Literatura académica sobre el tema "Cellules bactériennes"

Les associations symbiotiques sont très répandues dans la nature et jouent un rôle important dans l'évolution animale. Elles ont joué un rôle majeur dans l’émergence des formes de vie et dans la diversification des organismes. Les symbioses se retrouvent dans toutes les branches du vivant impliquant des virus, des bactéries ou des cellules eucaryotes (Moran et al. 2006). Les symbioses sont aujourd’hui connues chez de nombreux organismes. Elles sont très bien décrites chez les arthropodes, principalement les symbioses bactériennes, notamment chez les insectes, puisque 15% des espèces d'insectes vivraient en association avec des symbiotes bactériens intracellulaires.

Des études récentes ont montré que, lors du rejet d'eaux usées dans une rivière, la quantité de biomasse bactérienne hétérotrophe amenée par les effluents influence considérablement la cinétique de biodégradation de la matière organique dans la rivière et donc les caractéristiques du déficit d'oxygène généralement observé dans le milieu naturel en aval du rejet. La mesure de la biomasse bactérienne contenue dans un rejet domestique est donc nécessaire afin de bien comprendre la cinétique de biodégradation. Cette biomasse peut être estimée en microscopie à épifluorescence après coloration des cellules bactériennes par un fluorochrome. Cette technique appliquée aux eaux usées est néanmoins difficile et fastidieuse. Dans cette étude, une méthode alternative à l'estimation de la biomasse bactérienne dans les eaux usées a été testée ; elle consiste à mesurer l'activité exoprotéolytique potentielle (AEP) des bactéries. Nous avons montré qu'il existait, dans les eaux usées, une corrélation significative entre l'AEP et la biomasse bactérienne estimée en microscopie à épifluorescence ce qui permet d'utiliser l'AEP pour estimer facilement et rapidement la biomasse bactérienne dans ce type d'échantillon. Comme exemple d'application, des mesures d'AEP nous ont permis d'étudier l'impact de divers types de traitement dans plusieurs stations d'épuration sur la biomasse bactérienne hétérotrophe des effluents urbains. Sur base de ces mesures, les charges spécifiques en biomasse bactérienne (charge par habitant et par jour) des eaux brutes et traitées ont pu être calculées.

Le dossier thématique suivant a été rédigé par les étudiantes et étudiants de Master 1 de Biologie de l’École Normale Supérieure de Lyon à l’issue de l’UE Microbiologie Moléculaire et Structurale (2019-2020). Le Master de Biologie de l’ENS de Lyon, cohabilité par l’université Claude Bernard Lyon 1, accueille chaque année environ 50 étudiants en M1 et en M2 et propose une formation de haut niveau à la recherche en biosciences. Chaque étudiant y construit son parcours à la carte, en choisissant ses options parmi un large panel de modules, favorisant ainsi une approche pluridisciplinaire des sciences du vivant, et ce en relation étroite avec les laboratoires de recherche du tissu local, national et international. En participant à diverses activités scientifiques connexes aux UE de leur formation, les étudiants préparent également l’obtention du Diplôme de l’ENS de Lyon, qui valide leur scolarité à l’ENS. La rédaction du présent dossier, qui vise à transmettre de façon claire les messages issus d’une sélection d’articles scientifiques publiés récemment dans le domaine de la microbiologie, constitue l’une de ces activités connexes proposées aux étudiants. Les bactéries peuvent vivre en communautés dont la structure est régulée par de nombreuses interactions abiotiques et biotiques. Les interactions biotiques reposent sur des communications inter-bactériennes qui participent à la mise en place de relations de collaboration, de compétition ou de prédation. Ces communautés bactériennes peuvent en outre être en interaction avec des hôtes animaux, dans le cas des bactéries du microbiote ou des bactéries pathogènes par exemple, ou avec des virus parasites, les bactériophages. Le présent dossier illustre quelques aspects nouveaux de cette communication bactérienne, et de la façon dont les interactions bactéries/hôte ou bactéries/phages peuvent impacter cette communication. Deux nouvelles s’attardent sur des découvertes récentes autour du quorum sensing, une modalité de communication bactérienne permettant l’expression coordonnée des gènes à l’échelle de la population, en fonction de la densité de la population. La nouvelle intitulée « Le monoxyde d’azote : une arme du système immunitaire pour brouiller les communications entre bactéries » illustre comment le quorum sensing chez Staphylococcus aureus, une bactérie opportuniste, peut être affecté par un médiateur du système immunitaire de la souris. La nouvelle intitulée « Un bactériophage exploite le système de communication de son hôte bactérien pour entrer en cycle lytique » montre une stratégie étonnante par laquelle le phage VP882 décrypte des signaux issus du quorum sensing de la bactérie qu’il infecte pour réguler son propre cycle de réplication. Au-delà du quorum sensing, deux nouvelles décrivent de nouvelles modalités de communication inter-bactérienne. La nouvelle intitulée « Les nanotubes bactériens, acteurs de la compétition entre Bacillus subtilis et Bacillus megaterium » met en lumière le rôle des nanotubes, des structures de communication intercellulaire insoupçonnées jusque récemment chez les bactéries. La nouvelle intitulée « La bactérie Vibrio cholerae lyse les bactéries environnantes et assimile leur ADN qu’elle intègre dans son propre génome » illustre comment un système de sécrétion, qui permet l’injection d’effecteurs bactériens dans des cellules cibles, peut être exploité pour faciliter les transferts horizontaux de gènes chez les bactéries. Enfin, pour élargir la réflexion au monde des virus eucaryotes, deux nouvelles montrent comment l’infection virale peut interférer avec la communication entre cellules eucaryotes, sur l’exemple de la communication s’effectuant par l’intermédiaire de vésicules extracellulaires. La nouvelle intitulée « La sécrétion de vésicules extracellulaires par les plaquettes activées à l’origine de la létalité de la dengue ? » discute des mécanismes par lesquels le virus de la dengue déclenche la sécrétion de vésicules extracellulaires par les plaquettes, et des conséquences que cela peut avoir sur l’inflammation et le déclenchement de chocs hémorragiques. La nouvelle intitulée « Le coccolithovirus et Emiliania huxleyi : le détournement viral des vésicules extracellulaires » montre enfin comment ce virus d’algue unicellulaire exploite la communication intercellulaire de son hôte pour augmenter son pouvoir de diffusion au sein de la population, et des conséquences écologiques et géochimiques que cela peut entraîner à grande échelle.

L'abondance des communautés bactériennes et phytoplanctoniques et l'activité bactérivore des phytoflagellés ont été mesurées à différentes profondeurs de mars à décembre 1998, dans une retenue de barrage (Allal El Fassi, Maroc). L'abondance des communautés bactériennes, essentiellement constituées de cellules libres de forme sphérique, a fluctué de 1,0 à 9,8·106 cellules·mL-1. À toutes les profondeurs, les plus fortes valeurs ont été mesurées au printemps, avec la mise en place de la stratification thermique et le développement de la diatomée centrique Cyclotella oceallata. Le nombre de bactéries baisse de manière notable en été et augmente légèrement au cours de l'automne, alors que deux Chrysophycées (Dinobryon sertularia et D. cylindricum) dominaient la communauté algale, accompagnées de deux Dinophycées (Peridinium cinctum et Ceratium hirundinella) et d'une Cryptophycée (Cryptomonas ovata). À l'aide d'expériences de broutage utilisant un traceur bactérien, nous avons pu mesurer une activité bactérivore chez les cinq espèces d'algues citées. L'impact de la prédation de l'ensemble de cette communauté de phytoflagellés mixotrophes a varié de 1,2 à 357·104·bactéries·L-1 ·h-1, 81 % de cet impact étant lié à l'activité des deux Chrysophycées, contre seulement 12 % pour les deux Dinophycées et 7 % pour la Cryptophycée. L'ensemble des résultats acquis au cours de cette étude laissent donc supposer que le rôle des phytoflagellés mixotrophes est essentiel dans le fonctionnement du réseau trophique microbien du réservoir Allal El Fassi, notamment dans la régulation des peuplements bactériens se développant en automne.

La contamination bactérienne de la phase eau d'un réseau de distribution résulte d'une multiplication des bactéries sur les parois des canalisations d'eau (biofilms) suivie de leur arrachage et de leur transport dans le flux circulant. Ce travail met en évidence l'effet du chlore, d'une part, sur la formation des biofilms et, d'autre part, sur des biofilms déjà constitués. Des éprouvettes de matériaux neufs introduites dans des eaux présentant des concentrations en chlore total variant de 2,4 à 0,02 mg/l et véhiculant entre 0,5 x 106 et 5 x 105 cellules bactériennes/mi (dont 1 à 10 % de bactéries cultivables) sont rapidement colonisées (106 à 108 cellules/cm2). L'effet du chlore est sensible sur les cellules totales pour des concentrations de l'ordre de 1 à 2,4 mg/l. Sur les bactéries cultivables, un ralentissement de la croissance du biofilm est observé dès 0,3 mg/1 de chlore total. Par contre, des résiduels de 0,02 ou 0,05 mg/l sont sans effet sur la cinétique de formation des biofilms. Des résiduels moyens de chlore total compris entre 2,3 et 3,4 mg/l appliqués en continu pendant 14 jours sur un biofilm constitué d'environ 8,7 x 106 cellules par cm2 (1,7 % de bactéries cultivables), entraînent l'élimination d'environ 90 % des bactéries fixées (abattement d'1 logarithme) durant les premiers jours d'exposition. L'altération du biofilm exposé à un résiduel de chlore total de l'ordre de 1,3 mg/l est identique, mais toutefois plus étalée dans le temps. Ces essais réalisés sur des éprouvettes de PVC, PE et mortier de ciment n'ont pas permis la mise en évidence de comportements différents de ces 3 supports..

Le service de l’eau de la ville de Lausanne a mené des essais de cytométrie en flux afin d’apprécier l’élimination de la bactériologie sur les différentes méthodes de traitement mises en oeuvre sur les sites de production et comparer les résultats obtenus avec un appareil de mesure en ligne et en continu avec ceux obtenus en laboratoire après échantillonnage ponctuel. La filtration sur sable ne permet pas une élimination physique des cellules. L’élimination des cellules vivantes n’est observée qu’après désinfection finale au chlore en amont du refoulement dans le réseau de distribution. Un facteur 100 d’élimination des cellules intactes est garanti par cette étape de désinfection. Les essais ont mis en évidence l’efficacité de l’ultrafiltration, considérée comme méthode de désinfection. Cette technique de filtration va permettre de retenir les cellules bactériennes telle une barrière physique. Des facteurs d’élimination de 1 000 et 10 000 ont été observés respectivement sur le nombre de cellules totales et intactes. Les tests effectués ont démontré que les résultats issus de l’appareil de mesure de la cytométrie en flux en ligne de type BactoSense étaient en adéquation et cohérents avec ceux obtenus en laboratoire après échantillonnage ponctuel. Les valeurs sont similaires, notamment dans le cas où le nombre de cellules quantifiées est supérieur à quelques milliers de cellules.

L’intestin constitue un écosystème extrêmement complexe etune communauté microbienne dynamique où coexistent bactéries,archées, virus et eucaryotes (Weinstock 2012). Ce microbiote esten contact permanent avec les nutriments et les cellules de l’hôte,responsable d’interactions fortes. Les relations micro-organismeshôte ont cependant longtemps été regardées essentiellement sousl’angle de la pathogénicité, mais aujourd’hui le microbiote commensal est reconnu pour ses interactions bénéfiques l’organismehumain en faisant un véritable partenaire de l’hôte. Ce partenariatdébute à la naissance, la colonisation bactérienne commençantdès la rupture des membranes fœtales. Les bactéries, dont lenombre tout d’abord considéré comme 10 fois supérieur auxcellules eucaryotes, ont été récemment réévaluées à 3,8 1013, soitdans un rapport similaire à celui des eucaryotes de l’organismehumain (Sender et al. 2016). La majorité du microbiote résidedans l’intestin, essentiellement le côlon, où il est caractérisé parson haut niveau et sa large diversité. Le nombre d’espèces bactériennes a été évalué par les techniques de culture classique à 400 à500 espèces par individu. Par des techniques indépendantes de laculture ce nombre est évalué à plus de 1000 espèces par individu(Tap et al. 2009), soit environ 25 fois le génome humain (Qinet al. 2010). Le microbiote intestinal peut ainsi être considérécomme un véritable organe, ouvert, métaboliquement adaptableet rapidement renouvelable.

La technique de comptage par microscopie en épitluorescence est la méthode la plus performante pour dénombrer la totalité des bactéries présentes dans les milieux aquatiques. Cependant cette technique est longue, fastidieuse et subjective. Afin d'automatiser et de rendre objectif le dénombrement, le microscope à épifluorescence est couplé à un analyseur d'images. Si les systèmes d'analyse d'images sont utilisés pour les mesures de taille des bactéries aquatiques, très peu d'études font état de comparaison entre les dénombrements par analyse d'image et ceux réalisés de façon traditionnelle. Cet article présente les résultats des dénombrements de souches bactériennes de référence et de bactéries des milieux aquatiques, par la technique de microscopie en épifluorescence des cellules bactériennes marquées au DAPI, réalisés simultanément par observation microscopique visuelle (visuel) et par analyse d'images automatisée (automatique). Le système d'analyse d'images est composé d'une caméra vidéo (Lhesa LH40036) de sensibilité de 510-4 lux, d'une carte de numérisation (512 x 512 pixels, 8 bits, cyclope v 2.32, Digital vision) d'un micro-ordinateur 80-386 et d'un logiciel de dénombrement (Mudicam®. EAU). Le système est couplé à un microscope en épilluorescence Olympus BH2.Les dénombrements ont été réalisés d'une part sur des suspensions de souches bactériennes de référence (n = 30) à différents états physiologiques et sur des échantillons d'eaux (n = 50) d'origines diverses (fleuve, eaux saumâtre, marine et résiduaire). La comparaison des deux méthodes est réalisée par un modèle de régression linéaire et une analyse de variance. Les tests statistiques associés permettent de conclure à une bonne concordance entre les deux méthodes. A partir de l'ensemble des dénombrements réalisés, 18 d'entre eux pris au hasard ont été dénombrés de façon manuelle par deux opérateurs et par le système d'analyse d'image. Il apparaît que les différences de comptage les plus élevées correspondent aux dénombrements effectués par chacun des deux opérateurs. Ceci met en évidence que non seulement le système d'analyse d'image permet une quantification rapide des abondances bactériennes, mais en outre il supprime la subjectivité de l'opérateur tout en réalisant des dénombrements aussi précis.

Au niveau de la muqueuse respiratoire, la réponse immunitaire repose sur un réseau de surveillance établi par les cellules dendritiques (DC), localisées au sein de l'épithélium. Les DC sont des cellules présentatrices d'antigènes professionnelles, jouant un rôle central dans le développement et l'orientation de la réponse immune. L'exposition à un agent microbien ou à un allergène entraîne un afflux de DC dans l'épithélium. Afin de déclencher une sensibilisation vis-à-vis de l'antigène au niveau des voies aériennes, l'exposition à un agent activateur simultanément à un antigène est nécessaire impliquant vraisemblablement l'activation des cellules épithéliales bronchiques (CEB). Pour tester cette hypothèse, leur rôle dans la régulation de l'homéostasie et des fonctions des DC a été évalué en réponse à un agent vaccinal d'origine bactérienne : le kpOmpA, et à un pneumallergène : Der p1. Le kpOmpA, protéine membranaire de Klebsiella pneumoniae, active les macrophages et les DC, et possède des propriétés immunomodulatrices. Nos résultats montrent que l'instillation de kpOmpA déclenche une réponse immune innée, via l'épithélium, en recrutant des neutrophiles. Les CEB activées par kpOmpA sont aussi capables de recruter des précurseurs de DC myéloïdes et de favoriser leur processus de différenciation/maturation. Cette étude démontre la participation active des CEB au développement de la réaction immunitaire, et leur rôle dans la transition entre l'immunité innée et l'immunité acquise. Comme Der p1, allergène à activité protéasique de Dermatophagoïdes pteronyssinus, est capable d'induire une sensibilisation par voie aérienne chez les sujets atopiques, nous avons évalué les interactions DC/CEB, en comparant les CEB issues de sujets sains (NA) et de patients allergiques asthmatiques (AA). Les résultats obtenus indiquent que dans les deux groupes, les CEB produisent les chimiokines CCL2, CCL5 et CXCL10 en réponse à Der p1, alors que les AA sécrètent du CCL20 en plus. Chez les AA, ceci a pour conséquences d'induire la migration des cellules de Langerhans en plus de la migration des DC dérivées des monocytes, présentes également chez les NA. Cette action de Der p1 dépend de son activité protéasique sur les CEB et pourrait intervenir dans le processus de sensibilisation responsable de la pathologie asthmatique, par le biais du recrutement sélectif d'une sous-population de DC. Ce travail de thèse a permis de montrer que les CEB participent à l'homéostasie du pool de DC pulmonaires et à leur processus de différenciation/maturation, ce qui pourrait influencer le développement et la polarisation des réponses immunes. Ainsi, l'épithélium bronchique représente une cible potentielle dans les processus de vaccination visant la muqueuse respiratoire
Mucosal immune response depends on the surveillance network established by dendritic cells (DC), located within airway epithelium. DC are professionnal antigen presenting cells, which play a key role in the development and the polarization of immune responses. Exposure to microbial products or allergens increases the number of DC within bronchial epithelium. Moreover, airway sensitization to allergens depends on the presence of pathogen-associated molecular patterns, involving probably bronchial epithelial cell (BEC) activation. To test this hypothesis, we analyzed the crosstalk between BEC and DC in response to a potent vaccinal agent: KpOmpA and to an aeroallergen: Der p1. KpOmpA, an outer membrane protein from Klebsiella pneumoniae, activates macrophages and DC, and has immunomodulatory properties. Our results show that KpOmpA-activated BEC take part to innate immune response through the recruitment of neutrophils. Moreover, BEC trigger the migration of myeloid DC precursors and favor their differentiation/maturation. This study demonstrates the role of BEC in the development of innate and adaptive immune responses after PAMP exposure. Since Der p1, a cystein protease allergen from Dermatophagoïdes pteronyssinus, is able to induce airway sensitization of atopic patients, we evaluated interactions between BEC from non atopic (NA) and allergic asthmatic (AA) donors and DC. Der p1 triggers CCL2, CCL5 and CXCL10 production in both groups, whereas CCL20 is only induced with AA BEC. Langerhans cell precursors are recruited by AA BEC, in addition to monocyte-derived DC precursors which are recruited in both groups. This mechanism of airway sensitization to Der p1 probably implicate the selective recruitment of a DC sub-population. These data show that BEC participate to the development of the immune response through their capacity to regulate the homeostasis of airway DC, and their differentiation/maturation. Thus, bronchial epithelium targeting and activation could be important in vaccination process via airway mucosa

N. Meningitidis est une bactérie commensale du nasopharynx de l'homme, responsable de septicémies et de méningites. L'interaction de N. Meningitidis avec les cellules endothéliales vasculaires constitue une étape majeure dans la pathogénèse des infections à méningocoque. Les pili de type IV, appendices filamenteux présents à la surface bactérienne, sont les adhésines majeures permettant l'adhérence initiale des souches virulentes capsulées de méningocoque aux cellules humaines. Cependant, le récepteur impliqué dans cette interaction restait encore non identifié ainsi que le(s) adhésine(s) bactérienne(s) impliquée(s). Des résultats obtenus au laboratoire ont permis d'identifier la protéine de surface CD 147 comme récepteur cellulaire potentiel pour les pili de type IV de 7V. Meningitidis. Mes travaux de thèse ont permis de montrer que l'expression de CD 147 est requise pour l'adhérence initiale de N. Meningitidis aux cellules endothéliales humaines cérébrales et périphériques via ses pili de type IV. Les pili peuvent interagir de façon directe avec le domaine immunoglobuline proximal de CD 147. Au sein des pili, la piline majeure PilE et la piline mineure PilV, sont requises pour cette interaction. Enfin, la mise au point d'un modèle d'infection de coupes fraîches de cerveaux humains a permis de confirmer le rôle de CD 147 et de ces pilines dans l'adhérence du méningocoque aux cellules endothéliales cérébrales. L'ensemble des résultats obtenus permettent de mieux comprendre les acteurs impliqués lors de l'étape d'adhérence initiale du méningocoque, étape initiatrice du processus infectieux encore considéré comme un grave problème de santé publique au niveau mondial
N. Meningitidis, also referred to as meningococcus, is a commensal bacterium of the human nasopharynx, responsible for septicemia and meningitis. The interaction between N. Meningitidis and endothelial cells has a major role in meningococcal pathogenesis. The type IV pili, filamentous appendices distributed on the bacterial surface, are the major adhesins allowing the initial adhesion of the virulent capsulated strains of meningocci to human cells. However, the cell receptor involved in such interaction, as well as the specific adhesin component/s, were still elusive. Previous experiments in our laboratory identified CD 147 as the potential cell receptor for N. Meningitidis type IV pili. My thesis project shows that CD 147 expression is required for the initial type IV pili-mediated adhesion of N. Meningitidis on brain and peripheral endothelial cells. Meningococcal pili can directly interact with the proximal immunoglobulin domain of CD 147 and this interaction engages specifically the major pilin pilE and the minor pilin pilV within the pilus structure. Finally, the role of CD 147 and these meningococcal pilins was confirmed during infection ex vivo of human brain slices, which were validated as infection model for N. Meningitidis. Altogether, the results obtained shed light on the initial process of meningococcal adhesion on human cells, first step of an infectious disease that still represents a severe public health issue Worldwide

Pseudomonas solanacearum, germe tellurique agent du flétrissement bactérien, cause de graves dégâts en zone tropicale sur un grand nombre d'espèces, dont notamment les solanées maraîchères. Afin d'améliorer les connaissances sur l'interaction p. Solanacearum-tomate et d'optimiser la lutte par la culture de variétés résistantes, l'étude des mécanismes de résistance de la tomate au flétrissement bactérien a été entreprise par la comparaison de la colonisation par p. Solanacearum de plantes de variétés résistantes et sensibles. La présence d'infections latentes est apparue comme une caractéristique générale de l'interaction p. Solanacearumi-plante hôte chez des cultivars de tomate possédant différents niveaux de résistance au flétrissement bactérien, mais également chez d'autres hôtes de la bactérie comme le poivron et l'aubergine. Chez la tomate, la résistance est liée à la limitation de la progression de p. Solanacearum dans les tissus conducteurs de la tige. Une résistance monogènique dominante a été démontrée chez Hawai 7996 et le gène de résistance gouverne la limitation de la progression de l'agent pathogène. Les facteurs responsables de cette limitation ont été recherchés. Des différences anatomiques entre cultivars résistants et sensibles ou une inhibition de la multiplication bactérienne par un facteur de la plante ne sont pas impliquées, des études histologiques ont permis de montrer que la limitation de la progression bactérienne dépend d'une réaction non spécifique induite qui est la production de Thylles qui s'effectue de façon plus rapide et plus ciblée chez la variété résistante. Par ailleurs, cette étude a permis de montrer l'intérêt majeur de la prise en compte des caractéristiques de colonisation de la tomate par p. Solanacearum pour juger de la résistance des plantes. Ce critère, complémentaire au critère de flétrissement doit permettre une optimisation de la sélection variétale

Après déshydration, les boues biologiques présentent en moyenne une siccité de 30%, ce qui pose d'importants problèmes environnementaux. Afin de comprendre les mécanismes physico-chimiques de rétention d'eau dans ces boues, nous les avons modélisées par une souche bactérienne pure présentant la particularité de produire ou non des surstructures, suivant sa température de culture. Les suspensions bactériennes ainsi obtenues ont été floculées par du polyéthylèneimine de différentes masses moléculaires. Des mesures de densité optique, mobilité électrophorétique, conductivité, pH, absorbance, granulométrie, ainsi que des observations en MET et AFM ont été effectuées. Cela nous a permis de caractériser la structure des agrégats ainsi obtenus et d'évaluer les influences relatives de la masse moléculaire du polymère ainsi que de sa concentration et de la présence/absence de surstructures sur l'agrégation de cellules bactériennes. Des mesures d'élasticité, de constante de raideur et de pression de turgescence ont été effectuées par spectroscopie de force, ce qui nous a permis de caractériser les propriétés nanomécaniques des agrégats. Dans un second temps, les suspensions floculées ont été déshydratées par centrifugation, procédé mis en oeuvre dans certaines station d'épuration. Des mesures d'élasticité et de viscosité (gradient de cisaillement infini) ont été effectuées par rhéologie. La corrélation de celles-ci avec des mesures de siccité nous a permis de conclure à un impact important des surstructures, de la masse moléculaire et de la concentration en polymère sur la déshydratation des boues biologiques
After dewatering, a biological sludge still contains an average water content of 70%, thus causing huge environmental problems. To achieve a better understanding of the mechanisms underlying physicochemical interactions inducing water retention in the sludge, the bacterial sludge was modeled by a pure strain producing or not surface appendages, depending on the growth temperature. These bacterial suspensions were flocculated by polyethyleneimine of various molecular weights. Measurements of optical density, electrophoretic mobility, conductivity, pH, absorbance, particle size, as well as AFM and TEM observations were performed. This allowed to characterize aggregates structures and to estimate the influence of molecular weight and concentration of polymer and presence/absence of surface appendages. Measurements of elasticity, spring constant and turgor pressure were carried out by force spectroscopy allowing to characterize nanomechanical properties of aggregates. In a second step, a dewatering of these flocculated suspensions was performed by centrifugation, process used in some wastewater treatment plants. Measurements of elasticity and viscosity were carried out by rheology. Correlations with dryness measurements allowed to conclude that the presence/absence of surface appendages, and also the molecular weight and concentration of the polymer have a significant impact on biological sludge dewatering

L'asthme allergique est caractérisé par une réponse prédominante de typeTh2, mais d'autres profils tels que Th17 et Th22 sont aussi observés dans l'asthme plus sévère. La pollution atmosphérique et notamment les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) contenus dans les particules d'échappement diesel (DEP) contribuent à l'augmentation de la prévalence de l'asthme et jouent un rôle adjuvant dans le développement et l'exacerbation de l'inflammation allergique en orientant la réponse immune vers un profil Th2Dans la première partie de la thèse, nous avons évalué les effets des HAP sur la polarisation Th17/Th22 de PBMC de sujets allergiques asthmatiques et sujets non-allergiques. Les PBMC de patients asthmatiques présentent une augmentation des profils Th17/Th22 par rapport aux sujets non-allergiques. La stimulation par DEP-HAP et le benzo [a] pyrène (B[a]P) induit une augmentation de l’IL-22 mais de façon étonnante diminue la production d'IL-17A dans les deux groupes. Les facteurs de transcription associés aux cellules Th17: RORA et RORC, sont diminués, alors que le gène cible d’AhR, CYP1A1, est augmenté dans les deux groupes. Notch est diminué uniquement chez les patients asthmatiques. La production d'IL-22 induite par les HAP provient principalement de cellules Th22. L'antagoniste d’AhR reverse presque complètement les effets des DEP, mais seulement partiellement les effets de B[a]P, sur la regulation réciproque entre IL-22/IL-17. Les kinases PI3K, JNK et ERK participent à l’augmentation de l’IL-22 induite par le B[a]P, alors que la p38 MAP kinase a un effet inhibiteur. La deuxième partie de la thèse a évalué l'effet combiné des PRRs et des allergènes sur l’activation et leur capacité à induire une polarisation Th17/Th22 chez des sujets sains et des sujets allergiques asthmatiques. Les DCs stimulées par les allergènes de chien induisent une faible production d'IL-22 par les cellules T. L’activation supplémentaire par les ligands de TLR3, TLR9 et NOD2 conduit à une augmentation de la production augmentée de chimiokines pro-Th2 uniquement par les DCs de patients asthmatiques allergiques aux chiens. 7 A l’inverse, un rôle adjuvant est observé sur la maturation et la production de cytokines pro-Th17/Th22 par les DCs de sujets asthmatiques et de sujets non-allergiques. Parmi les cellules T co-cultivées avec des DC stimulées par l'allergène de chien et les ligands de PRR, nous observons un mélange de cellules de type Th2/Th17 et Th22 chez les patients asthmatiques et un profil Th1/Th22 chez les sujets non-allergiques. L’IL-22 est principalement produite par les Th22 dans les deux groupes avec plus de cellules Th22 observés chez les sujets asthmatiques. L’IL-17 et l’IL-22 sont régulées différemment entre les sujets asthmatiques et les sujets sains, le TGF-β ayant un rôle pro-Th17 tandis que l'IL-23 a un rôle pro-Th22. In vivo, un modèle d'asthme chronique induite par l’allergène de chien a été développé et conduit à une augmentation de la résistance des voies aériennes, une production de chimiokines Th2 et de cytokines Th2/Th17/Th22 ainsi qu’au recrutement de neutrophiles mais peu d’éosinophiles dans le poumon. L'expression du gène de l'IL-22 intervient de façon précoce alors que la protéine apparait plus tard. Le ligand de NOD2 induit une augmentation de la résistance des voies aériennes, ainsi que de la production de protéines et l'expression des gènes induits par l'allergène de chien, mais réduit le recrutement des éosinophiles dans les poumons. Ces résultats montrent que chez l'homme, les productions d’IL-22 et d'IL-17 sont régulées différemment entre les sujets asthmatiques allergiques et les sujets sains. Au total, la pollution et certaines infections bactériennes ou virales pourraient participer chez les patients asthmatiques à sévérité de la maladie et la progression du remodelage des voies aériennes. La modèle in vivo développée permettra de mieux disséquer les mécanismes qui participent à la sévérité de l'asthme
Allergic asthma is characterized by a predominant Th2 response, but additional profiles such as Th17 and Th22 are observed in more severe asthma. Components of the air pollution such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) contained in diesel exhausts particles (DEP) contributes to increased prevalence of asthma and play an adjuvant role in the development and exacerbation of allergic inflammation through the skewing of the immune response towards a Th2 profile. In the first part of the thesis, we evaluated the effects of PAH on the Th17/Th22 polarization of PBMCs from healthy and allergic asthmatic subjects, PBMCs from athmatic patients exhibited an increased Th17/Th22 profile compared with non-allergic subjects. DEP-PAH and Benzo[a]Pyrene (B[a]P) stimulation further increased IL-22 but surprisingly decreased IL-17A production in both groups. Th17 transcription factors RORA and RORC were down regulated, whereas AhR target gene CYP1A1 was up-regulated in both groups. Notch was decreased only in asthmatic patients. PAH-induced IL-22 production originated mainly from Th22 cells. The AhR antagonist reversed almost completely the effects of DEP-PAH, but only partially the effects of B[a]P, on IL-22/IL-17 reciprocal regulation. The kinases PI3K, JNK and ERK participated to the enhancing effect of B[a]P on IL-22 production, whereas p38 MAP kinase had an inhibitory effect.The second part of the thesis evaluated the co-stimulatory effect of combined PRR- and allergen-activated DCs on Th17/Th22 polarization in healthy and asthmatic subjects. Dog allergen stimulated DCs induced a small production of IL-22 in T cells. Additional activation by TLR3, TLR9 and NOD2 ligands led to increased production of pro-Th2 chemokines by DCs only from asthmatic patients allergic to dogs. In contrast, an adjuvant role was observed on the maturation and pro-Th17/Th22 cytokines production by DCs from both asthmatic and non-allergic subjects. In T cells co-cultured with DCs stimulated by dog allergen and PRR ligands, we found a mixed Th2/Th17/Th22 profile in asthmatic patients and a Th1/Th22 profile in non-allergic subjects. IL-22 producing cells were mainly Th22 in both groups with more Th22 cells were observed in asthmatic subjects. IL-17 and IL-22 production was9differently regulated between asthmatic subjects and non-allergic subjects, TGF-β having a pro-Th17 role while IL-23 having a pro-Th22 role.In vivo, a model of chronic dog-induced asthma was developed leading increased airway resistance, Th2 chemokine and Th2/Th17/Th22 cytokine production as well as neutrophil but little eosinophil recruitment in the lung. Gene expression of IL-22 was observed at early time points whereas IL-22 protein appeared later on. NOD2 ligand further increased airway resistance, protein production and gene expression induced by dog allergen challenge but inhibited the small eosinophil recruitment in the lung.These results show that in humans, IL-17 and IL-22 productions are regulated differently between allergic asthmatic and non-allergic subjects. Altogether, pollution and some bacterial or viral infections may contribute in asthmatic patients to the severity of the disease and to progression of airway remodeling. The developed in vivo model will allow dissecting the mechanisms participating to the severity of asthma

La cytométrie en flux permet une analyse quantitative de la physiologie et la caractérisation de l'hétérogénéité de populations cellulaires. Ce travail montre l'intérêt de cette technique pour l'étude de populations bactériennes et souligne l'influence du microenvironnement sur la physiologie d'une souche sauvage de Rhizobium meliloti (symbiose entre la bactérie et le végétal, culture en batch de cellules libres et immobilisées dans un gel polysaccharidique) et d'une souche recombinée d'Escherichia coli (culture en batch et en continu de cellules libres). L'étude de la physiologie de R. Meliloti M5N1 met en évidence l'hétérogénéité et le pléïomorphisme des cellules dans les nodules végétaux de type indéterminé : cellules sénescentes, cellules en croissance, cellules surproductrices de polyhydroxybutyrate, cellules de taille variable. Ces observations traduiraient la présence de bactéries différenciées symbiotiques, les bacteroïdes, et de bactéries indifférenciées saprophytes dans ces nodules. Le microenvironnement cellulaire joue également un rôle important en fermentation. Ainsi, la production de métabolites formant des corps d'inclusion cellulaire a été analysée par cytométrie en flux dans différents systèmes de culture. On note une modification de paramètres physiologiques et de la production de polyhydroxybutyrate lorsque les cellules de R. Meliloti M5N1 sont cultivées en système libre ou immobilisé. Des problèmes énergétiques liés aux limitations de transfert de masse à travers le gel pourraient expliquer ces observations. Des modifications de la physiologie bactérienne et de l'expression protéique de la souche recombinée d'E. Coli sont également observées en fonction du mode de culture. Enfin, ces travaux soulignent la nécessité d'analyser l'influence du microenvironnement bactérien sur la régulation génique. Une méthode de détection quantitative par cytométrie en flux du gène rapporteur lacZ à donc été développée chez E. Coli.

Les bactéries possèdent une famille particulière de tyrosine-autokinases, les BY-kinases. Ces enzymes sont impliquées dans la régulation de plusieurs processus cellulaires dont la synthèse et l'export des polysaccharides extracellulaires qui jouent un rôle crucial dans la virulence de certaines bactéries pathogènes. Cependant, les mécanismes de régulation sous-jacents sont inconnus. L'objectif de ma thèse a été de caractériser d'un point de vue structural et fonctionnel le rôle des BY-kinases. Pour cela, j'ai réalisé trois études indépendantes dans trois modèles bactériens différents. Chez Escherichia coli, j'ai identifié et étudié la surface d'interaction entre la BY-kinase Wzc et sa phosphatase associée Wzb afin de comprendre comment Wzb déphosphoryle Wzc. Chez Staphylococcus aureus, j'ai participé à la caractérisation structurale de la pseudo-BY-kinase CapB1. Par comparaison avec la structure de son homologue actif CapB2, mes études ont permis de suggérer l'existence d'un mécanisme de régulation de la synthèse des polysaccharides extracellulaires impliquant CapB2 et CapB1. Enfin, chez Streptococcus pneumoniae, j'ai mis en évidence que si l'autophosphorylation de la BY-kinase CpsD était indispensable à la synthèse de la capsule polysaccharidique, elle était également indispensable à la division de la cellule. Ainsi, mes travaux ont permis de proposer l'existence d'un mécanisme de coordination de la production de la capsule et du cycle cellulaire du pneumocoque. D'un point de vue appliqué, l'ensemble de mes travaux représente une étape préalable et prometteuse au développement de nouvelles molécules, ciblant les BY-kinases de manière spécifique, afin de lutter contre la virulence de certaines bactéries pathogènes
Bacteria possess a particular family of tyrosine-autokinases named BY-kinases. These enzymes are involved in the regulation of numerous cellular functions including the synthesis and export of extracellular polysaccharides that play a critical role in the virulence of different bacterial pathogens. However, the mechanisms of these processes remain unknown. The aim of my thesis was to characterize the role of these BY-kinases by structural and functional approaches. For that, I have realized three independent studies in three bacterial models. In Escherichia coli, I have characterized the interaction surface between the BY-kinase Wzc and its cognate phosphatase Wzb to understand how Wzb dephosphorylates Wzc. In Staphylococcus aureus, I have studied structurally the pseudo-BY-kinase CapB1. By comparison with the structure of its active homologue CapB2, my studies have allowed to suggest the existence of a mechanism controlling capsular polysaccharides synthesis involving both CapB1 and CapB2. Last, in Streptococcus pneumoniae, I have showed that while the autophosphorylation of the BY-kinase CpsD is necessary for proper synthesis of capsular polysaccharides, it is also involved in cell division. Thus, my work shows that a mechanism coordinating capsule production and cellular cycle exists in the pneumococcus. These works constitute a preliminary and promising step toward the development of new molecules, targeting specifically BY-kinases and aim to combat the virulence of bacterial pathogens

En dépit de leur importance, la caractérisation des communautés bactériennes dans l’environnement reste encore très incomplète. Les principales raisons sont, d’une part, la difficulté d’appréhender la totalité de la communauté bactérienne quand plus de 99% des bactéries demeurent récalcitrantes à la culture in vitro et ne peuvent donc être étudiées par les approches classiques de microbiologie. D’autre part, la métagénomique, censée contourner cette méthode de culture en s’intéressant à l’ensemble des génomes extraits des milieux d’études, demeure elle aussi imparfaite du fait de limitations techniques (biais d’extraction de l'ADN, de clonage, de PCR, de séquençage et d’assemblage des génomes etc.) et conceptuelles, inhérentes à la complexité et l’hétérogénéité des environnements. Pour compenser les limites de chacune de ces techniques, des méthodes de tri cellulaire appliquées en conjonction avec les deux premières pourraient aider à un meilleur décryptage de la diversité microbienne. Basée sur la sélection spécifique (taxonomique et/ou fonctionnelle) et l’isolement direct des cellules bactériennes ciblées à partir d’un échantillon environnemental complexe, l’étude est restreinte à une population spécifique, voire à une cellule isolée. Pourront alors être appliquées les approches classiques de mise en culture ou d’extraction de l’ADN pour une étude restreinte à l’ADN ou l’ARN, leur répétition sur les différentes populations devant à terme (lointain) approcher l’exhaustivité. C’est dans ce contexte que s’est positionné ce travail de thèse visant dans un premier temps à mettre au point un nouvel outil de tri cellulaire basé sur l’intégration de micro-aimants permanents dans un canal microfluidique. A partir de ce système de tri magnétique miniaturisé, offrant de nombreux avantages (dispositif portable, peu coûteux, nécessitant de faibles volumes réactionnels et potentiellement intégrable en « laboratoire sur puce »), une technique d’isolement sélectif de cellules bactériennes marquées magnétiquement a alors été développée. Ciblées sur des critères taxonomiques après hybridation in situ avec des sondes d’acides nucléiques biotinylés complémentaires d’une région spécifique du gène 23S rRNA, des cellules bactériennes ont été marquées magnétiquement après réaction de la sonde avec des nanoparticules magnétiques fonctionnalisées par des molécules de streptavidine. Les premiers résultats montrent l’établissement d’une méthode de tri suffisamment spécifique et sensible pour piéger les cellules marquées diluées (0,04%) au sein d’une suspension, à des niveaux compatibles avec l’isolement futur de populations d’intérêt à partir de communautés d’environnements complexes. Sur un principe comparable, l’approche a été adaptée à l’étude des transferts horizontaux de gènes in situ. Les applications d’un tri cellulaire grâce au marquage par des nanoparticules magnétiques et l’emploi de micro-aimants intégrés dans des microsystèmes fluidiques semblent donc très prometteuses pour le développement de la microbiologie environnementale
Despite their importance, bacterial communities in the environment remain poorly characterized. On the one hand, it is difficult to gain knowledge of the community as a whole because over 99% of bacteria are recalcitrant to in vitro culture, rendering classic microbiological approaches imposible to carry out. On the other hand, metagenomics, which can be used to circumvent culture-based approaches by extracting all the genomes from a given environment, is also problematic given the associated technical limitations (biases related to DNA extraction, cloning, PCR, genome sequencing and assembling etc.), and conceptual difficulties related to the complexity and the homogeneity of the environments. In order to overcome some of the limitations of these approaches, bacterial cell selection methods have been developed and can be used to improve our understanding of microbial diversity. Based on taxonomic and/or functional selection and the direct isolation of bacterial cells from an environmental sample, bacterial cell selection can be used to reduce microbial community complexity by targeting specific populations, or even an isolated cell. A variety of classic approaches such as cultivation or DNA/RNA extraction can then be carried out. This cycle can theoretically be repeated until all members of the community are characterized. The aim of this doctoral thesis was to design a novel cell selection tool based on the permanent integration of micro-magnets into a microfluidic canal. In conjunction with a new miniaturized magnetic selection system that provides several advantages over larger systems (portable, low cost, requiring smaller reaction volumes and can be potentially integrated on “laboratory on a chip” systems), a method for selective bacterial cell isolation using magnetic labeling was developed. The bacterial cells were targeted based on taxonomic criteria; biotin-labeled probes were developed for a specific region of the 23S rRNA gene. Following in situ hybridization with the probes, baceterial cells were labeled with streptavidin-functionalized magnetic nanoparticles. First results showed that the tool was specific and sensitive enough to trap labeled and diluted (0,04%) cells from a suspension at levels that are comparible to populations of interest found in complex environmental communities. This tool has also been adapted to study in situ horizontal gene transfer as well. The application of a cellular selection tool that labels targets with magnetic nanoparticles coupled to fluidic microsystems with integrated nano-magnets looks very promising for future studiesin environmental microbiology

Cette thèse de doctorat présente la problématique de résistance aux antibiotiques parmi les pathogènes bactériens en émergence et en réémergence à travers le monde. En effet, le développement et la propagation des mécanismes de résistance compromet l’efficacité des traitements antibactériens disponibles et met en danger la vie des patients infectés. Cette thèse se concentre sur l’identification de nouvelles cibles antibactériennes et sur le développement de nouvelles classes d’agents antibactériens en utilisant le pathogène opportuniste Pseudomonas aeruginosa en tan que modèle d’étude. Le premier chapitre aborde l’exploitation des protéines de division cellulaire FtsZ et FtsA en tant que cibles antibactériennes. Suite à une revue de la littérature détaillée, deux articles scientifiques décrivent la synthèse et la sélection d’inhibiteurs contre FtsZ et FtsA. Ces inhibiteurs représentent des candidats prometteurs en vue du développement d’une nouvelle classe d’agents antibactériens. Le deuxième chapitre du corps de la thèse porte sur l’utilisation des amides ligases MurC, MurD, MurE et MurF essentielles à la biosynthèse de la paroi bactérienne en tant que cibles antibactériennes. Suite à une revue de la littérature sur la biologie de ces enzymes, trois articles scientifiques relatent la sélection d’inhibiteurs peptidiques par présentation phagique contre les enzymes MurD, MurE et MurF. Le mode d’action innovateur de ces inhibiteurs permet d’envisager le développement de nouveaux agents antibactériens par peptidomimétisme. Le dernier chapitre expose le pouvoir antibactérien des endolysines de bactériophages. Une revue de la littérature résume le mode d’action et la biologie des endolysines en tant qu’agents antibactériens efficaces ciblant l’intégrité de la paroi bactérienne. Par la suite, un article décrit la capacité de l’endolysine du phage ΦKZ à hydrolyser la paroi bactérienne des bactéries à Gram-négatif et à outrepasser les membranes bactériennes. Ainsi, cette enzyme possède un potentiel antibactérien fort intéressant. En conclusion, cette thèse fournit plusieurs pistes attrayantes afin de développer de nouvelles stratégies antibactériennes pour contrer la problématique de résistance aux antibiotiques.
This thesis first presents the critical outcome of antibiotic resistance among emerging and re-emerging bacterial pathogens worldwide. The incessant increase and spread of antibiotic resistance mechanisms compromise the efficiency of available antibacterial therapies and increase the impact of bacterial infections on human mortality and morbidity. This thesis focuses efforts to identify new antibacterial targets in order to develop novel classes of antibacterial agents using the opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa as a research model. The first chapter of this thesis reports the exploitation of the cell division proteins FtsZ and FtsA as antibacterial targets. A detailed scientific review is presented along with two articles reporting the synthesis and selection of inhibitors against FtsZ and FtsA. These inhibitors represent potent candidates to develop new classes of antibacterial agents targeting the bacterial cell division process. The second chapter describes the use of the essential bacterial cell wall biosynthesis enzymes MurC, MurD, MurE and MurF as antibacterial targets. A scientific review first summarises the biology of these amide ligase enzymes and three scientific articles report the selection of peptide inhibitors against MurD, MurE and MurF by phage display. The novel mode of action of these inhibitors against the unexploited Mur enzymes can be the basis for future development of antibacterial agents targeting the cell wall biosynthesis pathway by peptidomimetism. The last chapter exposes the antibacterial potential of the phage-encoded endolysin enzymes. A review describes the mode of action and the biology of endolysins as efficient antibacterial agents targeting the integrity of the bacterial cell wall layer. Finally, an article presents the peptidoglycan hydrolytic activity of the P. aeruginosa phage ΦKZ gp144 lytic transglycosylase. This endolysin is able to pass through the bacterial membranes and thus represents a strong candidate for developing new antibacterial therapies against Gram-negative bacteria. In conclusion, this thesis provides various attractive ways to develop new antibacterial strategies and face the problem of antibiotic resistance.
Inscrite au Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures

Ce chapitre s’inscrit dans la caractérisation du danger, une des quatre étapes de l’évaluation du risque. Il traite de la pathogénicité et de la virulence associés aux principaux agents microbiens susceptibles d’être présents dans les aliments. Les mécanismes pathogéniques tels que la colonisation du tube digestif, l'adhésion aux cellules épithéliales intestinales, l'invasion des tissus, la translocation sont décrits à l’aide de moult illustrations.