Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Plus d'un siècle s'est écoulé depuis le premier signalement de la furonculose, une maladie affectant les salmonidés. Au Québec, la furonculose représente environ 25 à 50 % des maladies diagnostiquées chez les salmonidés chaque année. Les options thérapeutiques contre la furonculose se limitent pour la plupart aux vaccins et aux antibiotiques. L'utilisation de vaccins chez les poissons est lourde, coûteuse et peu disponible au Québec. Les antibiotiques constituent le traitement le plus commun. L'utilisation excessive d'antibiotiques augmente le risque de développement de souches résistantes aux antibiotiques. *Aeromonas salmonicida* subsp. *salmonicida*, l'agent causal de la furonculose, a été identifié comme une source importante de gènes de résistance aux antibiotiques, et on sait maintenant que cette bactérie peut transférer ou acquérir des éléments génétiques mobiles même à partir d'autres espèces bactériennes dans les milieux aquatiques. Il est donc impératif d'introduire des traitements alternatifs plus durables. La phagothérapie a retenu l'attention en raison de ses nombreux avantages par rapport aux options thérapeutiques potentielles. L'utilisation de phages individuels, sous forme de cocktail ou même comme adjuvant aux antibiotiques, peut constituer une option thérapeutique prometteuse contre l'infection par la furonculose. Les objectifs de la présente thèse de doctorat étaient: (1) l'étude de la dynamique des cocktails de phages et des interactions bactériennes en milieu liquide; (2) l'isolement de nouveaux phages pour augmenter l'efficacité du futur cocktail qui sera utilisé dans les fermes piscicoles du Québec; (3) le développement d'une métrique fiable pour une interprétation plus facile des courbes de croissance bactérienne traitées avec des phages afin de faciliter la comparaison de plusieurs courbes prenant en compte des profils de croissance de tout type. Avant de réaliser des tests *in vivo*, il était crucial de rationaliser le processus de sélection des phages grâce à des mesures de densité optique de la croissance bactérienne influencée par les phages. Ce travail d'optimisation a confirmé qu'un cocktail de quatre phages à multiplicité d'infection (MOI) de 1 présente la plus grande efficacité lytique contre une bactérie modèle. Cependant, l'utilisation du même cocktail à une MOI identique contre des souches porteuses du Prophage 3 a conduit à un phénomène de résistance qui n'a été observé qu'en milieu liquide. Le phénomène de résistance a été confirmé en testant le même cocktail sur des souches sensibles lysogénéisées par le Prophage 3. Afin de contourner la résistance aux phages observée, et d'augmenter le potentiel lytique du futur cocktail contre la furonculose, une solution consistait à isoler de nouveaux phages en utilisant des souches résistantes comme hôte bactérien. Par conséquent, MQM1, un podophage virulent, a été isolé du mucus de poissons probablement morts à cause de la furonculose. Il a été confirmé que ce phage est dépourvu d'enzymes associées au cycle lysogène et de facteurs de virulence, ce qui indique qu'il pourrait être utilisé en phagothérapie. De plus, en plus de présenter un fort phénotype bactéricide perceptible au moins 24 heures après l'infection chez 87 % des souches porteuses de Prophage 3 trouvées dans la collection *A. salmonicida* subsp. *salmonicida*, MQM1 présentait un taux d'adsorption élevé sur l'hôte bactérien. Dans le cadre de cette thèse, une nouvelle métrique permettant de mesurer quantitativement et de manière fiable l'efficacité lytique des phages contre des hôtes bactériens a été décrite. Cette métrique vise à rationaliser les comparaisons entre les courbes de densité optique non canoniques des bactéries affectées par les phages. Dans le dernier chapitre de cette thèse, les résultats préliminaires des tests *in vivo* menés au LARSEM sont présentés. L'objectif principal de ce premier test *in vivo* était d'évaluer l'impact de la présence de phages sur la santé des poissons et d'évaluer la persistance des phages dans l'eau des poissons en l'absence d'hôte bactérien. Le phage Riv-10 a montré une plus grande persistance dans l'aquarium après 22 jours, mais en général, le titre des phages a considérablement diminué en raison de l'absence d'hôte bactérien. De plus, aucune mortalité ou retard de croissance n'ont été observés chez les poissons suite à l'ajout de phages. Au final, cette thèse de doctorat a montré que pour disposer d'une phagothérapie efficace en aquaculture, il est important d'enrichir constamment le cocktail de phages prêt à l'emploi, par une enquête perpétuelle de l'interaction phage-bactérie, et d'adapter les procédures nécessaires en conséquence. / Over a century has passed since the initial report of the disease "furunculosis" affecting brown trout. Yet, it remains a significant challenge in ensuring the sustainability of the aquaculture industry. In Quebec, furunculosis accounts for approximately 25% to 50% of diagnosed diseases in salmonids. The treatment options for furunculosis are mostly limited to vaccines and antibiotics. The use of vaccines in fish is cumbersome, expensive, and not quite being used in Quebec, and the antibiotics are the prominent treatment currently available. The excessive antibiotics utilization increases the risk of development of antibiotic resistant strains. *Aeromonas salmonicida* subsp. *salmonicida*, the causal agent of furunculosis, has been identified as a significant source of antibiotic-resistant genes, and it is now known that it could transfer/acquire mobile genetic elements both between species and within the same species in aquatic environments. Therefore, it is imperative to introduce alternative treatments that are more sustainable. Phage therapy has garnered attention due to its numerous advantages over potential treatment options. Thus, using phages individually, in a form of cocktail, or even as adjuvant to antibiotics may provide a promising treatment opportunity against furunculosis infection. The objectives of the present doctoral thesis were as follows: (1) to investigate the dynamics of phage cocktails and bacteria interaction in liquid assay; (2) to isolate new phages to increase the efficiency of the future « prêt-à-porter » phage cocktail which will be used in Quebec fish farms; (3) to develop a trustable quantitative metric for easier interpretation of phage-treated bacterial growth curves to facilitate the comparison of multiple curves taking into account growth profiles of all types. To adhere to the 3R rule (Replacement, Reduction, & Refinement) before conducting *in vivo* tests involving various combinations of phages, it was crucial to streamline the selection process through optical density measurements of bacterial growth when mixed with phages Additionally, the optical density measurements could help to better understand the dynamics of phage-bacteria interactions. A four-phage cocktail at multiplicity of infection (MOI) of 1 was confirmed to provide the highest lytic efficiency against a model bacterium. However, using the same cocktail at the same MOI against strains bearing Prophage 3 led to a resistance phenomenon which was only observed in liquid media. The resistance phenomenon was confirmed by testing the same cocktail on sensitive strains which were lysogenized by Prophage 3. In order to bypass the observed phage resistance, and to increase the lytic potential of the future phage cocktail against furunculosis, one solution was to isolate new phages by using resistant strains as the bacterial host. Consequently, MQM1, a virulent podophage, was isolated from the mucus of deceased fish suspected of having furunculosis. This phage was confirmed to lack enzymes associated with the lysogenic cycle and virulence, indicating that it may be useful in phage therapy. Additionally, apart from displaying a strong bactericidal phenotype that was noticeable at least 24 hours after infection in 87% of the Prophage 3-bearing strains found in the *Aeromonas* collection, MQM1 exhibited a high adsorption rate on the bacterial host. As part of this thesis, the development of a novel metric for quantitatively and reliably measuring the lytic efficiency of phages against bacterial hosts was introduced. This metric aims to streamline comparisons among non-canonical optical density curves of bacteria challenged with phages. In the final chapter of this thesis, the preliminary results of *in vivo* tests conducted at the LARSEM facility are presented. The primary objective of this initial *in vivo* test was to assess the impact of phages on fish health and to evaluate the persistence of phages in fish water in the absence of a bacterial host. Phage Riv-10 displayed greater persistence in the fish tank after 22 days, but in general, phage titers dramatically decreased due to the absence of a bacterial host. Also, no mortality was seen in fish as a result of phage addition. At the end, this doctoral thesis showed that to have an efficient phage therapy strategy in aquaculture, it is important to constantly enrich the ready-to-use phage cocktail, by perpetual investigation of phage-bacteria interactions, and adapt the necessary procedures accordingly.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/140463 |
| Date | 04 April 2024 |
| Creators | Hosseini, Nava |
| Contributors | Charette, Steve, Moineau, Sylvain |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xx, 179 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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