"Où peut-on trouver des microbes, et comment survivent-ils dans ces lieux ?" sont des questions essentielles afin de comprendre la vie sur Terre. Les populations bactériennes du sol sont connues pour jouer un rôle important dans les cycles biogéochimiques, l'entretien des sols, les effets climatiques et l'agriculture.Dans ce travail, j'ai utilisé la technique de pyroséquençage, via le produit d’une PCR d’ADNr 16S amplifiée extraite d’ADN totale, afin de révéler les populations bactériennes présentes dans quatre environnements inhabituels et oligotrophes différents:A. Les écosystèmes saumâtres sont largement distribués sur Terre et sont représentés par des systèmes aquifères salés et des sols salins. Nous avons examiné la composition bactérienne des sédiments des estuaires, sols saumâtres et des échantillons de sol sablonneux de la région de Camargue, échantillonnés pendant deux années consécutives. Les membres appartenant au phylum Proteobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Firmicutes, Acidobacteria et Actinobactéries ont été trouvés principalement dans les sols et sédiments. Nous avons constaté que les membres de ces groupes bactériens étaient associés principalement à des bactéries halophiles, sulfatoréductrices (SRB), nitratoréductrices et coliformes, dont leurs proportions ont probablement été affectées par la salinité et leurs localisations géographiques.B. Les bactéries associées à la rhizosphère des plantes sont connues pour jouer un rôle essentiel dans les cycles biogéochimiques, la nutrition des plantes et la lutte biologique contre les maladies végétales. Nous avons examiné les populations bactériennes de la rhizosphère du riz (Oryza sativa) en fin de croissance dans la région de la Camargue en 2013 et 2014. Les populations bactériennes les plus abondantes se sont révélées être des membres appartenant au phylum Proteobacteria, Acidobacteria, Chloroflexi et Gemmatimonadetes. Les genres bactériens auxquels appartiennent ces différents phylums sont connus pour participer dans des processus biogéochimiques du sol, tel que la nitrification, la dénitrification, l'oxydation, ainsi que comme agents de control biologique. Les proportions bactériennes trouvées varient considérablement en fonction de leur localisation géographique et selon l’année d’échantillonnage.C. Nous avons examiné les sols de surface de "Padza de Dapani" situés sur l'île de Mayotte au large de la côte est de l'Afrique, car cette région n’est pas un vrai désert, mais y ressemble due à l’érosion du sol. Les sols de Mayotte sont acides, oligotrophes et minéralisées, et leur population bactérienne principale appartient aux phylums des Actinobactéries, Proteobacteria et Acidobacteria. Un fait intéressant, les membres des genres Acinetobacter, Arthrobacter, Burkholderia et Bacillus sont prédominants dans nos échantillons, comme observé dans des déserts (asiatiques) chauds et jouant probablement un rôle dans la minéralisation des sols, expliquant la désertification.D. Les régions arides de la Terre constituent > de 30% de la surface continentale et les sols oligotrophes sont soumis à des facteurs environnementaux difficiles tels que la faible pluviométrie moyenne annuelle, l'exposition aux UV et les grandes fluctuations de température. Nous avons examiné les populations bactériennes présentes dans la rhizosphère des plantes pionnières et les sols de surface du désert de Jizan d'Arabie Saoudite. Les phylums bactériens les plus abondants appartiennent aux groupes des Bacteroidetes, Proteobacteria et Firmicutes qui diffèrent entre la rhizosphère des plantes étudiées par rapport à la surface du sol, à l'exception de la plante "Panicum Turgidum" qui contient des proportions élevées (70%) des membres appartenant au genre Flavobacterium. / “What microbes are where, and how do they live there” is now an essential question to understand life on Earth, even when comparing seemingly similar ecosystems in different locations. Soil bacterial populations are known to play important roles in biogeochemical cycles, soil maintenance, climatic effects and agriculture. I used pyrosequencing of PCR amplified 16S rDNA from total extracted DNA in order to reveal the bacterial populations living in four different unusual and oligotrophic environments: A. Saline areas are widely distributed on Earth’s and are represented by both saline lakes and saline soils. We examined the bacterial composition of estuary sediments, brackish and sandy soil samples from the Camargue region (Rhône delta in southern France) sampled in two consecutive years. Members belonging to the Proteobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Firmicutes, Acidobacteria and Actinobacteria phyla were found principally in saline sediment and soil samples. We found that members from these phyla were associated principally to halophilic bacteria, sulphate reducing bacteria (SRB), nitrate reducing bacteria and coliforms, and that their varying proportions were likely affected by salinity and geographical location. B. Bacterial populations associated with the rhizosphere of plants are known to play essential roles in biogeochemical cycles, plant nutrition and disease biocontrol. We examined the bacterial populations of the rhizosphere of rice (Oryza sativa) growing in the Camargue region in 2013 and 2014. The most abundant bacterial populations were found to be members belonging to the Proteobacteria, Acidobacteria, Chloroflexi and Gemmatimonadetes phyla. The genera members belong these phyla were found to participate in soil biogeochemical processes such as nitrification, denitrification, oxidation, as well as act as biocontrol agents. The bacterial populations were found to significantly vary by geographical location as well by year of collection. C. We examined the surface soils from “Padza de Dapani” on the island of Mayotte off the east coast of Africa, as this region is not a true (hot) desert, but resembles one due to extensive soil erosion. In the acidic, oligotrophic and mineralized soil samples from Mayotte, members of the Actinobacteria, Proteobacteria and Acidobacteria phyla dominated the bacterial populations. Interestingly, members of the genera Acinetobacter, Arthrobacter, Burkholderia and Bacillus were found to be predominant in our samples, as is also observed in hot (Asian) deserts and may play roles in soil mineral weathering, thus helping to understand desertification processes. D. Earth’s arid regions comprise >30% of the continental surface and the oligotrophic soils are subjected to harsh environmental factors such as low average annual rainfall, high UV exposure and large temperature fluctuations. We examined the bacterial populations present in the rhizosphere of pioneer plants and surface soils in the Jizan desert of Saudi Arabia. The most abundant bacterial phyla belonged to the Bacteroidetes, Proteobacteria and Firmicutes phyla that were different between the rhizosphere of plant versus these from surface sand, with the exception of the plant “Panicum Turgidum”, which contain in its rhizosphere high proportions (70%) of members belonging to the Flavobacterium genus.

La lignocellulose est le composant principal des parois végétales et donc le biopolymère végétal le plus abondant sur Terre. Sa transformation en molécules d’intérêt industriel est donc une voie prometteuse pour diminuer la consommation de ressources fossiles. Au sein de la plateforme des carboxylates, la transformation de la lignocellulose repose sur l’utilisation de communautés bactériennes. Mais s’ils sont augmentés par des approches de prétraitement du substrat, les rendements sont encore faibles. Afin de les améliorer, nous avons ici testé les capacités de dégradations de communautés microbiennes issues de l’enrichissement de rumen bovin et d’intestin de termites. Afin de caractériser l’effet de la source d’inoculum et du prétraitement du substrat sur le fonctionnement des communautés sélectionnées, une approche de séquençage 16S a été utilisée. Celle-ci a permis la comparaison des compositions de communautés obtenues, mais également de leurs dynamiques au cours de la transformation du substrat lignocellulosique. Les conditions de culture imposées semblent avoir un effet très fort sur la composition des communautés sélectionnées puisque malgré leurs différences, celles-ci présentent d’importantes similitudes et sont bien plus proches que ne l’étaient les inocula initiaux. Enfin, les communautés associées à la dégradation du substrat lignocellulosique montrent des dynamiques très marquées, caractérisées par une importante baisse de diversité et la dominance de quelques populations bactériennes seulement lors du maximum de dégradation. / Lignocellulose is the main component of vegetal cell wall and is thus the most abundant biopolymer on Earth. Its conversion into industrially relevant molecules is of concern to reduce fossil resources consumption. In the dedicated carboxylates platform, lignocellulose conversion relies on the metabolic potential of microbial consortia, but lignocellulose transformation rates can still be improved, despite substrate pretreatment approaches. In order to improve these rates, we here tested the transformation capacities of microbial communities originated from cow rumen and termite guts. 16S sequencing was used to characterize the effects of inoculum source and substrate pretreatment on the selected communities’ functioning. It allowed the comparison between obtained communities, but also between their dynamics during lignocellulose transformation. Culture conditions appeared to have a strong effect on the selected communities, which presented high similarities despite differences between initial inocula. Finally, communities associated to lignocellulose degradation showed marked dynamics, with a strong decrease in diversity indexes and the dominance of a few bacterial populations during the degradation maximum.

Alors que la Guadeloupe possède la plus grande bordure littorale de mangroves des Petites Antilles, la microfaune et la microflore bactérienne marine associées à cet écosystème sont très mal connues. Pourtant, ces diverses communautés de micro-organismes sont à la base du réseau trophique des sédiments marins de mangrove. En effet, grâce à leurs activités basées sur des processus hétérotrophes, ces micro-organismes vont permettre de dégrader la litière constituée de feuilles et branches de palétuviers tombées à la surface du sédiment. En condition anoxique, la dégradation des substrats végétaux par des bactéries sulfato-réductrices entraine la production de sulfures qui vont soutenir l’activité de bactéries chimiosynthétiques. Les protistes ciliés sont des micro-organismes eucaryotes unicellulaires caractérisés par la présence de cils sur la surface cellulaire et appartenant au micro-zooplancton. Leur mode de nutrition basé sur la phagocytose permet non seulement de favoriser la reminéralisation de la biomasse microbienne, ce qui augmente le transfert de nutriments à d'autres organismes du réseau trophique, mais facilite surtout l’émergence de nombreuses associations symbiotiques. Les résultats obtenus durant cette thèse ont permis de mettre en évidence la présence d’associations symbiotiques entre des bactéries sulfo-oxydantes ou hétérotrophes et des espèces de protistes ciliés faisant parties du périphyton de mangrove. / While Guadeloupe has the largest coastal edge of mangroves in the Lesser Antilles, the microfauna and marine bacterial microflora associated with this ecosystem are very poorly understood. However, these diverse communities of microorganisms are at the base of the marine mangrove sediment food web. Indeed, thanks to their activities based on heterotrophic processes, these micro-organisms will make it possible to degrade the litter composed of mangrove leaves and branches that have fallen to the surface of the sediment. In anoxic conditions, the degradation of plant substrates by sulfate-reducing bacteria leads to the production of sulfides that will support the activity of chemosynthetic bacteria. Ciliates protists are unicellular eukaryotic microorganisms characterized by the presence of cilia on the cell surface and belonging to micro-zooplankton. Their phagocytosis-based nutrition not only promotes the remineralization of microbial biomass, which increases the transfer of nutrients to other organisms in the food web, but also facilitates the emergence of many symbiotic associations. The results obtained during this thesis allowed to highlight the presence of symbiotic associations between sulfur-oxidizing or heterotrophic bacteria and ciliates protist species that are part of the mangrove periphyton.

Le microbiome intestinal humain est une importante communauté de microorganismes, spécifique aux individus et aux populations, dont la composition est influencée par de nombreux facteurs, tels que la génétique et les habitudes de vie de son hôte. La diète est cependant un élément majeur façonnant sa structure. Les influences de plusieurs diètes humaines sur le microbiome ont été largement investiguées. Toutefois, l’impact des variations saisonnières inhérentes à certaines diètes est peu connu. La diète traditionnelle inuite est un exemple de régime alimentaire riche en graisses et protéines animales qui varie temporellement en fonction de la disponibilité saisonnière des ressources. Afin d’étudier les dynamiques temporelles du microbiome intestinal inuit en réponse à la diète traditionnelle, des échantillons de papier hygiénique contenant des selles ont été récoltés auprès d’un groupe de volontaire Inuits du Nunavut (Canada) durant huit mois. Un groupe contrôle de Montréalais (Québec, Canada) de descendance européenne, consommant une diète typiquement occidentale, a également été sollicité. La diversité et la composition du microbiome ont été caractérisées par le séquençage de la région V4 de l’ARNr 16s. Les microbiomes obtenus par un échantillonnage de papier hygiénique et de selles ont été comparés. Ces deux méthodes offrent des représentations similaires mais non-identiques du microbiome intestinal. À partir du séquençage d’échantillons de papier hygiénique, nous avons trouvé que les variations inter-individuelles du microbiome sont plus importantes que les variations intra-individuelles au sein de Montréal et du Nunavut. Des différences significatives de la composition du microbiome s’expliqueraient par la consommation différentielle de certains groupes alimentaires. Bien qu’aucune différence saisonnière marquée n’ait été observée, en termes de composition, le microbiome fluctue davantage à travers le temps chez les individus inuits. Ces résultats suggèrent que le microbiome inuit pourrait être façonné par une diète plus variable. Ensemble, nos résultats suggèrent que la diète traditionnelle a encore un impact important sur la composition, la diversité et la stabilité de microbiome inuit, malgré les transitions alimentaires vécues au Nunavut. / The human gut microbiome represents a diverse microbial community specific to individuals and populations, which is heavily influenced by factors such as genetics and lifestyle. Diet is a major force shaping the gut microbiome, and the effects of dietary choices on microbiome composition have been thoroughly investigated. It has been shown that a change in diet also changes the gut microbiome, but the effects of seasonal diets are poorly known. The traditional Inuit diet is primarily based on animal products, which vary seasonally based on prey availability. To investigate the dynamics of the Inuit diet over time, we collected gut microbiome samples from Inuit volunteers living in Resolute Bay (Nunavut, Canada), and compared them to samples collected from individuals of European descent living in Montréal (Québec, Canada) and consuming a typical Western diet. We sequenced the V4 region of the 16S rRNA gene to characterize the diversity and composition of the Inuit microbiome, and surveyed differences among samples collected with toilet paper or from stool. Our results show that these sampling methods provide similar, but non-identical portraits of the microbiome. Based on sequencing from toilet paper samples alone, we found that inter-individual variations of the microbiome community composition were greater than within-individual variations, both in Nunavut and Montreal, with significant differences in microbiome explained by dietary preferences. No defined seasonal shift of microbiome composition was detected in samples collected over time. However, within-individual microbial diversity fluctuated more with time in Nunavut than in Montreal. Together, these results underline that the traditional Inuit diet still has an important impact on the composition, diversity and stability of the Inuit gut microbiome, even if the traditional seasonality of the diet is less pronounced than expected, due to an increasingly westernized diet in Nunavut.

La pression sur les quotas de pêche et l’augmentation de la production aquacole ont contribué à une substitution importante des farines et des huiles de poisson incorporées dans les aliments pour poissons carnivores, par des farines et des huiles végétales. La truite arc-en-ciel, qui est un poisson carnivore, est affectée par ce changement de régime. Ainsi un retard de croissance apparaît dès le plus jeune stade si certaines transformations et supplémentations ne sont pas apportées aux végétaux. L’objectif de ce travail a été d’évaluer, aux stades alevins et juvéniles, l’impact d’une substitution totale des huiles et farines de poisson sur le tractus digestif de la truite arc-en-ciel, et plus particulièrement sur ses capacités digestives et sur la composition de son microbiote intestinal. Le but in fine étant de déterminer si certaines enzymes de la digestion, transporteurs intestinaux, ou sous-communautés bactériennes sont impactés par le changement de régime et peuvent expliquer le retard de croissance observé. Chacun de ces facteurs ont été étudiés via une approche de métagénomique par séquençage de nouvelle génération NGS pour la caractérisation du microbiote, et via de la PCR quantitative et des mesures d’activités enzymatiques pour la comparaison des capacités digestives. Des lignées isogéniques de truites, identifiées comme divergentes dans leur réponse à l’alimentation végétale (capables d’adaptation ou réfractaires) ont permis de disposer d’un matériel biologique pertinent pour répondre à cette question. Une modification du microbiote intestinal associé à la muqueuse digestive pourrait également contribuer à la baisse de l’homéostasie intestinale. Le changement de régime conduit en effet à une équitabilité plus faible chez les truites ayant reçue un aliment végétal, ce qui reflète un changement dans la représentativité de certains OTUs. Ce changement de régime s’est également traduit par des communautés dissimilaires en moyenne à 70 %, d’après l’estimation de la β-diversité entre les communautés de truites nourries avec l’aliment marin et celles nourries avec l’aliment végétal. La sélection opérée par l’aliment a conduit à un remplacement des OTUs rencontrés au sein des Firmicutes, c’est-à-dire que différentes espèces bactériennes de Firmicutes sont rencontrées suivant le régime considéré. La comparaison de communautés bactériennes entre les différentes lignées isogéniques a montré que la sélection opérée par le génotype de l’hôte a davantage eu lieu sur le remplacement des β-Protéobactéries. Enfin, les comparaisons d’abondances en certaines espèces bactériennes particulières suggèrent que les bactéries Cetobacterium somerae, capables de synthétiser de la vitamine B12, et Shewanella, dont l’implication dans la stimulation des cellules β du pancréas endocrine a déjà été observée chez d’autres espèces, pourraient être impliquées dans la réponse métabolique des truites aux végétaux. Les modifications identifiées dans ce travail constituent des indicateurs biologiques qui pourront être mis à profit pour évaluer la réponse du tractus digestif des truites à de nouvelles formules alimentaires. / Over-fishing pressure and increasing aquaculture production led to an important substitution of fish oil and fish meal with oil and meal from plant origin in feed meant for farming fish. However this replacement has some deleterious incidence on fish. For rainbow trout, which are carnivorous fish, some growth delay often appears from the early life stages when they are fed with plant based diet. The aim of this work was to assess, at alevin and juvenile stages, the impact of a total replacement of fish meal and oil on rainbow trout gastrointestinal tract, and more particularly on the digestive capacity and the associate microbiota. The objective, in fine, being to determine if some digestive enzymes, intestinal transporters, or bacterial communities are impacted by the dietary replacement and if these biological factors can be related to the observed growth delay. Metagenomic approach using next generation sequencing was used to characterize the gut bacterial communities, while digestive capacity was assessed through quantitative PCR and enzymatic measurements in order to compare rainbow trout responses to a plant-based diet. In our investigations, rainbow trout isogenic lines that diverge in their response to this alternative diet (tolerant or rather reluctant) were adopted because they constitute a pertinent biological material for answering this question.In alevin rainbow trout, a plant-based diet led to an increase of pepsinogen, trypsinogen, and chymotrypsinogen genes which codes for proteolitic enzymes. Two main assumptions can explain this response, and their effectivness remains to investigate: wether this is a physiological response due to a lower weight of trout fed with the plant-based diet, or so it is due to an increase transcritpion of pancreatic enzymes to compensate for a reduction of protein digestibility. In the intestine, it appears that an increase transcription of IAP, SGLT1, CCK-t, and PEPT1 genes, and a decrease transcription of GLUT2 gene under a plant-based diet could reflect a disability to grow under a vegetable diet.In juvenile rainbow trout, a plant-based diet led to a decrease of lipid digestibility, and of triglycerides and total amino acid plasmatic levels. These perturbations could be explained in part by a decrease of the phosphatase alkaline activity, which suggest perturbancesof intestinal homeostasis, and by a decrease of phospholipase A2 activity. Transcriptional decrease of the triglycerides transporter MTP and of the prolidase, which is a peptidase from intestinal cell cytosol, has also been observed. Some modification of the microbiota associated to the intestinal mucosa could also contribute to the decrease of the intestinal homeostasis. The dietary replacement effectively led to reduce evenness of the bacterial communities in trout fed with a plant-based diet, which reflected a shift in the representativeness of some OTUs. Bacterial community from trout fed with a marine diet and trout fed with a plant-based diet were on average 70 % dissimilar. Dietary substitution led to the replacement of OTUs from the Firmicutes class, different bacterial species being observed according to the considered diet. The comparison of bacterial community between the isogenic lines showed that the genotype led to the replacement of β-Proteobacteria. Finally, abundance comparison suggested that Cetobacterium somerae, which is able to synthesise vitamin B12, and Shewanella, which has already been reported to stimulate pancreatic β cells, could be implicated in the trout response to vegetable.Modifications observed in this work constitute biological indicator that could be used to assess the response of the digestive tract to future feed formulations.

C'est essentiellement sur les bactéries libres que portent les études récentes en écologie microbienne d'eau douce, et seulement quelques études ont concerné les communautés bactériennes attachées. Dans cette étude basée sur l'analyse des séquences du gène 16SARNr, la diversité des communautés bactériennes attachées ainsi que de la fraction libre a été étudiée sur deux systèmes d'eau douce ; un lac mésotrophe (le lac du Bourget) et un lac hypereutrophe (le lac Villerest). La diversité des Actinobacteria, Betaproteobacteria et Verrucomicrobia libres et attachées a été étudié en relation avec les variables environnementales, dans le lac du Bourget pendant deux périodes à dominances contrastées de phytoplancton. L'analyse des résultats a montré une différence au niveau phylogénétique entre les communautés bactériennes attachées et libres des trois groupes de bactéries étudiées. Le clade betaI, dominait les Betaproteobacteria des fractions libres et attachées, avec 57,8% de la totalité des unités taxinomiques opérationnelles (OTUs). Pour les Actinobacteria, le groupe d'acIV a été détecté comme le plus abondant, suivi par acI avec respectivement 45% et 25% du total des OTUs. De même, les groupes Verrucomicrobia d'eau douce, à savoir CREPA29, FukuN18, CL120-10 sont apparus comme les plus importants, avec 22,3%, 16,15% et 14,61% des OTUs respectivement. Cette étude a permis de définir 15 nouveaux clades putatifs représentant la diversité bactérienne d'eau douce des Betaproteobacteria (lbI-lbVIII), Actinobacteria (acLBI) et Verrucomicrobia (CRE-PA29, FukuS27, BourFI-BourFIV). Par ailleurs, 12 groupes représentant la diversité de phylogénétique des Betaproteobacteria, Actinobacteria et Verrucomicrobia contiennent exclusivement des OTUs de la fraction attachée. La dynamique saisonnière souligne les changements des phylotypes bactériens distincts pour les deux communautés attaché et libre. Les Actinobacteria dans la fraction attachée était associée avec la biomasse des Chrysophyceae et N-NO3, et les Betaproteobacteria avec la biomasse de Chlorophyceae et de la richesse du phytoplancton tandis que les Verrucomicrobia de cette même fraction ont semblé être principalement influencés par la richesse du phytoplancton, l′abondance des rotifères et les nutriments inorganiques (N-NO3, SiO2). D'autre part, dans les communautés libres, peu de clades d'actinobacterie dépendent des nutriments ou du phytoplancton, alors que les Betaproteobacteria et Verrucomicrobia ont été principalement associés avec les paramètres biologiques (i.e. phytoplancton et copépodes). Pendant le bloom des cyanobacteries (Microcystis sp.) dans le lac Villerest, les Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Alphaproteobacteria, Bacteroidetes et Actinobacteria ont été détectés comme taxa dominants dans les banques de clones du gène 16S ARNr. Toutefois Verrucomicrobia et Deinococcus-Thermus sont apparus relativement moins abondants dans les deux fractions, tandis que,Gemmatimonadetes, Acidobacteria, Chloroflexi, Planctomycetes, Deltaproteobacteria, Firmicutes et Op11 sont apparus comme des phyla mineurs dans la banque de clones des communautés bactériennes attaché et libre. Les Betaproteobacteria (n=118) attachées sont apparus comme le groupe dominant, suivi par Gammaproteobacteria (n=74) et Bacteroidetes (n=52). L'analyse phylogénétique des séquences obtenues pour la banque de clone de la fraction libre a montré que la plupart des OTUs appartiennent à Betaproteobacteria (n=192), suivi par Bacteroidetes (n=132) et Actinobacteria (n=61). Tandis que les Gammaproteobacteria (n=42) et Alphaproteobacteria (n=42) sont présents dans des proportions égales dans la banque de clones du 16S ARNr libre. (...) / The free-living bacteria point of view dominates in recent research of freshwater microbial ecology, only a few studies have focused on attached bacterial communities. In present study, based on 16S rRNA gene sequences, diversity of attached and free-living bacterial community was investigated from two freshwater aquatic systems ; a mesotrophic lake Bourget and a hypereutrophic lake Villerest. The diversity of attached and free-living Actinobacteria, Betaproteobacteria and Verrucomicrobia, in relation to environmental variables was investigated from lake Bourget during two contrasting periods of phytoplankton dominance. Comparison analyses showed a phylogenetic difference between attached and free-living bacterial communities of all three studied bacterial groups. The betaI, appeared as most dominant among all clades representing phylogenetic diversity of freshwater Betaproteobacteria, for both attached and free-living fractions, contributing to 57.8% of of the total retrieved opertational taxonomic units (OTUs). For Actinobacteria, the acIV cluster was detected as dominant, followed by acI accounting for 45% and 25% of the total retrieved OTUs respectively. Similarly, freshwater Verrucomicrobia cluster namely, CRE-PA29, FukuN18, CL120-10 appeared as dominant, comprising 22.3%, 16.15% and 14.61% of the total retrieved OTUs respectively. This study allowed defining 15 new putative clades representing the freshwater bacterial divesity of Betaproteobacteria (lbI-lbVIII), Actinobacteria (acLBI) and Verrucomicrobia (CRE-PA29, FukuS27, BourFI-BourFIV). In addition, 12 clusters representing the phylogenetic diversity of Betaproteobacteria, Actinobacteria and Verrucomicrobia were exclusively comprised of OTUs from the attached fraction. The seasonal dynamics of environmental variables have been reflected as changes in distinct bacterial phylotypes for both attached and free-living communities. The attached bacterial communities of Actinobacteria showed affiliation with Chrysophyceae biomass and N-NO3, while attached Betaproteobacteria were affiliated with biomass of Chlorophyceae and phytoplankton richness. Similarly attached verrucomicrobial communities appeared to be mainly influenced by phytoplankton richness, rotifers abundances and inorganic nutrients (NNO3,SiO2). On the other hand, within free-living communities, few actinobacterial clades were found to be dependent on either nutrients or phytoplankton communities, whereas Betaproteobacteria and Verrucomicrobia were mainly associated with biological parameters (i.e. phytoplankton and copepods communities). In another study during a cyanobacterial (Microcystis sp.) bloom from lake Villerest, Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Alphaproteobacteria, Bacteroidetes and Actinobacteria were detected as prevalent taxa among the 16S rRNA gene clone libraries, however, Verrucomicrobia and Deinococcus-Thermus appeared as comparatively less abundant bacterial groups in both fractions. Whereas, Gemmatimonadetes, Acidobacteria, Chloroflexi, Planctomycetes, Deltaproteobacteria, Firmicutes and Op11 were appeared as minor phyla in clone libraries of attached and free-living bacterial communities. For attached bacterial communities Betaproteobacteria (n=118) appeared as most dominant group, followed by Gammaproteobacteria (n=74) and Bacteroidetes (n=52). The phylogenetic analysis of the sequences obtained for the clone library from free-living fraction showed that most of the OTUs belonged to Betaproteobacteria (n=192) followed in decreasing order by Bacteroidetes (n=132) and Actinobacteria (n=61) whereas Gammaproteobacteria (n=42) and Alphaproteobacteria (n=42) appeared in equal proportion in free-living 16S rRNA clone libraries. (...)

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Il y a actuellement une pression mondiale pour revoir les pratiques d'utilisation des antimicrobiens (UAM) en production animale afin de limiter la propagation de bactéries résistantes aux antibiotiques. Conséquemment, les Producteurs de Poulet du Canada examinent la possibilité de réduire leur UAM en supprimant les antibiotiques médicalement importants en médecine humaine (AIM) des programmes préventifs avec la mise en place de leur stratégie de réduction de l’UAM. Cependant, les informations sont rares sur les conséquences de telles approches dans un contexte canadien. L'objectif de cette thèse était d'étudier les impacts sur les performances zootechniques, le contrôle des maladies intestinales et le microbiote cécal de deux stratégies de réduction de l'UAM dans des troupeaux commerciaux de poulets de chair par rapport à une UAM conventionnelle. Sur sept fermes commerciales de poulets de chair, un poulailler a été attribué aux traitements de réduction des antibiotiques pour six troupeaux consécutifs, tandis qu'un poulailler similaire sur le même site a été alloué à l'UAM conventionnelle (CONV) pour six troupeaux consécutifs (n = 84). Les stratégies de réduction des antibiotiques consistaient en l'utilisation continue d'ionophores dans l'alimentation sans (TX1) ou avec de l'acide butyrique (TX2). Aucune différence statistique (p > 0.05) n’a été notée entre TX1, TX2 et CONV sur les performances zootechniques et la santé intestinale. Les comptes d’oocystes d’Eimeria spp. étaient significativement (p < 0.05) inférieurs entre 22 et 34 jours d'âge dans les troupeaux CONV comparé aux TX1 et TX2. Le type de programme antibiotique a eu un impact relativement mineur (valeur R = 0.039), mais statistiquement significatif (p = 0.002), sur le microbiote cécal, tandis que les facteurs environnementaux ont montré les corrélations significatives (p = 0.001) les plus fortes avec le microbiote. Parmi les composantes du microbiote cécal associées à la croissance, le gain quotidien moyen (GMQ) était significativement associé à la Richesse bactérienne (p < 0.05). L’abondance relative de la famille bactérienne Lachnospiraceae fut la mesure la plus fortement corrélée à un GMQ augmenté, tandis que l’abondance relative de nombreuses familles bactériennes, incluant les Porphyromonadaceae, les Planococcaceae et les Veillonellaceae, fut corrélée à un faible GMQ. Ces taxons défavorables formaient un vaste réseau de corrélations positives entre elles, et négativement corrélées aux Lachnospiraceae. En conclusion, ces travaux ont contribué à améliorer la résilience de l'industrie avicole en fournissant des stratégies alternatives aux AIM pour prévenir les maladies intestinales. Des connaissances importantes sur le microbiote cécal des poulets de chair furent générées et pourront considérablement influencer les directions futures de la manipulation du microbiote pour favoriser la croissance. Par exemple, un paradigme important a été remis en question en illustrant que les additifs médicamenteux dans l'alimentation n’influencent que marginalement le microbiote cécal et que ce sont plutôt des facteurs environnementaux qui sont fortement impliqués dans la formation des communautés bactériennes cécales. La clé pour développer un microbiote cécal idéal chez les poulets de chair pourrait résider dans la capacité d'influencer ces facteurs, plus particulièrement l'exposition précoce à des communautés bactériennes bénéfiques et le contrôle de la flore résidente spécifique à la ferme. / There is a global pressure to review current antimicrobial use (AMU) practices in animal production and limit large-scale propagation of antibiotic resistant microorganisms. Consequently, the Chicken Farmers of Canada are examining the possibility to responsibly reduce AMU by discontinuing medically important antibiotics (MIAs) for humans from disease prevention programs of broiler chicken flocks through the implementation of their Antimicrobial Use Reduction Strategy. However, information is sparse on the consequences of such approaches in a Canadian commercial poultry production context. The general objective of this thesis was to investigate the impacts of two strategies reducing AMU in commercial broiler chicken flocks on zootechnical performance, control of intestinal diseases and the cecal microbiota compared to conventional AMU. On seven commercial broiler chicken farms, a house was allocated to the antibiotic reduction treatments for six consecutive flocks, while a similar house on the same premises was assigned to the conventional AMU (CONV) for six consecutive flocks (n = 84). The antibiotic reduction strategies consisted of continuous in-feed ionophores without (TX1) or with butyric acid (TX2). There were no statistical differences (p > 0.05) between TX1, TX2 and CONV for zootechnical performance and intestinal health. Predicted Eimeria spp. oocysts were significantly lower (p < 0.05) between 22 to 34 days of age in CONV flocks compared to TX1 and TX2. The type of antibiotic program had a relatively minor impact (R-value = 0.039), but statistically significant (p = 0.002), on the cecal microbiota composition, while environmental factors such as the farm and flock cycle showed the strongest statistically significant (p = 0.001) correlations with the microbiota composition (R-values of 0.239 and 0.374, respectively). Amongst the cecal microbiota components associated with weight gain, the average daily gain (ADG) was significantly associated with bacterial Richness (p < 0.05). The relative abundance of the bacterial family Lachnospiraceae was the most important measure correlated with ADG, while the relative abundance of numerous bacterial families, including Porphyromonadaceae, Planococcaceae and Veillonellaceae, were correlated with decreased growth rate. These unfavourable taxa formed a large network of positive correlations, indicating potential co-occurring synergies between these undesirable taxa. This network was also negatively correlated to Lachnospiraceae. In conclusion, the findings in this work contributed to improve the sustainability of the modern poultry industry by providing feasible alternatives to the practice of using MIAs for the prevention of intestinal diseases in broiler chickens. This project also generated important knowledge on the cecal microbiota of broiler chickens that could considerably influence future directions of microbiota manipulation in a perspective of improving zootechnical performance. For instance, an important paradigm was challenged by the indication that in-feed antibiotics and prebiotics may only influence marginally the microbiota during grow-out. Rather, this work suggests environmental factors are strongly involved in shaping the bacterial communities residing in the ceca of broiler chickens. Hence, the key to successfully develop an ideal cecal microbiota in broiler chickens may reside in the ability to influence such factors, more specifically the early exposure to beneficial bacterial communities and the control of farm-specific resident flora.

Des études ont récemment mis en évidence le rôle des lipopolysaccharides (LPS) des bactéries à Gram négatif de la flore intestinale dans le processus de l’inflammation conduisant à l’obésité et au diabète de type 2.Le présent travail est réalisé dans le cadre d’une collaboration entre les équipes du Dr. Caroff (U. Paris-Sud, Orsay) et du Pr. Zhao (U. Jiao Tong, Shanghai). Les expériences présentées ont été réalisées lors de séjours dans les deux laboratoires.Il a été démontré en Chine que des bactéries Sulfato-réductrices (SRB) à Gram négatif étaient présentes en plus forte proportion dans la flore intestinale chez les souris suivant un régime gras. Les mêmes résultats ont été observés chez l'homme. L’hypothèse selon laquelle des SRB seraient à l’origine de grandes quantités d’endotoxines chez les obèses et les patients diabétiques a été émise. Plusieurs souches de SRB isolées de la flore intestinale humaine d’un sujet sain et d’un sujet diabétique ont été cultivées en Chine. Des études de relation structure/activité des LPS isolés de ces bactéries ont été réalisées dans le laboratoire Français pour déterminer leur rôle dans le développement des maladies métaboliques. Les souches isolées des deux sujets ont pu être classées dans le genre Desulfovibrio. Les LPS correspondants ont été extraits et purifiés par des méthodes mises au point dans l’équipe d’Orsay. La structure chimique a été élucidée par les méthodes suivantes : Electrophorèse, Chromatographie sur couche mince, Chromatographie en phase gazeuse et Spectrométrie de masse MALDI. C’est ainsi que des spectres de masse ont été obtenus et que la structure des lipides A, principes actifs des LPS, isolés de SRB a été décrite pour la première fois. Les activités biologiques testées (TNFα, IL-6) varient en fonction du nombre d’acides gras présents. Les LPS de SRB du patient sain ont une structure variable (Smooth versus Rough) en fonction de la quantité de fer présent dans le milieu, et ceux isolés du patient diabétique présentent des structures atypiques qui ne sont pas toutes inflamogènes. Une molécule membranaire inconnue, que nous avons nommée « Glycosyl’X » était co-extraite avec les LPS. Elle joue apparemment un rôle important dans la croissance des SRB et a été étudiée après des étapes de purification complexes. Les structures et le pouvoir inflammatoire de ces molécules dont la structure varie avec les souches, et qui chélatent le fer, ont été étudiées. Elles sont de nature principalement osidique et fixées à la membrane. La proportion de ces molécules par rapport aux LPS varie avec la quantité de fer disponible dans le milieu. Un milieu riche en fer favorise la croissance des Desulfovibrio portant les Glycosyl’X qui n’ont pas de pouvoir inflammatoire eux-mêmes, mais entrent en compétition avec les LPS, modulant ainsi indirectement l’activité de ces derniers. L’augmentation du nombre de Desulfovibrio conduisant à l’augmentation des molécules Glycosyl’X pourrait aussi moduler positivement (par présentation) ou négativement (par élimination des bactéries) l’adsorption du fer dans les intestins dont l’équilibre est essentiel pour l’homéostasie métabolique.Par ailleurs, la croissance des Desulfovibrio augmente la production d’Hydrogène Sulfuré connu pour son action délétère sur les cellules. Nous favorisons l’hypothèse selon laquelle son action sur la disjonction des cellules épithéliales permettrait le passage des différents LPS relargués par la flore Gram-négative intestinale, et même des bactéries entières, vers la circulation sanguine. / Recent studies have highlighted the role of lipopolysaccharide (LPS) in the intestinal flora (gut microbiota) which could contribute to the inflammation process leading to obesity and type 2 diabetes. This thesis is part of a collaborative project between the laboratories of Dr. Caroff (U. Paris -Sud, Orsay, France) and Prof. Zhao (U. Jiao Tong , Shanghai, China). It has been shown by Pr.Zhao’s team in 2010 that the Sulfate -Reducing Bacteria (SRB) were presented in greater proportion in the intestinal mice flora following a fat diet compared to mice following a normal diet. The same results were observed in humans. The starting hypothesis was that SRB could produce a large amount of endotoxin in obese and diabetic patients and play a role in the development of metabolic diseases. Several SRB strains isolated from the human intestinal flora of a healthy subject and of a diabetic subject were grown in the Chinese laboratory. Studies of their LPS structure / activity relationships were carried out in the French laboratory. The aim of this study was to determine their roles in the development of metabolic diseases.Strains isolated from the two subjects could be classified in the Desulfovibrio genus. The corresponding LPS were extracted and purified by the methods developed in the French laboratory. The chemical structure was elucidated by the following methods: Electrophoresis, Thin layer chromatography, Gas chromatography and MALDI mass spectrometry. The mass spectra were obtained and the structure of lipid A, the active part of LPS isolated from SRB was described here for the first time. The biological activities test (TNFα, IL-6) vary depending on the number of fatty acids present in their lipid A structure. The LPS of SRB isolated from the healthy patient had a variable structure (Smooth versus Rough) depending on the amount of iron present in the medium, and those isolated from diabetic patients had atypical structures are not all inflamogenic .An unknown membrane molecule, which we named "Glycosyl'X" was co-extracted with the LPS. It apparently plays an important role in the growth of SRB was investigated after complex purification steps. The structures and the inflammatory power of these molecules variying with strains chelating iron were studied. They are mainly of glycosidic nature and linked to the bacterial membrane.The proportion of these molecules relatively to LPS varies with the amount of iron in the medium. An environment rich in iron promotes the growth of Desulfovibrio Glycosyl'X, molecules but competes with LPS and indirectly modulates the activity of the latter. The increase number of Desulfovibrio leading to increased Glycosyl'X molecules may also modulate positively (by presentation) or negatively (by killing bacteria) the absorption of iron in the intestines which balance is essential for metabolic homeostasis.Furthermore, the growth of Desulfovibrio increasing the production of Hydrogen Sulfide is known for its deleterious effects on the cells. We favor the hypothesis that its action on the separation of epithelial cells favors the passage of different LPS released by the Gram- negative of intestinal flora and even whole cell bacteria into the bloodstream.