Le microbiote bactérien cuticulaire des fourmis (Hymenoptera : Formicidae) est connu pour avoir un rôle défensif chez ces insectes sociaux, notamment chez les fourmis attines (Formicidae : Attini) grâce l’utilisation de molécules antimicrobiennes produites par des actinobactéries cuticulaires. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié le microbiote bactérien des fourmis de Guyane en utilisant différentes approches en chimie des produits naturels et en écologie moléculaire. Le premier chapitre décrit l’isolement, l’identification, la culture et l’évaluation biologique de 43 actinobactéries cuticulaires de fourmis de Guyane. Les tests d’antagonismes des souches isolées et l’activité antibiotique des extraits de culture contre des micro-organismes pathogènes humains sont présentés ainsi que l’identification d’un dipeptide cyclique (Cyclo(LPro-LPhe)) antimicrobien qui a été isolé à partir d’une souche proche de Streptomyces thioluteus. Par ailleurs, la mise en œuvre de réseaux moléculaires appliqués à une analyse par UPLC/MS/MS de cocultures d’actinobactéries a permis d’explorer la diversité des métabolites produits dans ces conditions. Le deuxième chapitre présente une étude méthodologique pour comparer quatre méthodes d’extraction d’ADN, en termes de richesse et de composition du microbiote bactérien cuticulaire, par séquençage haut débit à partir des espèces Atta cephalotes et Pseudomyrmex penetrator. Les résultats du métabarcoding ADN mettent en lumière deux méthodes d’extraction et révèlent des différences inter- et intraspécifiques dans la composition des communautés bactériennes cuticulaires. Enfin, le chapitre trois décrit la composition du microbiote bactérien cuticulaire des espèces Camponotus femoratus et Crematogaster levior dans les jardins de fourmis. Les résultats soulignent l’acquisition d’une partie du microbiote dans l’environnement. En parallèle l’analyse métabolomique des cuticules montre à contrario une plus grande spécificité liée à l’espèce de fourmi. Les recherches futures axées sur les stratégies d’analyses statistiques combinant le métabarcoding et la métabolomique sont discutées. / The bacterial microbiota of ants (Hymenoptera: Formicidae) is known to have a defensive role in social insects, particularly for leaf-cutting ants (Formicidae: Attini) due to the use of antimicrobial molecules produced by cuticular actinobacteria. In this thesis, we studied the bacterial microbiota of ants in French Guyana using different approaches based on natural products chemistry and molecular ecology. The first chapter describes the isolation, identification, culture and biological evaluations of 43 cuticular actinobacteria. Antagonism bioassays of isolated strains and antibiotic activities of the culture extracts against human pathogens are presented as well as the identification of an antimicrobial cyclic dipeptide (Cyclo (LPro-LPhe)) isolated from a strain close to Streptomyces thioluteus. Moreover, the implementation of molecular networks applied to UPLC/MS/MS analysis of actinobacterial cocultures allowed us to explore the diversity of metabolites produced under these conditions. The second chapter presents a methodological study to evaluate the capacity of four DNA extraction methods, in terms of richness and composition of the cuticular bacterial microbiota, in high-throughput sequencing from Atta cephalotes and Pseudomyrmex penetrator. The results of metabarcoding highlight two methods of extraction and reveal inter- and intraspecific differences in the composition of cuticular bacterial communities. Finally, chapter three describes the composition of the cuticular bacterial microbiota of Camponotus femoratus and Crematogaster levior in ant garden and the results reveal the acquisition in the environment of a part of the microbiota. In parallel, metabolomic analyses of ant’s cuticle show, on the contrary, a greater specificity related to the ant species. Future researches focusing on statistical analysis strategies combining metabarcoding and metabolomics data are discussed.

Different aspects of interaction of metals other than iron with metallophore mixtures were elucidated. Metal chelation besides iron and greater than with pure desferrioxamine B is documented by enhanced performance of soil mineral dissolution following application of diverse metallophore mixtures. New insights from genome to product of metallophores from Gordonia rubripertincta CWB2 under different cultivation conditions and under metal stress, particularly induced by rare earth elements are given. This evaluation led to increase by a factor of 13. Structure analyses showed that the strain produces citrate and different desferrioxamines. A robust RP-HPLC-based method quantified metal complexation. Further metal immobilization methods for metallophores for metal extraction from solutions with low concentrations were established. Moreover, catechol and hydroxamate metallophores from Arthrobacter oxydans ATW2 and Kocuria rosea ATW4 demonstrate the enhancement of Ge and rare earth element bioavailability, plant growth promotion and phytoextraction potential.:CONTENTS Abstract ..........................................................................................................1 CHAPTER 1 Introduction ......................................................................................5 CHAPTER 2 Mobilization of trace elements in soil extracts by bacterial siderophores in dependence of the pH-value..................................31 CHAPTER 3 Cultivation dependent formation of siderophores by Gordonia rubripertincta CWB2........................................................................41 CHAPTER 4 Data on metal-chelating, -immobilization and biosorption properties by Gordonia rubripertincta CWB2 in dependency on rare earth adaptation.......................................................................................67 CHAPTER 5 Analysis of desferrioxamine-like siderophores and their capability to selectively bind metals and metalloids: development of a robust analytical RP-HPLC method. ..........................................................97 CHAPTER 6 Secondary metabolites released by the rhizosphere bacteria Arthrobacter oxydans and Kocuria rosea enhance plant availability and soil–plant transfer of germanium (Ge) and rare earth elements (REEs) .........................................................................................120 CHAPTER 7 Conclusion remarks and further perspectives ...............................154 References .......................................................................................................162 Acknowledgement .........................................................................................185 Curriculum Vitae ..........................................................................................187 List of publications ..........................................................................................189 List of oral and poster presentations ..........................................................190 List of proceedings ..........................................................................................191 / En este trabajo se han dilucidado diferentes aspectos de la interacción de los metales con las mezclas de metalóforos desde distintos ángulos. La quelación de metales por debajo del hierro se pone de manifiesto en la mejora del rendimiento de la disolución de los minerales del suelo debido a la aplicación de diversas mezclas de metanóforos en comparación con la deferoxamina B pura. Se ofrecen nuevos conocimientos desde el genoma hasta el producto de los metanóforos de Gordonia rubripertincta CWB2 en diferentes condiciones de cultivo y bajo estrés por metales, especialmente inducido por elementos de tierras raras. Esta evaluación condujo a una sobreproducción de un factor de 13. El análisis estructural muestra que la cepa produce citrato y diferentes desferrioxaminas. Un método robusto basado en RP-HPLC cuantificó la complejación de metales. Se establecieron otros métodos de inmovilización de metales para la extracción de metales a partir de soluciones poco concentradas. Además, los metalóforos de catecol e hidroxamato de Arthrobacter oxydans ATW2 y Kocuria rosea ATW4 demuestran la mejora de la biodisponibilidad de GE y REE, la promoción del crecimiento vegetal y el potencial de fitoextracción.:CONTENTS Abstract ..........................................................................................................1 CHAPTER 1 Introduction ......................................................................................5 CHAPTER 2 Mobilization of trace elements in soil extracts by bacterial siderophores in dependence of the pH-value..................................31 CHAPTER 3 Cultivation dependent formation of siderophores by Gordonia rubripertincta CWB2........................................................................41 CHAPTER 4 Data on metal-chelating, -immobilization and biosorption properties by Gordonia rubripertincta CWB2 in dependency on rare earth adaptation.......................................................................................67 CHAPTER 5 Analysis of desferrioxamine-like siderophores and their capability to selectively bind metals and metalloids: development of a robust analytical RP-HPLC method. ..........................................................97 CHAPTER 6 Secondary metabolites released by the rhizosphere bacteria Arthrobacter oxydans and Kocuria rosea enhance plant availability and soil–plant transfer of germanium (Ge) and rare earth elements (REEs) .........................................................................................120 CHAPTER 7 Conclusion remarks and further perspectives ...............................154 References .......................................................................................................162 Acknowledgement .........................................................................................185 Curriculum Vitae ..........................................................................................187 List of publications ..........................................................................................189 List of oral and poster presentations ..........................................................190 List of proceedings ..........................................................................................191 / Es wurden verschiedene Aspekte der Wechselwirkung von anderen Metallen als Eisen mit Metallophormischungen untersucht. Die Chelatbildung mit anderen Metallen als Eisen, die größer ist als bei reinem Desferrioxamin B, wird durch eine verbesserte Leistung bei der Auflösung von Bodenmineralien nach Anwendung verschiedener Metallophormischungen dokumentiert. Es werden neue Erkenntnisse vom Genom bis zum Produkt von Metallophoren aus Gordonia rubripertincta CWB2 unter verschiedenen Anbaubedingungen und unter Metallstress, insbesondere induziert durch Seltene Erden, gegeben. Diese Auswertung führte zu einer Steigerung um den Faktor 13. Strukturanalysen zeigten, dass der Stamm Citrat und verschiedene Desferrioxamine produziert. Eine robuste RP-HPLC-basierte Methode quantifizierte die Metallkomplexierung. Weitere Methoden zur Metallimmobilisierung von Metallophoren für die Metallextraktion aus Lösungen mit niedrigen Konzentrationen wurden etabliert. Darüber hinaus zeigen Catechol- und Hydroxamat-Metallophore aus Arthrobacter oxydans ATW2 und Kocuria rosea ATW4 die Verbesserung der Bioverfügbarkeit von Ge und Seltenen Erden, die Förderung des Pflanzenwachstums und das Phytoextraktionspotenzial.:CONTENTS Abstract ..........................................................................................................1 CHAPTER 1 Introduction ......................................................................................5 CHAPTER 2 Mobilization of trace elements in soil extracts by bacterial siderophores in dependence of the pH-value..................................31 CHAPTER 3 Cultivation dependent formation of siderophores by Gordonia rubripertincta CWB2........................................................................41 CHAPTER 4 Data on metal-chelating, -immobilization and biosorption properties by Gordonia rubripertincta CWB2 in dependency on rare earth adaptation.......................................................................................67 CHAPTER 5 Analysis of desferrioxamine-like siderophores and their capability to selectively bind metals and metalloids: development of a robust analytical RP-HPLC method. ..........................................................97 CHAPTER 6 Secondary metabolites released by the rhizosphere bacteria Arthrobacter oxydans and Kocuria rosea enhance plant availability and soil–plant transfer of germanium (Ge) and rare earth elements (REEs) .........................................................................................120 CHAPTER 7 Conclusion remarks and further perspectives ...............................154 References .......................................................................................................162 Acknowledgement .........................................................................................185 Curriculum Vitae ..........................................................................................187 List of publications ..........................................................................................189 List of oral and poster presentations ..........................................................190 List of proceedings ..........................................................................................191

This report summarizes the work on the cloning, expression, and purification of PerR, a metal sensing regulator from Saccharopolyspora erythraea and the subsequent characterization using small angle X-ray scattering and other biochemical methods. The report aims to provide an insight into prokaryotic metal homeostasis, provide a better understanding of how PerR works and provide valuable information for the continued work on the crystallization of PerR.

Le traitement de boues de station d'épuration (Boues activées de Marrakech) en mélange avec déchets verts (Palmier dattier) selon deux mélanges dont les proportions : A (1/3 Boues + 2/3 Déchets de palmier) et B (1/2 Boues + 1/2 Déchets de palmier), a été effectué par la filière du compostage, pendant six mois. Au cours du co-compostage, l’intense activité microbienne s’est traduite par une augmentation de température (autour 65 C°) au cours des premières semaines (phase thermophile) et un taux de décomposition final de l’ordre de 40%. Après six mois de co-compostage, le compost final est caractérisé par un rapport C/N voisin de 10, un rapport de NH4+/NO3- < 1, un pH autour de la neutralité signe de maturité des composts. L’analyse FTIR a montré une diminution de l'absorbance des bandes aliphatiques et l'augmentation de la structure de bandes d'absorbance aromatiques reflètent l'état d'avancement du processus d'humification. Le taux d’abattement des lipides totaux est de l’ordre de 43%. Les esters méthyliques d’acide gras (FAMEs) des Gram-positif (i,C15 :0) ont augmenté durant la phase thermophile. Les FAMEs d’origine non spécifique (C6 :0, C14 :0) ont connu une intense diminution, les FAMEs de bactéries non spécifiques représentent une grande teneur durant la phase thermophile. L’indice CPI a augmenté à la fin du co-compostage indiquant l’enrichissement du compost en FAMEs d’origine végétale. Les principaux composés ligneux identifiés, au cours du co-compostage, par Py-GC-MS, sont classés en deux groupes. Le premier est constitué de 7 composés dont la teneur diminue au cours du co-compostage, parmi lesquels : Toluène, 2,4-diméthylbenzène, éthylbenzène, Styrène, 1-éthyl-2-méthylbenzène, 4-méthylphénol et 2-méthylnaphthalène. Le deuxième groupe est constitué de 4 composés qui augmentent au cours du co-compostage : phénol, benzofuran, éthylméthoxyphénol et diméthoxyphénol. Les principaux stéroïdes identifiés sont les C27-C29 sterènes, stanols, 5β-cholesta-3-one, cholesta-3,5-diène et 2 thiostéranes. A l’exception des thiosteranes et quelques composés de C27-C29 cholestenes la concentration relative des stéroides diminue au cours du processus suit à leur attaque microbien. L’abattement total de la teneur des stéroïdes est corrélé positivement avec les indicateurs de maturité du compost (C/N et NH4+/NO3-) ce qui ouvre la voie à une éventuelle utilisation des stéroïdes comme indicateur de dépollution et de maturité de compost. 12 isolats d’actinomycètes ayant une activité antimicrobienne vis-à-vis d’un large spectre des germes pathogènes ont été isolés sur le milieu sélectif CTEA. Le degré d’hygiénisation est confirmé par la diminution de la concentration des coliformes fécaux et totaux, et l’abattement des œufs d’helminthes identifiés (Ascaris sp., Capillaria sp., et Trichuris sp.) vers la fin du co-compostage. La phytotoxicité, déterminée par l’effet des extraits hydrosolubles à différents stades de co-compostage sur la germination et la croissance des radicules (Navet, Cresson, Laitue, Luzerne), a diminué et l’indice de germination dépasse 100%, après six mois de co-compostage. La génotoxicité du chrome hexavalent (Cr(VI)) du substrat de co-compostage est corrélée positivement avec la fréquence des micronoyaux (MN). Après six mois de co-compostage le taux des MN diminue avec un taux d’abattement de 70,4% et 77,2% avec l’abattement de la concentration du Cr(VI) avec 58 et 58,6% respectivement pour le mélange A et B. Ceci ouvrira la voie d’utilisation de cet indice comme un indice de maturité des composts. La diminution de la phytotoxicité et la génotoxicté au cours du co-compostage confirme l’état de stabilisation et de la maturité des co-composts, ce qui pemettra l’épandage de ces composts en tant qu’amendement organique des sols sans risque de contamination du système sol-plante. / The co-composting of activated sludge and lignocellulose waste (palm tree waste) was monitored to study the behaviour of two mixtures, referred to as A (1/3 sludge + 2/3 palm waste) and B (1/2 sludge + 1/2 waste palm) for 6 months. The biotransformation was evaluated by physicochemical and spectroscopic analyses. The thermophilic phase is characterized by a rise in temperature, which peaked at 65°C. This is the result of intense microbial activities. The final composts exhibited a higher degree of decomposition than the controls as shown by a decomposition rate of about 40%, decrease of C/N ratio to around 10 and NH4 +/NO3 - ratio below 1. The decrease of aliphatic absorbance bands and the increase of aromatic absorbance bands follow the progress of the humification process. Total extractable lipid was decreased by 43%. The fatty acid methyl esters (FAMEs) from Gram-positive bacteria (i, C15: 0) increased during the thermophilic phase. FAMEs from non-spécific origin (C6 :0, C14 :0) exhibited a decrease toward the end of co-compostin, linear FAMEs from non-specific bacteria underwent a decrease during co-composting. The CPI index thus increased at the end of the composting process, indicating that the final product was proportionally richer in fatty acids of plant origin. Two lignin groups were distinguished by Py-GC-MS. Group 1 contained toluene, 2,4-dimethylbenzene, ethylbenzene, styrene, 1-ethyl-2-methylbenzene, 4-methylphenol and 2-methylnaphthalene; their relative proportions decreased during co-composting. A second group of 4 components showed concentrations that increased with co-composting time: phenol, benzofuran, ethylmethoxyphenol and dimethoxyphenol. The main steroids identified were C27-C29 sterenes and stanols, 5β-cholesta-3-one, cholesta-3,5-diene and 2 thiosteranes. Except for thiosteranes and some of the C27-C29 cholestenes, the relative concentrations decreased during co-composting due to microbial degradation. The changes in steroids during co-composting, was positively correlated with the physico-chemical parameters of mature compost, especially C/N and NH4 +/NO3 - ratios, opening the way for the use of steroids as indicators of pollution and compost maturity. On the selective CTEA medium, 12 active strains of isolated actinobacteria presented a suppressive action against various pathogens. This may justify that a biotic factor is also an important factor contributing to making co-composting substrates hygienic. The degree hygiene reached is confirmed by the reduction in the faecal and total coliforms, and by the abatement of identified helminth eggs (Ascaris sp., Capillaria sp., and Trichuris sp.) towards the end of the process. The phytotoxicity determined by the effect of aqueous extract, at various stages of the co-composting, performed by monitoring the number of germinated seeds and the rootlets growth of turnip, watercress, alfalfa, and lettuce was decreased, and the growth of radicals that have a germination index that exceeds 100% after six months of co-composting. Hexavalent chromium (Cr(VI)) genotoxicity showed a positive correlation with micronucleus (MN) frequency. After six months of co-composting, the MN rate decreased significantly by 70.4 and 77.2% with decreasing Cr(VI) concentration with 58 and 58.6%, for mixtures A and B respectively. That indicates their suitability for use as a maturity index. During co-composting the abatement rate of phytotoxicity and genotoxicity confirme the maturation and stabilization degree of co-composting end products which encourages their recycling in agriculture as a fertilizer for the soil without any contamination of the soil-plant system.