UPThèses

La Borréliose de Lyme est la maladie vectorielle la plus importante dans l’hémisphère nord en termes de prévalence. Elle est causée par des bactéries du genre Borreliella qui sont transmises à l’Homme par l’intermédiaire de morsures de tiques. En Europe, B. afzelii et B. garinii sont deux espèces majeures qui sont fréquemment co-détectées au sein d’une tique, soulevant l’hypothèse de l’existence d’un système leur permettant d’établir des co-infections. Le Quorum Sensing est un système de communication bactérien qui joue un rôle crucial dans le cycle de vie et la virulence des bactéries. Le Quorum Sensing induit par l’autoinducteur-2 (AI-2) permet une communication à la fois intra et inter-espèces. L’un des objectifs de cette thèse a été d’investiguer la présence, la fonctionnalité et le rôle de ce type de communication chez B. afzelii et B. garinii. Les résultats ont montré que ces deux espèces possèdent un système de communication AI-2 dépendant fonctionnel. Le développement d’outils visant à bloquer cette communication a été initié et permettra d’étudier de manière plus précise le rôle du Quorum Sensing dans la virulence des Borreliella ainsi que dans l’établissement de co-infections. En parallèle, la présence de tiques infectées par des Borreliella en Poitou-Charentes a été étudiée pour la première fois. Pour cela, le microbiote bactérien interne de tiques Ixodes ricinus a été étudié par séquençage haut-débit d’amplicons du gène codant l’ARNr 16s. Cette méthode présente l’avantage de permettre la caractérisation du microbiote bactérien dans son ensemble, à la fois les pathogènes mais également les autres genres bactériens. Un microbiote conservé/partagé des tiques analysées a été défini et la présence de séquences assignées à Borreliella spp. a été mise en évidence. Au sein de plusieurs tiques, différentes espèces de Borreliella spp. ont été détectées, indiquant de possibles co-infections.

La pollution de l’environnement connait une ampleur sans précédent dans le monde entier. Le rejet constant de polluants chimiques notamment dans les milieux aquatiques suscite des inquiétudes grandissantes et attire l’attention des scientifiques mais aussi des gouvernements en raison de la dégradation de la qualité des ressources en eau. En effet beaucoup de pesticides et de résidus de produits pharmaceutiques retrouvés présentent un risque direct pour la santé humaine et la santé environnementale mais ils ciblent aussi la vie microbienne et pourraient potentiellement stimuler certains facteurs de virulence et par conséquent représenter un plus grand risque infectieux pour l’Homme. La présente étude s’est concentrée sur l’évaluation de la contamination des eaux souterraines par des pesticides dans une zone rurale du Liban connue sous le nom de « Akkar », en raison de leur application intensive, et dans le but de caractériser l’évolution des teneurs en OCPs et OPPs au cours des cinq dernières années. Cette évaluation a été suivie par l’étude de l’effet de la contamination des eaux souterraines sur des facteurs de virulence de trois bactéries modèles : E. coli K12, S. Typhimurium et P. aeruginosa H103. L’effet des cocktails de polluants trouvés à Akkar a été testé sur la croissance des bactéries, leur motilité et l’expression de certains gènes de virulence. Ensuite, une étude spécifique a été conduite pour regarder l’effet individuel de certains de ces polluants mis en évidence à Akkar. Enfin, une étude similaire a été réalisée en France, sur la rivière Clain. Les principales conclusions ont mis en évidence des concentrations élevées et croissantes d’OCPs et d’OPPs depuis les cinq dernières années dans les eaux souterraines d’Akkar. Les résultats ont montré que la concentration des OPPs était plus élevée que celle des OCPs et que certains pesticides interdits, tels que les HCH, sont toujours utilisés dans cette région. En outre, l’effet de cette contamination sur certains facteurs de virulence a pu être montré. Ainsi la croissance de E. coli K12 et de S. Typhimurium a été améliorée suite à l’exposition aux cocktails de polluants. De même, il a été observé que l’exposition individuelle à différents pesticides stimule la croissance de ces deux souches, contrairement à celle de P. aeruginosa H103. Toutefois, l’effet des cocktails de polluants sur l’expression des gènes de virulence s’est avéré plus élevé que celui des composés individuels. Les cocktails de polluants trouvés dans la rivière Clain semblent également favoriser la croissance des bactéries et augmenter l’abondance des gènes de virulence de S. Typhimurium. Cependant l’effet est « dépendant de la composition du cocktail » en plus d’être « dépendant de la souche ». Ce travail met en évidence des interactions possibles entre pollution - bactéries - risque sanitaire qui confirme l’intérêt des approches « One Health » émergeant actuellement. La pollution chimique de l’environnement pourrait être une source significative de maladies infectieuses et donc de préoccupation pour la santé humaine.

Tout au long du processus de transformation et de stockage, les matières premières alimentaires sont susceptibles d’être colonisées par des micro-organismes. On estime que 5 à 10 % de la production alimentaire mondiale est perdue du fait de la prolifération de levures et/ou moisissures au sein de ces matrices. L’industrie laitière est la deuxième filière agro-alimentaire au monde et celle-ci n’est pas épargnée par ces contaminations. Pour résoudre cette problématique et répondre à la demande grandissante des consommateurs visant à éliminer les conservateurs chimiques dans les produits alimentaires, la biopréservation par des ferments bactériens représente la meilleure alternative. Dans cette étude, la capacité antifongique de 18 souches de lactobacilles a été analysée vis-à-vis de la croissance de souches fongiques isolées de produits laitiers contaminés. Quatre souches de Lactobacillus présentant le spectre d’inhibition le plus large ont ainsi été sélectionnées. La caractérisation des molécules antifongiques produites a été réalisée à partir de cultures en milieu MRS, milieu lait et fromages frais, révélant la synergie de l’acide lactique avec d’autres molécules. Ces molécules se sont révélées faiblement produites et correspondent à des acides organiques issus de la dégradation d’acides aminés (acide phényllactique, acide benzoïque, …), des acides gras (C12, C14, C16 saturé ou non, C18 saturé ou non) et des molécules volatiles ou semi-volatiles (diacétyle, acide acétique, …). L’augmentation de l’activité antifongique par surproduction de ces molécules a par la suite été tentée par différentes approches : mutagénèse aléatoire, ajout de précurseurs dans le milieu, etc, malheureusement sans succès.

Les circuits et réseaux d’eau subissent épisodiquement des problèmes de contamination par des microorganismes tels que Legionella pneumophila, conduisant à la dégradation de la qualité microbiologique de l’eau circulante. De nouveaux moyens de traitements doivent être mis en place de façon notamment à limiter l’usage de biocides chimiques. Ce travail de thèse s’inscrit dans cette problématique et a pour objectif d’identifier de nouveaux composés actifs contre L. pneumophila en tenant compte de son comportement et de ses interactions au sein de son microenvironnement. De manière à obtenir des composés produits par des souches bactériennes appartenant à la même niche écologique que L. pneumophila, une campagne de prélèvement d’eau a été réalisée. Un total de 273 isolats environnementaux ont été isolés et testés contre L. pneumophila. Les résultats obtenus indiquent que 178 de ces isolats (65%) présentent une activité anti-Legionella. Quatre souches ont ensuite été sélectionnées (Aeromonas bestiarum SW257, Rahnella aquatilis SW265, Flavobacterium spp. PW52 et Pseudomonas spp PW329) et les composés actifs produits ont été caractérisés. A. bestiarum SW257 produit un peptide anti-Legionella. Flavobacterium sp. PW52 produit un mélange de composés anti-Legionella ayant des propriétés tensioactives, les flavolipides. Pseudomonas sp. PW329 produit des composés organiques volatiles, identifiés par SPME-GC-MS, actifs contre L. pneumophila. Enfin, R. aquatilis SW265 produit un sidérophore à activité anti-Legionella.

Legionella pneumophila est une bactérie intracellulaire facultative retrouvée aussi bien dans les environnements aqueux naturels qu'artificiels. Cette bactérie est l'agent de la légionellose, une pneumopathie sévère. Les milieux aqueux sont colonisés par des biofilms, une association de micro-organismes enveloppés d'une matrice exopolymérique. Les légionelles sont capables de coloniser et de survivre au sein de ces biofilms. Dans les réseaux d'eaux, les biofilms sont la cible de la prédation des amibes qui se retrouvent ensuite parasités par les légionelles et favorisent ainsi leur multiplication. Nous avons étudié l'impact de l'origine de la multiplication des légionelles sur la colonisation et la formation de biofilms. Notre étude a démontré que dans tous les cas les légionelles sont présentes à la surface de biofilms préformés. Notre étude a mis en évidence que les légionelles issues de la multiplication au sein d'amibes sont capables de former des agrégats compacts empaquetés dans une matrice exopolysaccharidique. Ce phénotype « biofilm » se manifeste après induction par une molécule amibienne en cours de caractérisation. De plus, notre étude a mis en évidence l'existence d'un nouveau système de communication de type Quorum Sensing permettant une communication inter et intra-espèce qui permet l'induction de ce phénotype chez les légionelles.

L'objectif de mon travail a consisté à identifier puis étudier des peptides anti-Legionella produits par divers Staphylococcus. La première partie a consisté à cribler une collection de Staphylococcus pour sélectionner les souches actives contre Legionella, puis de purifier et d'identifier les peptides actifs. 12 peptides ont été caractérisés et leurs activités anti-Legionella et hémolytique déterminées. Ceci a permis de les classer en deux groupes. Le groupe 1, représenté par la WRK de S. warneri, correspond aux peptides bactéricides et très hémolytiques. Le groupe 2, représenté par la PSMα de S. epidermidis, correspond aux peptides bactériostatiques et peu hémolytiques. Une étude structure-activité de la WRK et la PSMα a ensuite été réalisée pour identifier les motifs structuraux responsables des activités anti-Legionella et hémolytique. 23 peptides, modifiés à partir des séquences de la WRK et de la PSMα, ont été synthétisés et testés. Ceci a mis en évidence certains résidus dont la modification permet de moduler ces activités. Ainsi, la substitution d'une glycine par une lysine en position 14 de la PSMα permet d'obtenir un peptide bactéricide, comme la WRK, mais peu hémolytique, comme la PSMα. D'autre part, il est apparu que la présence de phosphatidylcholine au sein des membranes rend celles-ci plus sensibles aux peptides testés. Enfin, la dernière partie de ce travail a consisté en une étude complémentaire du mode d'action de la WRK. Son action sur les membranes de Legionella a été analysée par microscopie électronique et par résonnance magnétique nucléaire du ³¹P et du ²H. Enfin, une activité anti-cancéreuse de la WRK a été mise en évidence.