Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Thèse en cotutelle : « Université Laval, Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.) et Universidad de La Rioja Logrono, Espagne » / Les antibiotiques ont été largement utilisés comme promoteurs de croissance et prophylactiques pour prévenir les maladies dans l'élevage de volailles. En raison de l'urgence de la prévention de la propagation des bactéries multirésistantes, de nombreux gouvernements ont interdit leur utilisation comme facteurs de croissance. Malheureusement, ces mesures ne sont pas universellement appliquées et, comme effet secondaire, l'incidence des infections à Clostridium perfringens associées à l'entérite nécrotique (EN) a augmenté dans les pays où elles ont été interdites. En outre, des C. perfringens résistants apparaissent, mais comme ce microorganisme ne fait pas l'objet de programmes de surveillance, davantage d'informations sont nécessaires pour comprendre pleinement son profil de résistance. Tout cela souligne la nécessité de rechercher et de mettre en œuvre de nouvelles approches pour éviter l'utilisation d'antibiotiques chez les volailles. Les bactéries productrices de bactériocines (BAC+), capables d'inhiber la croissance de C. perfringens, constituent une bonne approche. Les entérocoques se caractérisent par la production de bactériocines (entérocines) et peuvent donc être utilisés à cette fin. Cependant, ces genres contiennent souvent des facteurs de virulence et des mécanismes de résistance aux antibiotiques. Par conséquent, en raison de leur dualité en tant que pathogènes commensaux et opportunistes, une caractérisation plus approfondie de ces bactéries est nécessaire. C'est pourquoi l'utilisation de leurs entérocines pourrait être une approche encore meilleure et plus réaliste. Cette thèse tente de répondre à cette question en développant trois objectifs principaux. Le premier objectif était de caractériser au niveau génomique une collection d'isolats de C. perfringens provenant de volailles touchées par la NE. À cette fin, vingt isolats ont été caractérisés par séquençage du génome entier (WGS) et les données relatives à leur résistome, virulome, plasmidome, gènes de toxines et typage de séquences multilocus ont été analysés. Les résultats ont montré que les gènes tet (associés à la résistance à la tétracycline) étaient les gènes de résistance les plus fréquemment détectés et, fait intéressant, deux isolats portaient le gène erm (T) associé à la résistance à l'érythromycine, qui n'a été signalé que chez d'autres bactéries Gram-positifs. Douze des isolats ont été toxinotypés comme étant de type A et sept comme étant de type G. D'autres facteurs de virulence codant pour des hyaluronases et des sialidases, ainsi que des plasmides, ont été fréquemment détectés. Les types de séquences ont révélé une grande variabilité des isolats et de nouvelles combinaisons alléliques ont été trouvées. Parmi les isolats, C. perfringens MLG7307 présentait des caractéristiques uniques, même en l'absence du gène conservateur colA, ce qui suggère que cet isolat pourrait appartenir à une nouvelle classification. Dans l'ensemble, les résultats obtenus permettent de mieux comprendre les caractéristiques génomiques de C. perfringens et de mieux appréhender ce pathogène. Le deuxième objectif était de cribler et de caractériser les souches d'entérocoques d'origine avicole ayant une activité antimicrobienne contre C. perfringens. À cette fin, une collection de 251 entérocoques provenant de volailles a été criblée pour son activité antimicrobienne contre la collection de C. perfringens et des BAC+ ont été sélectionnées pour effectuer une analyse WGS en termes de profil de résistance aux antimicrobiens, de virulence, de plasmidome et de typage de séquences multilocus. Selon les résultats obtenus, des entérocoques potentiellement inoffensifs ont été sélectionnés pour tester la survie digestive dans les conditions de la volaille. Parmi tous les entérocoques, E. faecium X2893 et X2906 étaient les candidats les plus prometteurs pour des études ultérieures en tant que cultures protectrices pour l'élevage de volailles. Les deux souches appartiennent au type de séquence ST722, portent les gènes codant pour l'entérocine A et l'entérocine B, n'ont pas de gènes de résistance acquis, ne portent pas de plasmides, portent le gène acm impliqué dans la colonisation de l'hôte et ont montré des taux de survie élevés dans des conditions digestives in vitro chez la volaille. Ils sont donc de bons candidats pour être utilisés comme cultures protectrices dans des études à venir. Le dernier objectif était de produire et de purifier des entérocines ayant une activité contre la collection de C. perfringens et d'autres bactéries pathogènes pour la volaille. Les entérocines A, B, P, SEK4 et L50 ont été obtenues par synthèse peptidique en phase solide assistée par micro-ondes et leur activité antimicrobienne a été évaluée contre la collection de C. perfringens et d'autres bactéries pertinentes. Des combinaisons de ces entérocines, en fonction de leurs mécanismes d'action, ont été évaluées pour obtenir une synergie. Les résultats ont montré que les deux peptides de L50 étaient les plus actifs contre C. perfringens, L50A étant plus actif. Ces peptides ont également montré le spectre le plus large, étant actifs même contre Campylobacter coli ATCC 33559 et Pseudomonas aeruginosa ATCC 27855. Toutes les combinaisons testées ont montré une synergie ou une synergie partielle. Cette étude renforce l'idée d'utiliser les entérocines seules et en combinaisons synergiques pour inhiber la croissance de C. perfringens et d'autres agents pathogènes comme une alternative prometteuse aux antibiotiques dans le secteur de la volaille. En conclusion, l'utilisation d'entérocoques BAC+, et en particulier de leurs entérocines, représente une alternative très intéressante aux antibiotiques dans le secteur de la volaille. D'autres perspectives sur ce sujet pourraient inclure l'optimisation de la production d'entérocines et des études plus détaillées (toxicité, dégradation enzymatique, etc.), afin de s'assurer que leur utilisation est sûre. Les prochaines étapes pourraient également inclure des modèles d'infection in vivo afin d'évaluer leur efficacité dans la prévention de l'infection par C. perfringens. / Antibiotics have been widely used in therapeutic, prophylaxis and growth promotion in poultry farming. Due to the urgency of preventing the spread of multi-drug resistant bacteria, many governments have banned the use of antibiotics for growth promotion and are calling for a general reduction of these agents in food production, requiring alternatives to preserve human and animal health. Clostridium perfringens infections associated with necrotic enteritis (NE) are one of the major threats of the poultry sector. Antibiotic resistance in C. perfringens is emerging, but as this microorganism is not subject to surveillance programmes, more information is needed to fully understand its antibiotic resistance profile. All this underlines the need to deepen in the control of NE associated to C. perfringens in the poultry sector reducing the use of antibiotics. Bacteriocin-producing (BAC+) bacteria, capable of inhibiting the growth of C. perfringens provide a good approach. Enterococci are characterized by the production of bacteriocins (enterocins) and can therefore be used for this purpose. However, these genera often contain virulence factors and antibiotic resistance mechanisms. Hence, due to their duality as commensal and opportunistic pathogen, a deep characterisation of these BAC+ enterococci is required. For this reason, the use of their enterocins instead could be an even better and more realistic approach. This thesis attempts to address this issue through the development of three main objectives. The first objective was to characterise at the genomic level a collection of C. perfringens isolates from poultry affected by NE. To this end, twenty isolates were characterised by whole genome sequencing (WGS) and data on their resistome, virulome, plasmidome, toxin genes and multilocus sequence typing were analysed. The results showed that the tet genes (associated with tetracycline resistance) were the most common resistance genes detected and, interestingly, two isolates carried the erm(T) gene associated with erythromycin resistance, which has only been reported in other Gram-positive bacteria. Twelve of the isolates were toxinotyped as type A and seven as type G. Other virulence factors encoding hyaluronases and sialidases and plasmids, were frequently detected. Identified sequence types revealed a high variability of the isolates and new allelic combinations were found. Among the isolates, C. perfringens MLG7307 showed unique characteristics, even lacking the housekeeping gene colA, suggesting that this isolate could belong to a newspecies/variant. Overall, the results obtained provide insights into the genomic characteristics of C. perfringens and a better understanding of this pathogen. The second objective was to screen and characterise for safety enterococcal strains of poultry origin with antimicrobial activity against C. perfringens. To this end, a collection of 251 enterococci from poultry was screened for antimicrobial activity against the C. perfringens collection and BAC+ strains were selected to perform WGS analysis in terms of the resistome, virulence, plasmidome and multilocus sequence typing. According to the results obtained, potentially harmless selected enterococci were also tested for digestive survival under poultry conditions. Among all enterococci, E. faecium X2893 and X2906 were the most promising candidates for further studies as protective cultures for poultry farming. Both strains belong to sequence type ST722, carry the genes encoding enterocin A and enterocin B, have no acquired resistance genes, do not carry plasmids, contain the acm gene involved in host colonisation and showed high survival rates under in vitro poultry digestive conditions. They are therefore good candidates for use as protective cultures in future studies. The last objective was to produce and purify enterocins with activity against the C. perfringens collection and other relevant bacterial poultry pathogens. Enterocins A, B, P, SEK4 and L50 were obtained by microwave- assisted solid-phase peptide synthesis and their antimicrobial activity was evaluated against the C. perfringens collection and other relevant bacteria. Combinations of these enterocins, according to their mechanisms of action, were evaluated to achieve synergy. The results showed that the two peptides from L50 were the most active against C. perfringens, with L50A being more active. These peptides also showed the broadest spectrum, being active even against Gram-negative Campylobacter coli ATCC 33559 and Pseudomonas aeruginosa ATCC 27855. All combinations tested showed synergy or partial synergy. This study strengthens the idea of using enterocins alone and in synergistic combinations to inhibit the growth of C. perfringens and other pathogens as a promising alternative to antibiotics in the poultry sector. In conclusion, the use of BAC+ enterococci, and especially their enterocins, represents a very attractive alternative to antibiotics in the poultry sector. Further perspectives on this topic could include the optimisation of enterocin production and more detailed studied (toxicity, enzymatic degradation, etc), to ensure that their use is safe. Also, next steps can includen vivo infection models to assess their efficacy in preventing C. perfringens infection in poultry production. / Los antibióticos se han utilizado ampliamente en terapéutica, profilaxis y como promotores del crecimiento en producción aviar. Dada la necesidad urgente de prevenir la propagación de bacterias multirresistentes, muchos gobiernos han prohibido su uso como promotores del crecimiento en producción animal, y urgen en la necesidad de reducir de forma general el uso de antibióticos en este sector, requiriendo alternativas para preservar la salud humana y animal. Las infecciones por Clostridium perfringens asociadas con enteritis necrótica (EN) han aumentado en los últimos años en el sector avicola y suponen un gran problema, que exige una vigilancia estrecha. La resistencia a antibióticos esta aumentando en C. perfringens, pero como este microorganismo no está sujeto a programas de vigilancia, se necesita más información para conocer a fondo su perfil de resistencia. Todo esto resalta la necesidad de investigar en el control de la EN asociada a C. perfringens, aplicando nuevos enfoques para reducir el uso de antibióticos en producción aviar. Las bacterias productoras de bacteriocinas (BAC+), capaces de inhibir el crecimiento de C. perfringens, suponen un buen enfoque. Los enterococos destacan por la producción de bacteriocinas (enterocinas) y, por tanto, pueden utilizarse con este fin. Sin embargo, con frecuencia los enterococos contienen factores de virulencia y mecanismos de resistencia a los antibióticos. De ahí que, debido a su dualidad como comensales y patógenos oportunistas, sea necesario caracterizarlos exhaustivamente. Así pues, el uso de sus enterocinas podría ser un enfoque aún mejor y más realista. Esta tesis intenta abordar esta problemática mediante el desarrollo de tres objetivos principales. El primer objetivo fue caracterizar a nivel genómico una colección de aislados de C. perfringens procedentes de aves de corral afectadas por NE. Para ello, se caracterizaron veinte cepas mediante secuenciación del genoma completo (WGS) y se analizaron datos sobre su resistoma, viruloma, plasmidoma, genes de toxinas y tipificación molecular. Los resultados mostraron que los genes tet (asociados a la resistencia a la tetraciclina) eran los más frecuentes y fue de interés la detección de dos aislados que portaban el gen erm(T), asociado a la resistencia a la eritromicina, que sólo se ha descrito previamente en otras bacterias Gram-positivas. Doce de los aislados fueron toxinotipados como tipo A y siete como tipo G. También se detectaron con frecuencia otros factores de virulencia que codifican hialuronasas y sialidasas, así como plásmidos. El tipado molecular reveló una gran variabilidad de los aislados, hallándose incluso nuevas combinaciones alélicas. Entre los aislados, C. perfringens MLG 7307 mostró características únicas, careciendo del gen « housekeeping » colA, lo que sugiere que podría pertenecer a una nueva especie/variedad. En su conjunto, los resultados obtenidos permiten conocer mejor las características genómicas de C. perfringens y profundizar en el estudio de este patógeno. El segundo objetivo fue caracterizar los enterococos de origen aviar con actividad antimicrobiana frente a C. perfringens para garantizar su seguridad. Para ello, se examinó la actividad antimicrobiana de una colección de 251 enterococos de origen aviar frente a la colección de C. perfringens y se seleccionaron cepas BAC+ para realizar análisis de secuenciación masiva (WGS) y determinar así su resistoma, viruloma, plasmidoma y realizar la tipificación molecular. Posteriormente, se analizó la supervivencia digestiva en condiciones aviares de los enterococos potencialmente inocuos seleccionados. De entre todos los enterococos, E. faecium X2893 y X2906 fueron los candidatos más prometedores para futuros estudios como cultivos protectores. Ambas cepas pertenecen al linaje ST722, son portadoras de los genes codificantes de la enterocina A y la enterocina B, no tienen genes de resistencia a antibióticos adquiridos, no portan plásmidos, poseen el gen acm implicado en la colonización del hospedador y mostraron elevadas tasas de supervivencia in vitro bajo condiciones digestivas aviares. Por lo tanto, son buenos candidatos para se utilizados como cultivos protectores en estudios posteriores. El último objetivo fue producir y purificar enterocinas con actividad antimicrobiana contra la colección de C. perfringens y otros patógenos relevantes. Las enterocinas A, B, P, SEK4 y L50 se obtuvieron mediante síntesis peptídica en fase sólida asistida por microondas y se evaluó su actividad antimicrobiana frente a la colección de C. perfringens y otros patógenos. Se evaluaron diferentes combinaciones de estas enterocinas, seleccionadas según sus mecanismos de acción, para lograr sinergias. Los resultados mostraron que los dos péptidos de la enterocina L50 eran los más activos contra C. perfringens, siendo L50A el más activo. Estos péptidos también mostraron el espectro más amplio, siendo activos incluso frente a las bacterias Gram-negativas Campylobacter coli ATCC 33559 y Pseudomonas aeruginosa ATCC 27855. Todas las combinaciones estudiadas mostraron sinergia o sinergia parcial. Este estudio consolida la idea de emplear enterocinas solas y en combinaciones sinérgicas para inhibir el crecimiento de C. perfringens y otros patógenos como alternativa prometedora a los antibióticos en el sector avícola. En conclusión, el uso de enterococos BAC+, y especialmente de sus enterocinas, representa una alternativa muy atractiva a los antibióticos en el sector avícola. Entre las perspectivas futuras sobre este tema podrían figurar la optimización de la producción de enterocinas y estudios más detallados (toxicidad, degradación enzimática, etc.), para garantizar que su uso sea seguro. Asimismo, los próximos pasos pueden incluir modelos de infección in vivo para evaluar su eficacia en la prevención de la infección por C. perfringens.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/133186 |
| Date | 19 January 2024 |
| Creators | García Vela, Sara |
| Contributors | Fliss, Ismaïl, Torres Manrique, Carmen |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xxvi, 159 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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