est causée par Streptomyces scabiei (S. scabies ), une bactérie du sol qui produit de la thaxtomine A (TA), une toxine essentielle à l'apparition des symptômes de la gale commune. En effet, la TA empêche la synthèse ou l'intégration de la cellulose dans la paroi cellulaire des cellules végétales et entraîne la mort des cellules du périderme de la pomme de terre. Comme cette maladie ne peut être contrôlée par aucun pesticide présentement homologué, il est important de développer des stratégies de lutte alternatives. Notre laboratoire étudie le mode d'action et les effets de la TA sur les cellules végétales. Nous avons réussi à augmenter la résistance à la TA de suspensions cellulaires de peuplier en augmentant progressivement la concentration de la toxine qui était ajoutée à leur milieu. Ces cellules ont conservé leur plus forte tolérance à la TA, même après avoir été cultivées en l'absence de la toxine durant plusieurs années. C'est pourquoi nous avons voulu étudier la possibilité d'utiliser cette technique pour produire des plants de pomme de terre plus résistants à la TA et éventuellement à la gale commune. Nous avons donc produit des cals à partir de segments de tiges de différents cultivars de pomme de terre, déposés sur un milieu contenant des concentrations de plus en plus élevées de TA. Une fois les cals développés, nous avons régénéré des embryons somatiques pour obtenir des plantules potentiellement plus résistantes à la phytotoxine. Pour tester cette nouvelle résistance, nous avons produit des microtubercules à partir des plantules, afin de les mettre en présence de fortes concentrations de TA et d'observer l'intensité de la nécrose résultante. Les résultats démontre que quelques lignées habituées du cultivar Russet Burbank ont semblé être plus résistantes que le cultivar parent à la TA et probablement même à la gale commune, ce qui est très encourageant. Nos expériences démontrent qu'il est possible d'habituer des cellules indifférenciées de pomme de terre à la TA, pour ensuite régénérer des lignées de pomme de terre ayant une plus grande résistance à la TA que le cultivar parent. Il serait intéressant de poursuivre l'étude afin de tester les caractéristiques agronomiques des lignées obtenues, pour s'assurer qu'elles restent intéressantes pour l'industrie et de faire une étude protéomique pour mieux comprendre les processus impliqués dans la mise en place de la résistance à la TA.

L’agent phytopathogène Streptomyces scabiei est une bactérie du phylum actinobactérie présent dans les sols à travers le monde. S. scabiei est l’agent principal responsable de la gale commune de la pomme de terre. Cette maladie est coûteuse pour les producteurs de la pomme de terre. En effet, la pomme de terre va perdre sa valeur commerciale lorsque la bactérie attaque le périderme du tubercule et provoque des lésions liégeuses en surface ou plus ou moins en profondeur. C’est dans le périderme de la pomme de terre que la subérine va se déposer pour protéger le tubercule des agressions biotiques. Des études antérieures ont mis en évidence le rôle de la subérine comme inducteur de la production de thaxtomine A (phytotoxine essentielle à la virulence) chez S. scabiei. De même, la subérine va induire chez S. scabiei, la sécrétion d’enzymes dégradant les parois végétales, en particulier des glycosyl hydrolases, dont des cellulases. Cette thèse vise à élucider les mécanismes impliques dans la production de cellulases chez la souche S. scabiei EF-35. Dans un premier temps, le sécrétome de S. scabiei ayant poussé en présence de subérine et cellulose, soit avec un seul des deux polymères, a été analysé. Ces analyses du sécrétome ont révélé que l’addition de subérine dans un milieu contenant de la cellulose induisait une surproduction de glycosyl hydrolases. L’induction des enzymes cellulolytiques par la subérine, correlait avec la présence d’un inhibiteur de subtilase (SCAB_8801) qui pourrait jouer un rôle dans la différenciation cellulaire et le métabolisme secondaire. Ces résultats ont permis d’avancer un modèle dans lequel la subérine et le cellobiose jouent conjointement un rôle pour activer les mécanismes de virulence de la bactérie. Dans un deuxième temps, nous avons voulu savoir si le cellobiose (la molécule résultante de la dégradation de la cellulose) induisait des enzymes cellulolytiques chez S. scabiei, mais aussi chez deux autres espèces de Streptomyces pathogènes et une espèce de Streptomyces non pathogène. L’activité cellulolytique de S. scabiei en présence de subérine est beaucoup plus importante que lorsque la bactérie est en présence de cellobiose (de cinq à dix fois supérieure). De même, la présence de subérine dans le milieu de culture de S. scabiei augmente l’expression rélative des gènes des cellulases. Les deux autres Streptomyces pathogènes (S. acidiscabies et S. turgidiscabies) exhibent un profil contraire à S. scabiei. En effet, S. acidiscabies et S. turgidiscabies affichent une activité cellulolytique et une expréssion rélative des gènes de cellulases plus importante dans le milieu supplémenté de cellobiose que dans le milieu supplémenté de subérine. Streptomyces scabiei semble donc mieux adaptée que les autres espèces de Streptomyces à dégrader le matériel cellulosique encastré dans les parois subérisées du périderme. Les résultats présentés dans cette thèse visent à apporter des éléments de réponse pour mieux comprendre les interactions S. scabiei – pomme de terre. Ainsi, les biopolymères retrouvés dans la pomme de terre (subérine et cellulose) vont jouer un rôle crucial dans la virulence de l’agent phytopathogène. Cependant, il semblerait que S. scabiei s’est spécialisé au cours du temps à coloniser son hôte, la pomme de terre. La subérine induit la production de cellulases chez S. scabiei mais pas chez les autres deux Streptomyces pathogènes testés (S. acidiscabies et S. turgidiscabies). Ceci nous laisse penser que la subérine est impliquée dans des mécanismes qui restent encore à élucider.

La gale commune est l'une des maladies les plus répandues de la pomme de terre. Elle est caractérisée par des lésions superficielles ou profondes au niveau du tubercule. En effet, lors de la colonisation de la pomme de terre, le Streptomyces scabiei, principal agent pathogène de cette maladie, entre en contact avec la portion externe du tubercule, le périderme. Ce dernier est essentiellement composé de subérine, un polymère constitué d'acides gras estérifiés (portion aliphatique) et de composés phénoliques (portion aromatique). Or, plusieurs études antérieures ont révélé que la présence de la subérine dans le milieu de culture de l'agent phytopathogène S. scabiei induit la production d'enzymes ayant une activité estérasique. Le travail de cette thèse porte sur l'identification des enzymes hydrolytiques produites en présence de subérine. Pour identifier les enzymes pouvant être impliquées dans la dégradation de la subérine, deux approches ont été utilisées. La première consiste à identifier, dans le génome séquencé et annoté de S. scabiei souche 87-22, des gènes codant pour de possibles subérinases et à comparer l'expression de ces gènes dans différentes conditions expérimentales. La deuxième approche consiste à mener une étude protéomique des enzymes extracellulaires produites par le S. scabiei souche EF-35 en présence de subérine. Dans la première approche, nous avons identifié deux gènes (estA et sub1) codant pour des estérases de S. scabiei souche 87-22, de possibles subérinases. De plus, nous avons confirmé la présence de ces gènes dans le génome de S. scabiei souche EF-35. À l'aide de la technique de la PCR en temps réel, nous avons ensuite démontré que l'expression de ces deux gènes était fortement induite par la présence de subérine dans le milieu de culture, ce qui suggère une implication de ces gènes dans la dégradation de la subérine. Puis, nous avons testé la transcription de ces deux gènes en présence d'autres polymères végétaux. Les résultats obtenus montrent que tous les polymères testés induisent l'expression de estA, tandis que seules la subérine et la cutine (un polymère apparenté à la subérine) induisent l'expression de sub1. Ce dernier résultat suggère que sub1 (contrairement à estA) code pour une estérase ayant une spécificité envers la subérine et les polymères apparentés. Finalement, nous avons ensuite vérifié la présence d'orthologues des gènes estA et sub1 dans le génome de différentes espèces de Streptomyces par la technique de Southern blot. Il s'avère que des orthologues du gène estA se retrouvent dans le génome de plusieurs espèces de Streptomyces, alors que le gène sub1 n'a été retrouvé que dans celui de Streptomyces phytopathogènes. Cette observation suggère que le gène sub1 peut être un déterminant important lors de la colonisation du tubercule. Dans la deuxième approche, nous avons démontré que le S. scabiei souche EF-35 produisait une gamme d'enzymes extracellulaires, dont les principales catégories sont impliquées dans le métabolisme des lipides et le métabolisme et le transport des carbohydrates. Certaines enzymes identifiées peuvent jouer un rôle direct dans la dégradation de la subérine. De nombreuses xylanases, cellulases et glycosyl hydrolases sont produites en quantité importante en présence de la subérine et peuvent être impliquées dans l'hydrolyse des sucres liés à la subérine. Même si les processus liés à la dégradation enzymatique de la subérine demeurent en grande partie inconnus, ce travail de thèse établit une solide base pour étudier la dégradation de la subérine ainsi que pour déterminer le rôle des enzymes identifiées dans l'interaction entre le S. scabiei et sa plante hôte.

Der zu den bedeutendsten Ektoparasiten des Schweines gehörende Erreger der Schweineräude, Sarcoptes scabiei var. suis, ist weltweit verbreitet und von wirtschaftlichen Interesse für Schweinezucht- und Mastbetriebe. Ziel dieser seroepidemiologischen Studie war die Gewinnung neuer Erkenntnisse über die Bestandsdynamik klinischer Räudeerscheinungen und dem Titerverlauf von IgG-Antikörpern gegen Sarcoptes scabiei var. suis im Serum von Sauen in Abhängigkeit vom Reproduktionszyklus (Trächtigkeit, Laktation, Besamung) und von Saugferkeln während der Säugeperiode sowie Aufzucht. Schlussfolgernd aufgrund der Ergebnisse dieser Studie eignen sich für die Kontrolle und Überwachung sowie Diagnostik der Sarcoptes-Räude von Beständen serologische Untersuchungen von Ferkeln bis zur zweiten Lebenswoche von räudeverdächtigen Sauen, „Jungsauen erster und zweiter Wurf“ sowie Sauen während der Trächtigkeit (vor allem letztes Drittel) und Deckeber. Eine Vorselektion auf räudeverdächtige Hautveränderungen sowie gesteigerte Kratzaktivitäten erhöht die Wahrscheinlichkeit serologisch positive Tiere zu identifizieren.

La gale humaine, récemment reconnue comme maladie tropicale négligée par l’OMS est due à l'acarien Sarcoptes scabiei variété hominis. La gale est un problème majeur de santé publique avec une prévalence mondiale estimée à 200 millions de cas/an. La morbidité est surtout liée aux surinfections bactériennes par Streptococcus pyogenes et Staphylococcus aureus. L’arsenal thérapeutique demeure limité. Plusieurs molécules sont disponibles, surtout des traitements topiques (dont la perméthrine). L’ivermectine de la famille des lactones macrocycliques est la seule molécule orale disponible. Elle a une efficacité prouvée mais pas absolue. La plupart des molécules ne sont pas ovicides et leurs demi-vies, plus courtes que le cycle du parasite, impliquent de proposer systématiquement une deuxième application/prise à une semaine d’intervalle. Des inquiétudes concernant l'apparition de sarcoptes résistants à la perméthrine et à l’ivermectine apparaissent. Des alternatives sont donc nécessaires à courte échéance. Le traitement de la gale comprend toujours un traitement médical pour le patient et ses contacts mais également une désinfection de son environnement mais aucune mesure de décontamination n’a pu réellement faire la preuve de son efficacité.L’objectif de cette thèse a été de proposer et d’évaluer des alternatives thérapeutiques pour la prise en charge de la gale en utilisant de nouveaux modèles expérimentaux, in vitro et in vivo, notamment dans un modèle animal porcin. Dans la première partie de la thèse, deux spécialités vétérinaires de la famille des lactones macrocycliques (moxidectine) ou des isoxazolines (afoxolaner) ont été évaluées dans deux essais thérapeutiques. L’efficacité d’une administration orale unique de moxidectine et d’afoxolaner a été évaluée sur des porcs expérimentalement infestés. Une évaluation pharmacologique plasmatique et cutanée a aussi pu être réalisée. La deuxième partie de la thèse a porté sur une meilleure connaissance des molécules déjà disponibles et sur leur amélioration. L’activité ovicide de différentes molécules a été évaluée. La possibilité d’utiliser une dose plus importante d’ivermectine a pu elle aussi être étudiée. Dans la troisième partie de la thèse, nous avons travaillé sur la prise en charge de l’environnement. Nous avons évalué in vitro l’efficacité́ de différentes procédures de lavage en machine pour l’éradication d’une population de Sarcoptes scabiei ainsi que l’effet de la congélation, du séchage en lave-linge et de l’utilité de sacs en plastique occlus. Nous avons aussi étudier l’activité de molécules répulsives ou de produits acaricides pour la prise en charge des sarcoptes dans l’environnement.L’ensemble des résultats de ces différentes études va nous permettre de proposer de nouvelles alternatives pour la prise en charge thérapeutique de la gale. Certaines nouvelles alternatives vont pourvoir être évaluées chez l’homme prochainement. Pour l’environnement, des recommandations précises et universelles à l’échelle individuelle mais aussi collective pourront être proposées dans les pays développés mais aussi dans les pays en voie de développement. / Human scabies is caused by the mite Sarcoptes scabiei variety hominis. Scabies was recently recognized as a neglected tropical disease, due to its high global prevalence estimated to be around 200 million cases/year and its high morbidity mainly related to bacterial superinfection by Streptococcus pyogenes and Staphylococcus aureus. The therapeutic arsenal remains limited. Several molecules are available, including topical treatments. Ivermectin, a member of the macrocyclic lactone family is the only oral drug available. It has proven efficacy but not absolute. Most molecules are not ovicidal and their half-lives are too short to cover the entire parasite cycle. Indeed, a second application/intake at one week interval is mandatory. Furthermore, resistance to the main acaricides has been reported. Thus, alternatives need to be found in the short term. Treatment of scabies always includes medical treatment for the patient and his contacts, but also a disinfection of his environment. However, the efficacy of decontamination procedures, especially those possible in resource poor settings, has not been determined with a good level of evidence.The aim of this thesis was to propose and evaluate therapeutic alternatives for the management of scabies by using new experimental models, in vitro and, in vivo in an experimental porcine animal model.In the first part of the thesis, two veterinary molecules from the macrocyclic lactones family (moxidectin) or the isoxazolines (afoxolaner) were evaluated in two therapeutic trials. Efficacy of a single oral administration of moxidectin and afoxolaner was evaluated in experimentally infested pigs. A plasma and cutaneous pharmacological evaluation was also possible.The second part of the thesis focused on increasing our knowledge on molecules already available and on their improvement. We studied the ovicidal activities of currently available molecules for human scabies treatment and molecules use in the veterinary clinic. Furthermore, we studied the potential of a higher dose of ivermectin for scabies treatment.In the third part of the thesis, we worked on the management of the environment. We evaluated in vitro the effectiveness of different machine washing procedures for the eradication of a population of Sarcoptes scabiei as well as the effect of freezing, drying and the usefulness of closed plastic bags. We also studied the activity of repellent molecules or acaricide products for the management of Sarcoptes mites in the environment.Using the results of these different studies it will be possible to propose new alternatives for the therapeutic management of human scabies. New alternatives will be evaluated in humans in the next future. For the environment, specific and universal recommendations at individual and collective level will be proposed.

Streptomyces scabiei est l'agent causal de la gale commune de la pomme de terre. Les symptômes causés par cet agent pathogène sont surtout superficiels mais ils engendrent des pertes économiques très importantes pour l'industrie. Les stratégies pour lutter contre cette maladie sont surtout culturales puisqu'il n'existe pas de pesticide ciblé à S. scabiei. Le pouvoir pathogène de cette bactérie repose surtout sur la synthèse d'une phytotoxine, appelée thaxtomine A. Le tryptophane est l'un des deux précurseurs biosynthétiques de la thaxtomine A. Par contre, il a été démontré que l'ajout de tryptophane au milieu de culture de S. scabiei induit une forte diminution de synthèse de la phytotoxine. Ce type de répression de synthèse par les précurseurs semble être un phénomène unique, autant chez les procaryotes que chez les eucaryotes. Les bactéries du genre streptomycètes produisent aussi une foule d'autres composés, certains synthétisés aussi à partir de tryptophane. C'est le cas de l'auxine, une hormone de croissance végétale régulant divers phénomènes de croissance chez les plantes. Chez la majorité des bactéries du sol, la synthèse d'auxine est augmentée en présence de tryptophane, mais cela n'a pas été vérifié pour S. scabiei. L'objectif de notre travail a été d'évaluer l'influence du tryptophane sur l'expression des gènes de synthèse de thaxtomime A, sur la production ainsi que l'expression des gènes de synthèse de l'auxine et ensuite, sur le pouvoir pathogène de S. scabiei. Les résultats obtenus indiquent que le tryptophane réprime l'expression des gènes de synthèse de la thaxtomine A. Parallèlement, une forte augmentation de production d'auxine a été observée avec ajout exogène de tryptophane au milieu de culture, sans qu'il y ait modulation des gènes de synthèse de l'auxine. Le pouvoir pathogène de S. scabiei a été évalué en présence de tryptophane, avec un système in planta utilisant des plantules de radis, un hôte alternatif à S. scabiei. Les résultats obtenus ont permis d'affirmer que S. scabiei, en certaines conditions, pouvait agir comme promoteur de la croissance des végétaux. En effet, en présence de certaines concentrations de tryptophane, les plantes hôtes inoculées par S. scabiei avaient une meilleure croissance que des plantes non inoculées dans les mêmes conditions de tryptophane. Cette étude remet en question la classification de S. scabiei, considéré jusqu' ici comme un agent phytopathogène typique. Évidemment, cela ouvre la voie à des méthodes de luttes alternatives contre la gale commune. L'application de ces conditions aux champs est peu envisageable, à court terme, mais le développement de composés ayant un effet similaire à celui du tryptophane (au niveau de l'inhibition de synthèse de la thaxtomine A et de la promotion de synthèse de l'auxine) est une voie de recherche intéressante. De plus, une compréhension plus poussée du mécanisme d'inhibition de synthèse de la thaxtomine A par le tryptophane serait souhaitable.

Diss. (sammanfattning) Uppsala : Sveriges lantbruksuniversitet, 2005. / Härtill 4 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Uppsala : Sveriges lantbruksuniversitet, 2009. / Härtill 3 uppsatser.

Die parasitische Milbe Sarcoptes scabiei, die im Stratum corneum ihres Wirtes lebt, ist weit verbreitet. Eine zuverlässige Diagnose mittels herkömmlicher Techniken ist unzulänglich. Serologische Tests unter Verwendung von Gesamtantigen sind aufwändig und teuer in der Herstellung, und Kreuzreaktionen mit freilebenden Milben können zu falsch positiven Ergebnissen führen. Von dem Einsatz spezifischer rekombinanter Antigene ist eine Verbesserung der Serodiagnostik zu erwarten. In dieser Arbeit wurde eine cDNA-Bank aller Entwicklungsstadien von S. scabiei var. suis erstellt. Unter Verwendung eines humanen Skabies-positiven Sammelserums wurden 61 rekombinante immunreaktive Klone von S. scabiei isoliert, und das Protein von sieben dieser Klone als Diagnostikkandidaten wurde aufgereinigt. Die identifizierten Sequenzen zeichnen sich z. T. durch das Vorhandensein repetitiver Bereiche aus. Die rekombinanten Proteine wurden im ELISA unter Verwendung von Human- und Schweineseren auf ihre Sensitivität geprüft. Die Antigene zeigten signifikante Differenzen zwischen den Reaktionen mit den humanen Positiv- bzw. Negativseren, während dies bezüglich der Reaktion mit den porzinen Seren, nur für vier der Antigene der Fall war. Unspezifische Reaktionen mit E. coli-Protein sowie GST bei einem als Fusionsprotein exprimierten Antigen erwiesen sich als störend. 42.6% der isolierten Klone enthalten eine repetitive zentrale Region, deren offener Leserahmen hauptsächlich für die Aminosäuren Glutamat und Lysin kodiert. Obwohl sie große Homologien aufweisen, unterscheiden sich die Transkripte sowohl im zentralen Bereich als auch am 3´-Ende voneinander. Mittels der Southern Blot-Analyse konnte in Sarcoptes nur eine Genkopie detektiert werden, während dieses Gen in Dermatophagoides-Milben nicht nachgewiesen werden konnte. Auf Grund der Spezifität des Antigens für die parasitischen Milben könnte dieses Antigen für die Serodiagnostik besonders geeignet sein. Anhand von immunhistochemischen Untersuchungen wurden entsprechende Proteine in einer Organstruktur, bei der es sich vermutlich um die Hoden der Milben handelt, detektiert. In dieser Arbeit wurden rekombinante Antigene für die Serodiagnostik der Sarcoptes-Infektion bereitgestellt. Es wurde gezeigt, dass das Expressionssystem E. coli als Produktionssystem rekombinanter Antigene für die Serodiagnostik von Sarcoptes-Infektionen möglicherweise ungeeignet ist. / The parasitic mite Sarcoptes scabiei, which lives in the Stratum corneum of the host, is prevalent worldwide. Reliable diagnosis using conventional methods is unsatisfying. Serological tests using the total antigen are labour intensive and expensive to produce, and moreover there exist unspecific crossreactions against house dust mites, which lead to false positive results. We expect an improvement of serological diagnosis using specific recombinant antigens of the Sarcoptes-mites. In this work, we constructed a cDNA-library of all stages from S. scabiei var. suis. Using scabies-positive pooled human sera, we isolated 61 recombinant immunoreactive clones and purified the protein of seven clones as potential candidates for diagnosis. The identified sequences are partially characterized by the presence of repetitive domains. The recombinant proteins were tested for their sensitivity in the ELISA, using positive and negative human- and porcine sera. There exist significant differences between the reactions of the positive and negative sera for all the seven antigens using human sera. In contrast, with the porcine sera, significant difference could be detected only in four antigens. Reactions against of E. coli-protein and the GST in the fusionprotein caused problems of unspecific background. 42.6% of the isolated clones contain a repetitive central region, and the ORF mainly encodes the aminoacids glutamate and lysine. Altough there exist high homologies, the sequences of the transcripts differ in the central region and at the 3´-end. By southern blot analysis we could show one copy of the gene, while it was not detected in the genome of the free-living Dermatophagoides-mites. As for the specificity for the parasitic mites, the antigens might be good candidates for immunodiagnosis. In immunohistochemical studies the proteins were detected in a paired structure in the posterior part of the mites opisthosoma, which might be the testis. In this study, recombinant antigens of S. scabiei were produced and tested for the use in immunodiagnosis. It was shown, that the E. coli-expression system might be unsuitable for the production of recombinant antigens for their use in immunodiagnosis of Sarcoptes-infections.

Der zu den bedeutendsten Ektoparasiten des Schweines gehörende Erreger der Schweineräude, Sarcoptes scabiei var. suis, ist weltweit verbreitet und von wirtschaftlichen Interesse für Schweinezucht- und Mastbetriebe. Ziel dieser seroepidemiologischen Studie war die Gewinnung neuer Erkenntnisse über die Bestandsdynamik klinischer Räudeerscheinungen und dem Titerverlauf von IgG-Antikörpern gegen Sarcoptes scabiei var. suis im Serum von Sauen in Abhängigkeit vom Reproduktionszyklus (Trächtigkeit, Laktation, Besamung) und von Saugferkeln während der Säugeperiode sowie Aufzucht. Schlussfolgernd aufgrund der Ergebnisse dieser Studie eignen sich für die Kontrolle und Überwachung sowie Diagnostik der Sarcoptes-Räude von Beständen serologische Untersuchungen von Ferkeln bis zur zweiten Lebenswoche von räudeverdächtigen Sauen, „Jungsauen erster und zweiter Wurf“ sowie Sauen während der Trächtigkeit (vor allem letztes Drittel) und Deckeber. Eine Vorselektion auf räudeverdächtige Hautveränderungen sowie gesteigerte Kratzaktivitäten erhöht die Wahrscheinlichkeit serologisch positive Tiere zu identifizieren.