Les campylobactérioses sont les infections intestinales bactériennes d’origine alimentaire les plus fréquemment rapportées au sein de l’Union Européenne et sont principalement associées à la consommation de viande de volailles. Une diminution de la colonisation intestinale des volailles par Campylobacter de 2 à 3 log10 UCF/g permettrait de réduire l’incidence des cas humains de 76 à 100 %. La vaccination aviaire constitue un moyen de lutte potentiel mais, malgré de nombreuses études, aucun vaccin commercial n’est actuellement disponible. L’objectif de ce projet a été d’identifier de nouveaux antigènes vaccinaux contre Campylobacter en appliquant la stratégie de la vaccinologie inverse et d’évaluer leurs pouvoirs immunogène et protecteur contre la colonisation intestinale des volailles. Sur la base de leur localisation subcellulaire, leur antigénicité, leur densité en épitopes B et leur homologie de séquence avec l’ensemble des souches de C. jejuni et C. coli, quatorze antigènes ont été sélectionnés. Six d’entre eux ont été produits et testés in vivo en appliquant un protocole vaccinal optimisé. Quatre antigènes ont montré des diminutions significatives de la charge intestinale des oiseaux de 2 à 4,2 log10 UFC/g associées à l’induction de réponses humorales spécifiques. L’immunogénicité de ces candidats vaccins et l’efficacité protectrice de deux antigènes ont été observées à nouveau. Ces premiers résultats montrent l’intérêt et la fiabilité de la vaccinologie inverse. L’évaluation du potentiel vaccinal de ces nouveaux antigènes doit être poursuivie et approfondie lors de futures expérimentations. / Campylobacteriosis is the most prevalent bacterial foodborne gastroenteritis reported in the European Union and is mainly associated to consumption of poultry meat. Reducing the intestinal colonization of broilers by Campylobacter from 2 to 3 log10 CFU/g could decrease human cases incidence by 76 to 100%. Vaccination of poultry could be a potential strategy but despite many studies, no efficient vaccine is available yet. The aim of this project was to identify new vaccine antigens against Campylobacter using the reverse vaccinology strategy and to assess their immune and protective powers against the avian intestinal colonization. Based on their sub-cellular localization, immunogenicity, B-epitopes density and their sequence conservation among C. jejuni and C. coli strains, fourteen antigens were selected. Six out of them were produced and in vivo tested according to an optimized avian vaccine protocol. Four antigens showed intestinal load decreases from 2 to 4.2 log10 CFU/g correlated with the induction of specific humoral responses. Vaccine candidates’ immunogenicity and the protective efficiency of two antigens were observed again. These first results highlight the interest and reliability of the reverse vaccinology. The assessment of these new antigens vaccine potential needs to be continued and deepened in next experiments.

L'objectif de cette thèse est le développement d'un vaccin recombinant capripoxvirus protégeant contre la variole des ruminants, la Fièvre de la Vallée du Rift (FVR) et la Peste des Petits Ruminants (PPR) comme modèle vaccinal destiné aux pays atteints par ces infections. Une première partie de ce travail a consisté en une enquête sérologique en Tunisie pour évaluer les prévalences PPR et FVR. L'enquête menée a montré une séroprévalence PPR de 7,6% et l'absence de FVR. Le risque lié à une infection par le virus de la fièvre de la vallée du Rift n'est pas nul en raison de l'identification des vecteurs compétents Culex theileri et Culex pipiens dans les zones échantillonnées. L'élaboration du vaccin capripoxvirus FVR-PPR porte sur l'expression des gènes NSmGN-FVR et H-PPR où chacune des valences est insérée dans le site de la thymidine kinase et le site d'un analogue du récepteur à l'interleukine 8 respectivement. Le vecteur choisi pour la souche vaccinale Kenya Sheeppox-1. Bien que nos travaux aient conduit à l'obtention du capripoxvirus double recombinant, ce dernier n'a pu être purifié. L'alternative a donc été d'évaluer l'effet protecteur et l'immunogénicité induits par le simple recombinant capripoxvirus- NSmGN-FVR, qui est un produit de l'étape intermédiaire dans l'élaboration du double recombinant FVR-PPR. L'effet protecteur de notre construction a été validé par deux expérimentations chez des souris Mus m. musculus MBT/Pas, avec épreuve infectieuse. Le nombre de doses administrées, les voies d'administration ont été déterminants dans cette protection justifiée par l'obtention d'anticorps neutralisants anti-FVR. L'étude de l'immunogénicité a été réalisée sur un modèle caprin sans épreuve infectieuse, une séroconversion FVR a été observée. La lymphoprolifération et le typage des sous populations lymphocytaires ont été analysés. / The aim of this thesis was to develop a capripoxvirus based recombinant vaccine against ruminant pox, Rift Valley fever (RVF) and peste des petits ruminants (PPR) considered as a vaccine model for countries affected by these infections. The first part of the work consisted in a serological survey conducted in Tunisia to detect the PPR and RVF presence. A PPR seroprevalence of 7.6% has been found and no antibodies against RVF were detected. However, the risk of infection with rift valley fever virus persists since competent vectors such as Culex pipiens and Culex theileri has been identified in the sampled areas. The development of the RVF-PPR vaccine candidate is based on the NSmGN-FVR and H-PPR gene expression - where each of the genes is inserted into the thymidine kinase and the Interleukin 8 receptor analogue genes, respectively. The vector chosen is the vaccine strain Sheeppox Kenya-1. Although the double recombinant RVF-PPR has been produced, it could not be purified. The alternative was to evaluate the protection and the immunogenicity of the single recombinant capripoxvirus NSmGN-FVR, which is a product of an intermediate step of the process of the double recombinant preparation. The protection of our vaccine candidate has been performed by two mice experiments in Mus m. musculus MBT/Pas, with challenge. The number of doses, the route of administration played a key role in the protection confirmed by the presence of neutralizing anti-RVF antibodies. The study of the immunogenicity of the vaccine candidate was conducted in goats without challenge, RVF seroconversion has been shown. Lymphoproliferation studies and lymphocytes subpopulations typing have been analysed.

Cette thèse de doctorat s'est déroulée dans le cadre d'un projet européen FP7 (7th Framework Program) MSCA (Marie Sklodowska-Curie action) ITN (Initiale Training Network) EID (European Industrial Doctorates) appelé DISCo (a multidisciplinary Doctoral Industrial School on novel preventive strategies against Escherichia coli infections) coordonné par Mariagrazia Pizza et co-coordonné par Mickaël Desvaux. Ainsi, ce doctorat s'est déroulé pour moitié en Italie au centre de recherche GSK (GlaxoSmithKline) sur le site de Sienne sous la supervision de Roberto Rosini et la direction de Fabio Polticelli de Universita degli Studi Roma Tre. L'autre moitié de la thèse s'est déroulée en France à l'INRA, centre Auvergne-Rhône-Alpes sur le site de Theix sous la direction de Mickaël Desvaux et Grégory Jubelin comme co-encadrant. Cette thèse de doctorat participe au développement de nouvelles stratégies préventives aux infections aux E. coli pathogènes intestinaux (InPEC), en particulier E. coli entérohémorragiques (EHEC), par une stratégie vaccinale. Dans ce contexte, une approche de vaccinologie inverse a été mise en œuvre pour identifier de nouveaux antigènes candidats qui ont ensuite été délivrés par la technologie GMMA (Generalized Modules for Membrane Antigens). Par ailleurs, un domaine épitope potentiel chez les autotransporteurs, i.e. l'autochaperon, a été caractérisé par analyse des séquences protéiques et modélisation structurale. / Enterohemorrhagic E. coli (EHEC) are a major cause of large outbreaks mainly affecting developed countries. From 1982 to 2002, a total of 350 E. coli O157 outbreaks were reported in the United States. EHEC infection causes diarrheal disease often associated with clinical complications like hemorrhagic colitis and hemolytic uremic syndrome (HUS). Although efforts focused on hygiene have been implemented in the food supply chain to reduce the risk of the foodborne E. coli O157 infection, outbreaks caused by this pathogen are still common. In addition, antibiotic-based therapy is discouraged for their potential undesirable effect in releasing shiga-toxin from the bacteria. Among non-antibiotic preventing strategies, vaccine development is warranted, still nowadays a licensed vaccine specific for human use against EHEC is not available. In this study, we used the Reverse Vaccinology approach applied on the EHEC O157:H7 genome to select new potential vaccine candidates. We identified a panel of 24 of potential protein antigens and we successfully expressed three of them in Generalized Modules for Membrane Antigens (GMMA) delivery system. GMMA expressing these vaccine candidates resulted to be immunogenic, raising a specific antibody response for two of the selected antigens. In particular, immunization with MC001 candidate was able to reduce intestinal EHEC O157:H7 colonization lowering the bacterial count in feces, colon and ceacum tissues in mice. This candidate was found to be homologue to the Salmonella Typhimurium Lipid A deacylase enzyme (LpxR) and to our knowledge this study was the first report describing it as vaccine candidate. Also, gene distribution and sequence variability analysis showed that MC001 was mainly present and conserved in EHEC O157:H7 and in some EPEC. Given the high genetic variability among and within these pathotypes, the identification and inclusion of this conserved candidate in a vaccine might cover against major intestinal pathogenic strains. Furthermore, because it has been showed that during the infection process some autotransporters, as MC021 can be reactive, we also analysed molecular determinant with an important role for their proper secretion and folding, namely the autochaperon (AC) domain. It appeared the AC is a common feature of autotransporters but strictly associated with passenger domains exhibiting a –helix fold. Their exposition at the bacterial cell the surface further positions the AC as a potential antigenic target and/or development of new treatments. These findings further provide new research directions for the development of non-antibiotic preventive strategy against InPEC in human but also animal.

L’entérite nécrotique aviaire causée par Clostridium perfringens est une maladie économiquement dévastatrice et celle-ci est en émergence dans les troupeaux de poulets de chair éliminant l’usage des antibiotiques. À ce jour, aucune alternative en élevage ne permet de prévenir efficacement la maladie et un contrôle par une stratégie vaccinale serait des plus prisé. Une approche par génomique comparative jumelée à la vaccinologie réverse soustractive et comparative identifiant des protéines bactériennes de surface immunogènes figure parmi les approches méthodologiques des plus prometteuses pour le développement rapide d’un vaccin efficace. Une étude génomique comparative réalisée sur 48 souches de C. perfringens provenant de poulets de chair en santé ou affectés par l’entérite nécrotique a permis d’établir que les génomes analysés étaient composés de 155 700 protéines distinctes, où 13% étaient extracellulaires, 65% cytoplasmiques et 22% membranaires. L’évaluation du pouvoir immunogène de ces protéines à l’aide de l’outil de prédiction VaxiJen v.2.0 a permis d’identifier 4 catégories de scores pour les protéines identifiées, allant de 0,5 (seuil minimal recommandé) à 1,5. Les protéines présentant les scores les plus élevés ont été majoritairement associées à des localisations extracellulaires. La combinaison du score d’immunogénicité et de la localisation cellulaire des protéines analysées a mené à la sélection de 12 protéines candidates vaccinales, la plupart d’entre elles étant de fonction hypothétique. Une description plus approfondie de ces protéines permettra de mieux définir leur fonction, d’évaluer leur potentiel antigénique réel en caractérisant leur interaction avec le système immunitaire de la volaille et ultimement, d’évaluer leur rôle probable dans la pathogénie de l’entérite nécrotique. / Avian necrotic enteritis caused by Clostridium perfringens is a disease with a major economical impact, generating losses up to 6 billion dollars for the poultry industry worldwide. This disease appears in broiler chicken flocks that no longer employ the use of antibiotics. To date, no alternative method allows for the efficient prevention of necrotic enteritis (NE) and a control by a vaccinal strategy would be mostly prized. A comparative genomics approach as well as comparative and subtractive reverse vaccinology identifying immunogenic bacterial surface proteins is one of the most promising methodologies for the rapid development of an efficient vaccine. A comparative genomic study was performed on 48 C. perfringens strains isolated from healthy broiler chickens and from broilers affected by necrotic enteritis. From this study, it was established that the genomes analyzed were composed of 155 700 distinct proteins where 13% were predicted to have an extracellular expression, 65% at the cytoplasma level and 22% within the plasma membrane. The evaluation of the immunogenic potential of these proteins was established with the prediction software VaxiJen v2.0 for which a 0.5 threshold score allowed for the identification of four score categories among the identified proteins, from 0.5 to 1.5. For the most part, proteins with the highest scores were associated with an extracellular localisation. The combination of the immunogenicity score and localisation of the analysed proteins led to the selection of 12 vaccinal candidate proteins that were mostly identified as hypothetical. A more in-depth description of these proteins would allow the assessment of their function, the evaluation of their true immunogenic potential by characterizing their interaction with the avian immune system and ultimately, evaluate their probable role in the pathogenesis of necrotic enteritis.