Recent developments of whole-genome sequencing (WGS) technologies have led to increased sequencing outputs and decreased turnaround time. However, several hurdles limit the broad implementation of WGS in clinical microbiology. The aims of this thesis were to explore and assess the applications and limitations of WGS in clinical microbiology as well as to further increase our knowledge on the genomics of selected bacterial pathogens. For outbreak investigations and typing, WGS was superior to rule out an outbreak of Streptococcus pyogenes as compared to other conventional typing schemes. Moreover, although large différences between the virulence factors encoded by invasive and non- invasive isolâtes could not be observed, several mutations were identified in virulence factors regulators of invasive isolâtes that were previously associated with pathogenicity. Also, genotypic and phenotypic antibiotic susceptibility testing were concordant. In another project, the presence of the Diphtheria toxin in a Corynebacterium diphtheriae isolate was ruled out using WGS, which had an important impact on the patient management and follow-up. Furthermore, individual comparative genomic studies performed on C. diphtheriae and Neisseria mucosa, revealed the existence of distinct phylogenetic clades within each species that encoded specific virulence factors, such as adhesins and iron uptake systems. In members of the Mycobacterium kansasii complex, a genome-wide association study significantly associated two genes with pathogenicity. Their loss in three non- pathogenic M. kansasii isolâtes was due to distributive conjugal transfers between non- pathogenic species and M. kansasii. We hence unravelled a new mechanism that modulâtes virulence in M. kansasii and related species. Finally, four new mycobacterial species and two new subspecies of C. diphtheriae were described using taxogenomics. As part of a research and development project, two pan-Tropheryma PCRs were developed based on the WGS data to improve the molecular diagnostic of these intracellular pathogens. In summary, this thesis contributed to show the importance of WGS in clinical microbiology for (1) outbreak investigation and typing, fields in which WGS has become a new gold standard surpassing ail previous typing methods, (2) virulence factors analyses, (3) genotypic antibiotic susceptibility testing, (4) the taxonomic assignation of uncommon pathogens, (5) and for the development of new molecular diagnostic tools.
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Le séquençage de génomes bactériens a récemment bénéficié d'avancées technologiques majeures menant à la diminution du temps de rendu des résultats et des coûts. Cependant, son implémentation généralisée en microbiologie clinique souffre encore de limitations importantes. Les buts de cette thèse étaient d'explorer et d'évaluer les applications du séquençage de génomes bactériens en microbiologie clinique et d'améliorer les connaissances en génomique pour des pathogènes sélectionnés. Pour l'investigation d'épidémies, le séquençage de génomes a montré sa supériorité à exclure une épidémie de Streptococcus pyogenes par rapport aux techniques conventionnelles de typage. De plus, même si des différences majeures entre les contenus en facteurs de virulence des souches invasives et non-invasives n'ont pas pu être observées, plusieurs mutations associées à une augmentation de la transcription des facteurs de virulences ont pu être détectées dans les souches invasives. La concordance génotype-phénotype était élevée pour les résistances aux antibiotiques. Dans un autre projet, la génomique a rapidement permis d'exclure la présence de la toxine diphtérique pour un isolât de Corynebacterium diphtheriae, ce qui a eu un impact important sur la prise en charge du patient. Par ailleurs, deux études individuelles de génomique comparative de C. diptheriae et Neisseria mucosa ont révélé la présence de clades phylogénétiques distinctes encodant des facteurs de virulences spécifiques. Pour le complexe Mycobacterium kansasii, une étude d'association pangénomique a pu associer deux gènes de manière significative à la pathogénicité. Leur perte dans trois souches non- pathogènes de M. kansasii était due à des transferts conjugatifs distributifs entre des espèces non-pathogènes et M. kansasii, mettant ainsi en évidence un nouveau mécanisme qui module la virulence du complexe M. kansasii. Utilisant la taxogénomique, nous avons pu décrire quatre nouvelles espèces de mycobactéries et deux sous-espèces de C. diphtheriae. Finalement, deux PCRs pan-Tropheryma ont été développées sur la base de données de génomique. Pour conclure, cette thèse a contribué à montrer l'importance du séquençage de génomes bactériens en microbiologie clinique pour (1) investiguer des épidémies et faire du typage, domaines dans lesquels la génomique est devenue la technique de référence, (2) l'analyse de facteurs de virulence, (3) l'évaluation de la résistance aux antibiotiques sur la base du génotype, (4) l'identification taxonomique de pathogènes rares, (5) et pour le développement de nouveaux tests de diagnostic moléculaire.