Nous avons mis au point un fermenteur continu multi-étagé (MSCF) dans le but de reproduire les conditions de la fermentation alcoolique en conditions œnologiques. Ce bioréacteur permet de maintenir les levures dans un milieu stable et contrôlé tout en découplant la croissance et la phase stationnaire. Le système offre donc la possibilité d'obtenir des levures non croissantes dans un milieu de composition stable. Dans un premier temps, nous avons validé la pertinence du MSCF pour reproduire les conditions de fermentation du batch, par approche intégrée (des paramètres cinétiques, des métabolites intra et exo cellulaire et de l'expression génique). Nous avons ensuite utilisé ce bioréacteur pour étudier les mécanismes d'adaptation métabolique des microorganismes suite à un ajout d'azote, pratique largement répandue en œnologie. Plusieurs résultats originaux ont été obtenus concernant, notamment, la réorganisation du cycle TCA, le transport des sources azotées et la synthèse des alcools supérieurs et esters. La fiabilité de l'outil mis au point et l'originalité des données obtenues ouvrent des perspectives à l'utilisation du MSCF pour la compréhension du métabolisme et des mécanismes d'adaptation des levures. / We set up a multi-stage continuous fermentor (MSCF) to mimic the conditions of alcoholic fermentation. In this bioreactor, the yeasts are in a steady and well controlled state representative of the growth and stationary phases of the batch. The ability of the MSCF to reproduce batch fermentation was assessed using an integrated approach (measurement of kinetic parameters, intra and exo-cellular metabolites and gene expression). We then used the MSCF to study the impact of nitrogen supplementation performed during the stationary phase, on yeasts metabolism. Several original results were obtained, concerning the TCA cycle, the transport of nitrogenous sources and the synthesis of higher alcohols and esters. This work points out the interest of using the MSCF to assess the effect of medium perturbations during alcoholic fermentation, especially during the stationary phase. More generally, the accuracy of the MSCF and the originality of the data obtained open new prospects for a better understanding of yeasts metabolism and regulation mechanisms.

Dans son environnement, la bactérie Escherichia coli (E. coli) fait face à d’importantes fluctuations des ressources carbonées. Une capacité d’adaptation métabolique lui permet de coloniser ou de subsister en fonction des substrats disponibles. Cette adaptation est régie par un réseau complexe de régulations de l’expression génique. Le régulateur global post-transcriptionnel CSR (Carbon Storage Regulator) régule la stabilité et/ou l’initiation de la traduction d’ARNm par l’intermédiaire de la protéine CsrA. Ce système, essentiel en présence de glucose et est également supposé être impliqué dans la régulation d’une transition métabolique glycolyse vers gluconéogenèse. Le caractère essentiel de CSR est à ce jour inexploré, tout comme son implication dans la régulation d’une adaptation métabolique. Une approche de biologie intégrative menée pour différents mutants du système CSR a permis d’avancer pour la première fois, une explication de l’essentialité de CSR lors d’une croissance exponentielle sur glucose et de caractériser son implication dans la régulation de la transition métabolique glucose-acétate. Des approches de transcriptomique et de stabilomique utilisées pour une souche sauvage au cours d’une adaptation métabolique ont mis en évidence l’importance des régulations de la stabilité des ARNm au cours de l’adaptation. En conclusion, ces travaux approfondissent grandement les connaissances concernant le système CSR et son implication dans la régulation du métabolisme d’E. coli. Ce système, indispensable à la régulation du métabolisme durant une phase de croissance sur glucose s’ajoute de façon indéniable au réseau déjà complexe de régulations du métabolisme d’E. coli / In its natural environment, Escherichia coli (E. coli) faces strong fluctuations of the nutrient availability. A complex gene regulatory network makes the bacterium able to switch between a state of growth in the presence of an appropriate carbon source and a non-growth state in its absence. Within this network, the global post-transcriptional regulator CSR (Carbon Storage Regulator) modifies mRNA stability and/or translation initiation by the CsrA protein. This system has been shown to be essential for cells to grow on glucose and is hypothesized to be involved in the regulation of metabolic transitions. However both observations remained unexplored so far. An integrative approach has been used to investigate for the first time the essentiality of CSR on glucose as well as its involvement in the regulation of the glucose-acetate transition. Molecular and phenotypic data for different mutants of the CSR system have been produced and integrated into mathematical models. Transcriptomic and Stabilomic approaches have been used eventually to characterize the importance of the control of mRNA stability during the metabolic adaptation. mRNA stability regulations appear to be of particular importance in gene expression regulation during metabolic adaptation. To conclude, this work shed a new light upon CSR’s involvement in the regulation of E. coli’s metabolism. CSR is definitely essential to regulate glycolysis and thus constitutes another regulator to be integrated into the already complex regulations network of E.coli’s metabolism

L’anorexie mentale (AN), un trouble du comportement alimentaire multifactoriel, se traduit par une perte de poids. La sévère dénutrition retrouvée dans l’AN est associée à des altérations métaboliques induisant une dérégulation de l’axe intestin cerveau. Les mécanismes physiopathologiques sont encore mal connus. Le travail de cette thèse était de mieux appréhender les dysfonctions de l’axe intestin cerveau en évaluant le métabolisme protéique de divers tissus (hypothalamus, côlon et estomac) dans un modèle murin d’anorexie par une approche protéomique. Le premier travail a permis de mieux caractériser le modèle d’anorexie nommé activity-based anorexia (ABA) en fonction du sexe. Puis les différentes analyses protéomiques ont permis de constater une adaptation tissu dépendant des mécanismes régulant l’équilibre énergétique, avec une activité cérébrale potentiellement augmentée au détriment des fonctions digestives. Chez les souris femelles ABA, il a été constaté une augmentation d’expression de protéines mitochondriales au niveau de l’hypothalamus et à l’inverse, une diminution du métabolisme protéino-énergétique au niveau colique avec un rôle de la voie de signalisation mTOR. L’autophagie était augmentée dans ces deux tissus. Ensuite, nous avons démontré un ralentissement de la vidange gastrique secondaire à la dénutrition, et l’analyse protéomique a permis de constater une augmentation du stress oxydant au niveau de l’antre des souris ABA femelles. Ces altérations peuvent contribuer aux troubles fonctionnels gastro intestinaux. En conclusion, nos études soulignent des mécanismes d’adaptation tissu dépendants dans l’anorexie, qui devront être ultérieurement approfondis. / Anorexia nervosa, a multifactorial eating disorder, is a major public health problem and results in a severe body weight loss. The severe malnutrition observed in anorectic patients is associated with metabolic alterations inducing disturbance of the gut-brain axis. However, involved mechanisms remained poorly understood. The aim of the present thesis was to better understand the alterations of the gut-brain axis in the activity-based anorexia (ABA) model by evaluating the protein metabolism of various tissues (hypothalamus, colon and stomach) by proteomic approach. Firstly, we have better characterized the response to ABA model according to sex. Then, different proteomic analyses were performed using female C57BL/6 mice. Our results revealed a tissue-dependent adaptation of protein and energy metabolism with an increased hypothalamic activity and a decrease in the gastrointestinal tract. Indeed, ABA mice exhibited an increased expression of proteins involved in mitochondrial metabolism at the level of the hypothalamus, and conversely a decrease of proteins involved in protein and energy metabolism in colonic mucosa with a key role of the mTOR signaling pathway. Both in hypothalamus and colon, autophagy was increased. We were also able to show that gastric emptying was delayed in ABA mice that is mainly due to malnutrition. In addition, proteomic analysis revealed an increase in gastric oxidative stress in female ABA mice. These alterations may contribute to the gastrointestinal functional disorders frequently described in anorexia nervosa. In conclusions, our study underlined tissue-dependent adaptive metabolic process during anorexia that should be further explored.