Chez les Archaea, tous les processus informationnels, transcription incluse, sont effectués par des protéines proches de celles des Eukarya. Alors que la machinerie transcriptionnelle des archées a été bien caractérisée structurellement et fonctionnellement, très peu d'informations sont disponibles sur la régulation de son activité. En travaillant à la fois avec des modèles cellulaires (crénarchée hyperthermophile Sulfolobus islandicus) et viraux, nous avons pu réaliser une étude approfondie de trois régulateurs transcriptionnels et mieux comprendre les mécanismes de régulation transcriptionnelle chez les archées. Au cours de cette thèse, deux régulateurs viraux, SvtR et AFV1p06, et un régulateur cellulaire, Sta1, ont été étudiés. Concernant SvtR, codé par le virus SIRV1 qui infecte S. islandicus, nous avons poursuivi la recherche précédente, qui avait permis de déterminer sa structure et sa fonction, en nous focalisant sur la caractérisation de l'ensemble de ses cibles dans le génome viral et sur l'étude de son mécanisme d'action. Pour cela, la séquence du site consensus reconnu par SvtR a été établie à l'aide de la mutagénèse systématique d'un de ses sites déjà caractérisés. Ce site est présent dans les promoteurs de dix gènes de SIRV1 montrant que SvtR pourrait réguler l'activité de plus de 20% des gènes viraux. Ses cibles incluent tous les gènes codant pour les protéines de la capside virale. L'analyse fonctionnelle réalisée sur une partie des sites de liaison de SvtR a permis de démontrer qu'il s'agit d'un régulateur polyvalent agissant, selon la cible, en tant que activateur ou répresseur transcriptionnel. En prenant comme modèle le promoteur du gène gp30, nous avons pu démontrer par plusieurs approches que la régulation de ce promoteur inclut la polymérisation de la protéine depuis son site de liaison principal jusqu'à la TATA-box du promoteur. Il s'agit d'un mécanisme de régulation de transcription à distance original et inédit chez les archées. La structure de l'autre régulateur viral étudié, AFV1p06, codé par le virus AFV1 qui infecte Acidianus hospitalis, révèle la présence au sein de cette protéine d'un domaine en doigt de zinc C2H2, considéré jusqu'à présent comme spécifique des eucaryotes. Nous avons démontré la capacité d'AFV1p06 à se lier à l'ADN avec une préférence pour les régions riches en GC. AFV1p06 est la première DNA binding protéine d'archées de ce type caractérisée in vitro. Le troisième régulateur transcriptionnel, Sta1, est codé par le génome des Sulfolobales. Il est capable d'activer la transcription de gènes viraux, ainsi que du gène chromosomique radA en réponse à un dommage à l'ADN. Pour comprendre son rôle dans la cellule, nous avons tenté de réaliser, sans succès, un mutant knock-out du gène sta1 de S. islandicus RYE15A, ce qui indique que le gène sta1 serait un gène essentiel. L'étude de l'interaction hôte-virus sur le modèle S. islandicus LAL14/1 est un des sujets principaux de notre laboratoire. Le séquençage du génome de cette souche a ouvert la voie pour établir un système génétique. Plusieurs mutants KO de LAL14/1 (pyrEF-; ΔCRISPR1) ont été construits. L'impossibilité d'inactiver un autre gène candidat, topR2, codant pour une réverse gyrase, indique qu'il s'agit d'un gène essentiel. La construction du mutant ΔCRISPR1 est la première étape pour obtenir un dérivé de LAL14/1 dépourvu de système CRISPR, un mutant très utile pour mieux comprendre l'implication des CRISPRs dans le phénotype de résistance de LA14/1 au virus SIRV1 et leur rôle chez les archées en général. L'ensemble des résultats de cette thèse contribue à la meilleure compréhension du fonctionnement moléculaire chez les archées et leurs virus.

Dans les vasières intertidales dominées par les diatomées, la production primaire est particulièrement forte à marée basse. Ce microphytobenthos peut être limité par les nutriments azotés en lien avec les communautés de procaryotes impliquées dans le cycle de l’azote. Ainsi, ce travail de thèse cherche, via une approche écologique, à décrire le rôle des communautés de procaryotes benthiques notamment liées au cycle de l’azote et ce, suivant différentes échelles temporelles liées aux cycles du microphytobenthos. Des échantillons de sédiment ont été prélevés dans la baie de Marennes-Oléron (Côte Atlantique, France) entre 0 et 10 cm de profondeur suivant 5 couches (0-0,5 cm, 0,5-1 cm, 1-2 cm, 2-5 cm, 5-10 cm). Différents facteurs biotiques et abiotiques ont été mesurés et mis en relation avec la production bactérienne, les activités enzymatiques et les gènes fonctionnels liés au cycle de l’azote (impliqués dans la nitrification, la dénitrification et l’anammox). De plus, la diversité bactérienne et archéenne a été évaluée par pyroséquençage 454 afin de caractériser les communautés et leurs dynamiques en lien avec les facteurs forçants biotiques et abiotiques. Dans le but d’évaluer l’influence des paramètres abiotiques et de la production du microphytobenthos, des mesures in situ ont été couplées avec des mesures en conditions semi-contrôlées. / In diatoms-dominated intertidal mudflats, at low tide the primary production is particularly high and microphytobenthos that can be limited by nitrogen-related nutrients is linked with N-related prokaryotic communities. Thus, this PhD thesis aim at describing by ecological approach, the role of benthic prokaryotic communities especially N-related ones, at various temporal scales linked to microphytobenthos life cycles. Sediment samples from Marennes-Oleron mudflat (Atlantic coast, France) were collected according to 5 layers : 0-0.5 cm, 0.5-1 cm, 1-2 cm, 2-5 cm and 5 to 10 cm below sediment surface (bsf). Various biotic (i.e. chlorophyll a) and abiotic parameters (i.e. nutrients, exopolymeric substances, water content, salinity, pH, temperature…) were recorded and linked with benthic bacterial production, enzymatic activities and N-related functional genes (i.e. implied in nitrification, denitrification, and anammox). Furthermore, the bacterial and archaeal diversity was assessed by 454 pyrosequencing in order to characterize the communities and shift in link with biotic and abiotic drivers. Aiming at evaluating the influence of abiotic parameters and microphytobenthic activities on the prokaryotic communities, in situ measurements were coupled to a semi-controlled approach.

Les virus infectant les archées présentent des morphotypes inhabituels et des génomes extrêmement divers. Leur isolation a permis de développer nos connaissances sur la diversité de la virosphère et demeure une piste de recherche primordiale. Durant ma thèse, j’ai isolé et caractérisé de nouveaux virus d'archées et étudié les interactions virus-hôte dans un système modèle bien établi. Des cultures d'enrichissement et des analyses bioinformatiques nous ont permis de décrire de nouveaux virus de crénarchées hyperthermophiles infectant les espèces du genre Pyrobaculum et ainsi de mieux comprendre la diversité architecturale des virus filamenteux. De plus, un provirus a été identifié chez P. oguniense et l’étude de sa réplication a révélé par microscopie électronique des nanostructures pyramidales à la surface des cellules ressemblant à des structures connues de sortie des virions chez des virus de crénarchées. Deux études de protéomique nous ont fourni un aperçu de la dynamique du protéome de Sulfolobus islandicus : l’analyse du protéome de cellules de S. islandicus non infectées a révélé de nombreuses modifications post-traductionnelles, et l’analyse de la régulation des protéines dans des cellules de S. islandicus infectées par le virus SIRV2 a révélé 136 protéines de l'hôte présentant une régulation temporelle significative. L’analyse structurale de SIRV2 a permis d'étudier la résistance des virus crénarchées à des conditions extrêmes et a révélé pour la première fois que la forme A de l'ADN est biologiquement pertinente. Ces résultats ont contribué au développement des connaissances sur la diversité de la virosphère et sur l'évolution des virus d'archées. / Viruses infecting Archaea display unusual morphotypes and highly diverse genomes. Several virus-host systems have emerged enabling the detailed characterization of virus-host interplay in archaea. However, isolation of new archaeal viruses proved to be instrumental for expanding the knowledge on the diversity of the Earth’s virosphere. Therefore, I have focused on two major lines of research: isolation of new archaeal viruses and characterization of the virus-host interactions in a well-established model system. A new Pyrobaculum virus with a unique architecture among DNA viruses was described, expanding our knowledge on the diversity of architectural solutions explored by filamentous viruses. Furthermore, attempts to trigger the replication of a provirus in P. oguninese led to the development of six-fold pyramidal nanostructures on the cell surface, resembling known virion egress structures of archeal viruses. Finally, I focused on the interplay between Sulfolobus islandicus and the rod-shaped virus SIRV2. Two proteomic studies yielded insights into the dynamics and posttranslational modifications (PTMs) of the Sulfolobus proteome. Sulfolobus proteins were found to carry a high degree of PTMs on functionally diverse proteins. The global analysis of the regulation of viral and host proteins in SIRV2-infected S. islandicus cells yielded insights the temporal regulation of host and virus proteins. Structural studies on SIRV2 virion have resulted in the first ever description of A-form DNA being a biologically relevant form of DNA. Together, these results contribute to the knowledge on the diversity of the extant virosphere, and the biology and evolution of archaeal viruses.

Haloferax volcanii est une archée appartenant au phylum euryarchaeota et à la classe des Halobacteriales. Les mécanismes liés à la réplication et à la réparation chez les archées sont très similaires à ceux rencontrés chez les eucaryotes, faisant d’H. volcanii un des organismes modèle pour l’étude de la réplication et de la biologie des archées, notamment car de nombreux outils génétiques sont disponibles chez cet organisme. De plus, H. volcanii possède la particularité de pouvoir avoir toutes ses origines de réplication supprimées, soulevant beaucoup de questions sur les mécanismes impliqués. Plusieurs hypothèses ont été émises sur la façon dont cette souche initie sa réplication, basées soit sur la dérivation des mécanismes liés à la réparation de l’ADN, soit sur un mécanisme d’initiation de la réplication indépendant des origines. Afin d’étudier ces mécanismes liés à la réplication, j’ai construit une souche d’H. volcanii capable d’incorporer des analogues de la thymidine dans l’ADN lors de sa synthèse grâce à la délétion de gènes impliqués dans la voie de biosynthèse de la thymidine. Des temps de cultures courts de la souche en présence d’un analogue permet son incorporation au niveau des zones actives de réplication pour marquer spécifiquement l’ADN néosynthétisé. L’immunodétection de l’analogue incorporé à l’ADN, en travaillant en cellule entière avec un microscope à fluorescence, permet la localisation de l’ADN néosynthétisé, reflétant ainsi les régions où la réplication est active. Ces analyses révèlent majoritairement 2 à 3 régions de réplication actives dans des cellules en prolifération, sans localisation particulière. Ces régions ont déjà été observées en étudiant la localisation d’une protéine clé de la réplication (RPA2) fusionnée à la protéine verte fluorescente GFP, confirmant sa localisation aux zones actives de réplication. Une étonnante variabilité observée d’une cellule à l’autre et suggère une initiation probabiliste de la réplication. Il est également étonnant de n’observer qu’aussi peu de zones actives de réplication, comparé au fort taux de polyploïdie de cette souche. Se pose alors la question de ce à quoi correspondent ces zones de réplication. Pour cela, j’ai développé chez H. volcanii la technique de peignage moléculaire permettant d’isoler des molécules individuelles d’ADN et révéler spécifiquement les analogues incorporés pour pouvoir déterminer le nombre de copies du chromosome qui sont actives lors de la réplication, ainsi que le nombre d’origines actives sur chacune des copies. J’ai également développé une technique de Time-lapse dans le but de suivre ces régions au cours du temps en observant les divisions cellulaires directement sous le microscope. / Haloferax volcanii is an archaea belonging to the phylum euryarchaeota and the class Halobacteriales. The mechanisms related to replication and repair in archaea are very similar to those found in eukaryotes, making H. volcanii a relevant model organisms for the study of replication and archaeal biology, especially since many genetic tools are available. Interestingly, all replication origins can be removed from the chromosome of H. volcanii, raising many questions about the mechanisms involved. Several hypotheses have been proposed on how this strain initiates its replication, either relying on recombination-dependent replication initiation or an origin-independent mechanism. In order to study these replication-related mechanisms, I have constructed a strain of H. volcanii able to incorporate thymidine analogues into DNA during its synthesis by deleting genes involved in the thymidine biosynthesis pathway. A short-time cultures of the strain in the presence of an analogue allows its incorporation in nascent DNA. By immunodetection of the analog coupled to fluorescence microscopy observation of whole cells, it is possible to investigate the localization of neosynthesized DNA,which reflect the regions where replication is active. These analyses revealed mainly 2 to 3 active replication regions per cell, without any particular location. These regions had already been observed by studying the localization of a key replication protein (RPA2) fused to the fluorescent green protein GFP, confirming its location in active replication areas. A surprising variability in the number of replication foci from one cell to another was observed, suggesting a probabilistic initiation of replication. It is also surprising to observe so few active replication areas compared to the high polyploidy of this strain. This raises the question of what these replication areas correspond to. For further understanding, I developed for H. volcanii molecular combing, to isolate individual DNA molecules and specifically reveal incorporated analogues to determine the number of copies of the chromosome that are being replicated, as well as the number of active origins on each of the copies. I have also developed time-lapse approach to track these regions over time by monitoring cell proliferation directly under the microscope.

La sécrétion de vésicules membranaires (VMs) constitue un processus physiologique important qui a particulièrement été étudié chez les Bactéries et les Eucaryotes. La récente découverte de la production de VMs chez les Archées souligne cependant que ce phénomène est universel et suggère que le dernier ancêtre commun aux trois domaines, LUCA (Last Universal Common Ancestor), produisait certainement des VMs. Les VMs des Archées n’ayant pour le moment été étudiées que chez certaines Crénarchées (ex : G/ Sulfolobus), nous avons entrepris de caractériser les VMs produites par un groupe d’Euryarchées hyperthermophiles anaérobies, les Thermococcales. Dans la première partie de cette étude, nous avons examiné le mécanisme de production ainsi que la composition en lipides et en protéines des VMs de trois espèces de Thermococcales: Thermococcus kodakaraensis, Thermococcus gammatolerans et Thermocococus sp. 5-4. Nous avons observé que les VMs sont sécrétées par un processus de bourgeonnement à partir de l’enveloppe cellulaire similaire à la formation des ectosomes par les cellules eucaryotes. De plus, les VMs sont fréquemment libérées en groupes, formant de grosses protubérances ou des filaments ressemblant aux nanopodes récemment décrits chez les Bactéries. Des différences de structure et de composition protéique sont observées entre les VMs des trois souches étudiées. Cependant, les VMs et les membranes cellulaires d’une même souche ont des compositions protéique et lipidique très proches, confirmant que les VMs sont produites à partir des membranes des cellules. Les VMs et les membranes cellulaires des trois souches comportent notamment un récepteur de peptides de la famille OppA (Oligopeptide-binding protein A) et des homologues de cette protéine ont été identifiés dans les VMs de certaines souches de Sulfolobus.Les VMs sécrétées par les Thermococcales sont associées à de l’ADN et cette association les protègent contre la thermodégradation. Nous montrons dans notre étude que les cellules de T. kodakaraensis transformées avec le plasmide navette plC70 relâchent des VMs comportant ce plasmide. De façon intéressante, ces VMs peuvent être utilisées pour transférer pLC70 à des cellules dénuées de plasmides, suggérant que les VMs pourraient être impliquées dans le transfert d’ADN entre cellules à haute température.Dans la seconde partie de cette étude, nous nous sommes particulièrement intéressés à la souche Thermococcus nautilus, une Thermococcale produisant des VMs associées de manière sélective à deux plasmides contenus dans la cellule. L’un d’eux correspond notamment à un génome viral défectueux de la lignée d’adenovirus PRD1. Ceci indique que les VMs peuvent être un moyen de transport pour des génomes viraux et suggère que la production de VMs par des cellules ancestrales pourraient avoir joué un rôle dans l’apparition des virus.En plus d’être impliquées dans le transport de plasmides/virus, les VMs produites par T. nautilus exercent un effet toxique sur certaines souches de Thermococcales, probablement dû au convoyage de toxines. Même si ces « thermococcines » nécessitent d’être caractérisées, il s’agit de la première mise en évidence d’une activité toxique liée aux VMs chez les Thermococcales. / Secretion of membrane vesicles (MVs) is an important physiological process that has been extensively studied in Bacteria and Eukarya. The recent discovery that Archaea produce MVs shows that this process is universal and suggests that the Last Universal Common Ancestor, LUCA, certainly produced MVs. As these archaeal MVs have been only studied in some Crenarchaeota (ex: G/ Sulfolobus), we started characterizing MVs produced by Thermococcales, a group of hyperthermophilic anaerobic Euryarchaeota.In the first part of this study we examined the mechanism of production as well as the protein and lipid composition of MVs produced by three strains of Thermococcales: Thermococcus kodakaraensis, Thermococcus gammatolerans and Thermocococus sp. 5-4. We observed that MVs are released by a budding process from the cell envelope that is similar to ectosome formation in eukaryotic cells. Moreover, clusters of MVs often form filamentous structures and protuberances on cell surfaces, resembling recently described bacterial nanopods. Differences in structure are observable between MVs of the three species, as well as in their protein composition. However, MVs and cell membranes from the same species have a quite similar protein and lipid composition, confirming that MVs are produced from cell membranes. A major protein present in cell membranes and MVs from the three strains is the oligopeptide-binding proteins (OppA), which has homologues in MVs from Sulfolobus species. Thermococcales MVs harbor DNA and protect this DNA against thermodegradation. Here, we show that T. kodakaraensis cells transformed with the shuttle plasmid pLC70 release MVs harboring this plasmid. Interestingly, these MVs can be used to transfer pLC70 into plasmid-free cells, suggesting that MVs could be involved in DNA transfer between cells at high temperature. In the second part of this study, we were specially interested in the strain Thermococcus nautilus, a Thermococcale that produces MVs selectively enriched in two plasmids from the cell. Notably, one of them corresponds to the genome of a defective virus from PRD1-adenovirus lineage. This indicates that MVs can be used as vehicles for the transport of viral genomes and suggests that production of MVs by ancestral cells could have played a role in the origin of viruses.In addition to be involved in transport of plasmids/viruses, MVs from T. nautilus display a toxic effect on some strains of Thermococcales, maybe due to the delivery of toxins. Even if these “thermococcins” remain to be characterized, this is the first time that a toxic activity associated with MVs has been shown in Thermococcales.

Le présent travail s’intéresse à l’étude de la diversité des communautés procaryotiques, basée sur le gène codant pour l’ARNr 16S et sur les gènes codants pour la sous-unité β du sulfite réductase dissimilatrice (dsrB) et la sous-unité alpha de la méthyl-coenzyme M réductase (mcrA), pour étudier la diversité de la communauté des bactéries sulfato-réductrices et des méthanogènes, respectivement à partir des échantillons collectés en saison sèche ou pluvieuse du Chott El Jerid. Les analyses des séquences du gène codant pour l’ARNr 16S ont montré que les bactéries regroupées aux Proteobacteria et Firmicutes sont détectés dans les deux saisons alors que les séquences appartenant au groupe taxonomique Bacteroidetes, Actinobacteria et Betaproteobacteria sont apparues uniquement dans la saison pluvieuse. Le groupe Deinococcus-Thermus sont observés que dans la saison sèche. Dans le domaine des archées, la plupart des séquences appartiennent au phylum Euryachaeota, détecté dans les deux saisons, alors que, le phylum Crenarchaeota apparait uniquement dans la saison pluvieuse. En plus, les bactéries sulfato-réductrices, appartenant à la classe Deltaproteobacteria, sont fréquents notamment à la saison pluvieuse prouvée déjà par les deux techniques DGGE et qPCR. A partir des cultures d’enrichissement, de nombreuses bactéries anaérobies fermentaires appartiennent aux familles Halanaerobiaceae et Halobacteroidaceae. Les analyses phylogénétiques ainsi que les caractéristiques phénotypiques et physiologiques montrent une nouvelle souche Sporohalobacter salinus proche de l’espèce Sporohalobacter lortetii, seule espèce décrite à ce jour du genre Sporohalobacter. / The present work concerns microbial biodiversity of prokaryotic communities, sulfate-reducing bacteria, and methanogens targeting the 16S rRNA gene and functional gene markers encoding the dissimilatory sulfite reductase β-subunit gene (dsrB) and alpha subunit of the methyl-coenzyme M reductase (mcrA), respectively from samples collected in the dry and wet seasons from Chott El Jerid. Phylogenetic analysis targeting the 16S rRNA gene showed that bacteria were grouped to Proteobacteria and Firmicutes detected at both seasons, whereas, Bacteroidetes, Actinobacteria and Betaproteobacteria were present only in the wet season. Deinococcus-Thermus group were observed in the dry season. Archaeal sequences were belonged to the phyla of Euryarchaeota in both seasons and Crenarchaeota was appeared in wet season. Sulfate-reducing bacteria, related to Deltaproteobacteria class were dominant mainly in wet season proved by two techniques DGGE and QPCR. From enrichment cultures, anaerobic fermentative bacteria were isolated in pure cultures, related to Halanaerobiaceae and Halobacteroidaceae families. Phylogenetic analysis, phenotypic and physiological characteristics showed a novel strain Sporohalobacter salinus related to Sporohalobacter lortetii, an unique species of genus Sporohalobacter described until now.

La saline de Sfax est un milieu hypersalin localisé dans la zone centrale de la côte est de Tunisie. Dans ce travail, nous avons isolé, identifié, et caractérisé des souches halophiles produisant des peptides antimicrobiens (halocines), afin de mieux comprendre leur rôle dans les interactions microbiennes au sein des milieux hypersalins. Deux étangs salins (TS18, 390 g.L-1 NaCl et M1, 200 g.L-1 NaCl) ont été choisis pour l’échantillonnage. Trente-cinq souches de procaryotes halophiles ont été isolées et caractérisées, dont 11 ont présenté une activité antimicrobienne. Parmi ces souches, 3 produisent des substances antimicrobiennes de nature protéique. A l’aide de PCR et RT-PCR nous avons montré que les souches Halobacterium salinarum ETD5 et ETD8 exprimaient le gène de l’halocine S8, un peptide de 3,6 kDa préalablement purifié d’une souche S8a non identifiée. Le peptide a été purifié à partir de cultures de la souche Hbt. salinarum ETD5. Après purification bioguidée, les fractions actives révèlent deux bandes de 8 et 14 kDa présentant une activité antimicrobienne. L’analyse par séquençage Nterminal et spectrométrie de masse a permis d’identifier ces deux halocines. La bande de 8 kDa correspond à une halocine S8 de 81 acides aminés qui subirait une maturation post-traductionnelle protéolytique différente de celle initialement décrite dans la littérature. Le clonage et le séquençage du gène codant le précurseur de l’halocine S8 démontrent que la séquence est identique chez les deux souches ETD5 et S8a. La bande de 14 kDa correspond à une nouvelle halocine, l’halocine S14. L’halocine S14 correspond à une forme tronquée en partie N-terminale de la Mn-superoxyde dismutase (SOD) d’Hbt. salinarum. Il pourrait s’agir d’évolution divergente d’un gène codant deux protéines distinctes, ou d’une maturation différente de la SOD. Ce travail permettra de mieux connaître les molécules intervenant dans les interactions microbiennes dans les milieux hypersalins, des milieux extrêmes susceptibles de révéler des structures et des modes d’action originaux. / The solar saltern of Sfax is a hypersaline located in the central area of the eastern coast of Tunisia. In this study, we isolated, identified, and characterized halophilic strains producing antimicrobial peptides (halocins), aiming to understand their role in microbial interactions in hypersaline environments. Two ponds (TS18, 390 g.L-1 NaCl and M1, 200 g.L-1 NaCl) were selected for sampling. Thirty-five halophilic strains have been isolated and characterized, among which 11 displayed antimicrobial activity. Three of them produced antimicrobial substances of proteinaceous nature. Using PCR and RT-PCR, we have demonstrated that Halobacterium salinarum ETD5 and ETD8 express the gene encoding halocin S8, a 3.6 kDa peptide previously isolated from a strain S8 unidentified. The peptide was purified from cultures of strain Hbt. salinarum ETD5. Following bioguided purification, the active fractions revealed two protein bands of 8 and 14 kDa exhibiting antimicrobial activity. N-terminal sequencing and mass spectrometry analyses allowed identification of these two halocins. The 8 kDa band corresponds to halocin S8, undergoing a different proteolytic post-translational processing from that originallydescribed. Cloning and sequencing of the gene encoding the precursor of halocin S8 showed that the sequence is identical for both strains ETD5 and S8a. The 14 kDa band is a new halocin termed halocin S14. Halocin S14 corresponds to an N-terminally truncated portion of the archaeal Mnsuperoxide dismutase (SOD). This could result from divergent evolution of a gene encoding two distinct proteins, or a different post-translational processing of SOD. Our study helps to better understand which molecules are involved in microbial interactions within hypersaline environments and and how they contribute to the competitions in such extreme environments, which are susceptible to give rise to original structures and modes of action.

Les structures des communautés procaryotes (diversité β) ont été caractérisées au sein de deux compartiments du benthos en milieu littoral: les sédiments et les bivalves fouisseurs.Dans les sédiments de surface, les communautés bactériennes et archéennes ont été ciblées par ARISA (Automated Ribosomal Intergenic Spacer Analysis) et T-RFLP (Terminal-Restriction Fragment Length Polymorphism) sur le gène codant pour l’ARN 16S respectivement. Sur 29 sites des zones intertidale et subtidale du Bassin d’Arcachon, les communautés procaryotes présentaient des patrons de distribution spatiale corrélés à ceux de la macrofaune benthique mais représentaient une faible diversité cumulée par habitat. L’extension à des écosystèmes proches (Vasière Ouest Gironde, Estuaire de la Gironde) a mis en évidence une forte proportion d’OTU (Operational Taxonomic Unit) rares et une diminution de la similarité entre les communautés avec l’éloignement géographique des écosystèmes. Chez les bivalves, les communautés bactériennes ont été caractérisées successivement à l’échelle de l’individu, de l’organe isolé et de l’espèce. Le suivi d’une cohorte de coques n’a pas montré d’influence de la présence du parasite Bucephalus minimus sur la structure de ces communautés à l’échelle de l’individu. En revanche, prises à l’échelle de l’organe en comparant la coque à la palourde, les communautés bactériennes associées aux bivalves se sont différenciées en fonction des organes (e.g branchies, tube digestif, reste des tissus), de l’habitat et/ou de l’espèce. / The structures of prokaryotic communities (β diversity) were characterized in sediments and burrowing bivalves.In the sediments, the bacterial and archaeal communities were analyzed by ARISA (Automated Ribosomal Intergenic Spacer Analysis) and 16S RNA gene T-RFLP (Terminal-Restriction Fragment Length Polymorphism) respectively. In 29 subtidal and intertidal sites of the Arcachon Bay, the spatial patterns of prokaryotic and benthic macrofaunal communities were correlated whereas prokaryotic community species exhibited a low cumulated diversity per habitat. Extending to neighboring ecosystems (West-Gironde mud patch, Gironde estuary) revealed the occurrence of a high proportion of rare OTU (Operational Taxonomic Unit) and a decrease of community similarities with geographic distance among ecosystems.For the bivalves, the whole individual, the organ-scale and the species-scale were successively considered. A cockle cohort monitoring indicated no influence of the parasite Bucephalus minimus occurrence on bacterial community structure at the individual-scale. Comparing cockle and clam at the organ level demonstrated that bivalve associated bacterial communities could differ among organs (e.g. gills, digestive gut, others tissues), among habitats and/or between species.

Les archées halophiles sont des procaryotes vivant dans des conditions d’extrême salinité. Ces micro-organismes colonisent les environnements hypersalins et synthétisent des peptides antimicrobiens appelés halocines, qui pourraient leur conférer un avantage sélectif sur leurs compétiteurs. Parmi les peptides antimicrobiens d’archées halophiles décrits, on distingue l’halocine C8, initialement purifiée à partir de la souche halophile Natrinema sp. AS7092. Ce travail de thèse a permis de montrer que la production d’halocine C8 était conservée chez plusieurs archées halophiles appartenant aux genres : Natrinema, Haloterrigena, Haloferax et Halobacterium. Une activité antimicrobienne associée des particules supérieures à 100 kDa non infectieuses suggère que l’halocine C8 pourrait être localisée dans des vésicules membranaires. Ce travail présente des résultats qui déboucheront sur une meilleure compréhension des compétitions microbiennes dans les environnements hypersalins et du rôle écologique des halocines. / Halophilic archaea are prokaryotes living in extremely high salinity conditions. Those microorganisms thrive in hypersaline environments and produce antimicrobial peptides named halocins, which may confer them a selective advantage over competitors. Among the known antimicrobial peptides produced by halophilic archaea, halocin C8 had been initially purified from the halophilic strain Natrinema sp. AS7092. This work demonstrates that halocin C8 production is conserved among several halophilic archaea belonging to genera Natrinema, Haloterrigena, Haloferax and Halobacterium. An antimicrobial activity has been associated with non-infectious particles larger than 100 kDa, suggesting that halocin C8 could be localized in membrane vesicles. Results obtained from this work will lead to a better understanding of microbial competitions arising in hypersaline environments and the ecological role of halocins

Les réarrangements permettent une évolution rapide du génome par l’acquisition de séquences codantes exogènes, la perte de fonctions non-essentielles ou la création de nouvelles organisations génomiques. Différents mécanismes de réarrangements impliquant des éléments génétiques mobiles (EGM) ont été identifiés chez les archées, les bactéries et les eucaryotes. En revanche, on ignore l’origine des nombreuses inversions génomiques détectées pour les espèces du genre archéen Thermococcus. Mes travaux de thèse visent à améliorer la compréhension de l’évolution génomique chez les Thermococcales à travers l’étude de deux familles d’EGM : les familles de plasmides pTN3 et pT26-2. Plus précisément, je me suis intéressée aux recombinases à tyrosine (ou intégrases) que ces plasmides encodent et qui permettent leur intégration dans le chromosome de l’hôte. J’ai montré que l’intégrase plasmidique Intᵖᵀᴺ³ est responsable d’inversions dans le chromosome de son hôte Thermococcus nautili grâce à une activité catalytique inédite de recombinaison homologue. J’ai par la suite caractérisé deux autres intégrases de Thermococcales reliés phylogénétiquement à Intᵖᵀᴺ³ dont seulement une présente une activité de recombinaison homologue. La comparaison de leurs séquences primaires et la résolution de la structure de Intᵖᵀᴺ³ vont maintenant éclairer les déterminants génétiques responsables de la spécificité de site et de l’activité de recombinaison homologue. Les trois intégrases appartiennent à une classe de recombinases spécifique des archées qui catalyse une intégration suicidaire. Lors de l’intégration, le gène de l’intégrase est fragmenté et probablement désactivé. L’EGM intégré se retrouve piégé dans le chromosome. Les avantages évolutifs d’une telle activité suicidaire restent pour l’instant mystérieux. J’ai identifié 62 intégrases hyperthermophiles suicidaires et reconstruit leur histoire évolutive. Ces intégrases sont très prévalentes et recrutées par différents EGM. De plus, j’ai montré que l’une de ces intégrases présente in vitro une activité de recombinaison site-spécifique à des températures proches de l’ébullition de l’eau, représentant un avantage dans les environnements hyperthermophiles. / Genomes rapidly evolve through rearrangements that can generate new genome organizations or lead to the acquisition of foreign coding sequences or the loss of non-essential functions. Several mechanisms of rearrangement were uncovered for Archaea, Bacteria and Eukaryotes that involve mobile genetic elements (MGE). Species from the archaeal genera Thermococcus present numerous genomic inversions but none of the previously known inversion drivers. To better understand the genomic evolution of Thermococcales, I investigated two of their MGE families: the pTN3 and pT26-2 plasmid families. Specifically, I focused on the tyrosine recombinases (or integrase) that these plasmids encode and that catalyze their site-specific integration in the host chromosome. I demonstrated that the plasmidic integrase Intᵖᵀᴺ³ is responsible for chromosomal inversions in the host Thermococcus nautili through an unprecedented homologous recombination catalytic activity. I also characterized two other related Thermococcus integrases and only one catalyzes homologous recombination. The structure resolution of Intᵖᵀᴺ³ and primary sequence comparisons will now provide clues about the genetic determinants of site specificity and of the homologous recombination activity. The three integrases all belong to an archaeal-specific class of integrases that catalyzes a suicidal integration. The integrase gene is partitioned and presumably inactivated upon integration. The integrated MGE is then trapped into the chromosome. The evolutionary benefits of this suicide activity are puzzling. I identified 62 related suicidal hyperthermophilic integrases and reconstructed their evolutionary history. They are highly prevalent and recruited by diverse MGE. I also showed that one of these integrases can catalyze in vitro site-specific recombination at near boiling water temperature, representing an advantage in hyperthermophilic environments.