Le mercure est un polluant ubiquiste dont les espèces organiques, telles que le méthylmercure (MMHg), s'accumulent dans la chaîne trophique et sont fortement toxiques pour les organismes vivants. Des microorganismes anaérobies sont capables de transformer le mercure inorganique en MMHg, et inversement, par des processus qui n’ont pas été complètement établis. Cette étude vise à mieux comprendre les transformations du mercure chez des bactéries sulfato-réductrices modèles : D. dechloracetivorans BerOc1, capable de méthyler et déméthyler le mercure, et D. desulfuricans G200, utilisé ici comme témoin non méthylant. Les objectifs de cette étude sont donc de déterminer où ont lieu les processus de méthylation et déméthylation du mercure à l’échelle cellulaire ainsi que d’identifier les ligands du mercure impliqués dans ces processus. Dans un premier temps, la toxicité du mercure inorganique (IHg) et du MMHg a été évaluée sur la croissance des deux souches. Les potentiels de méthylation et de déméthylation, la localisation du mercure et ses ligands ont été déterminés au niveau de la culture et à l’échelle cellulaire. Ces paramètres ont été évalués à différentes concentrations de mercure ainsi qu’au cours d’une cinétique. Ce travail de thèse a mis en avant que IHg et MMHg ont moins d’impact sur la croissance des deux souches étudiées en sulfato-réduction du fait de la forte précipitation du mercure. Une ou des étapes limitantes interviendraient dans le processus de méthylation. De plus, une différence de localisation cellulaire du mercure a été constatée au cours du temps, suggérant un export de ce dernier, et selon la souche bactérienne suggérant des mécanismes cellulaires différents. L’imagerie par TEM EDX et l’analyse élémentaire par nano-fluorescence X ont permis d’observer la co-localisation du mercure avec le soufre. L‘étude de la spéciation par HR XANES a confirmé la prédominance de ligands thiols associés aux processus de méthylation et de déméthylation. Une forme tétragonale est prédominante dans les échantillons exposés à HgCl2 en croissance suggérant que cette espèce est formée via un processus biologique. / Mercury is a wide spread pollutant that build up in living tissues. The transformation of mercury into methylmercury is primarily a natural and biological process mediated by anaerobic bacteria. Understanding the parameters influencing the formation of methylmercury is critically important due to its highly toxic, bioaccumulative and persistent nature. Herein we aim to study the mechanism by which model strains used in laboratories can transform inorganic and methylmercury. The objectives of this study are determining where mercury methylation and demethylation processes take place at the cell scale and identifying the mercury ligands involved in these processes. At first, the toxicity of inorganic mercury (IHg) and MMHg were measured on the bacterial growth. The methylation and demethylation potentials, the localization of mercury and its ligands were determined in the culture and at the cell scale. These parameters were evaluated at different concentrations of mercury as well as during kinetic. This study has highlighted that IHg and MMHg have less impact on the growth of both strains in sulfate reduction because of the high precipitation of mercury. One or more limiting steps would occur in the methylation process. In addition, a difference in cell localization of mercury has been observed over time, suggesting an export at 24h of exposure. Mercury localization also depends on the bacterial strain suggesting different cell mechanisms. TEM EDX imaging and elemental analysis by X-ray nano-fluorescence showed mercury co-localized with sulfur. The study of HR XANES speciation confirmed the predominance of thiol ligands associated with methylation and demethylation processes. A tetragonal form is predominant in samples exposed to growing HgCl2 suggesting that this species is formed via a biological process.

Les bactéries sulfato-réductrices sont largement présentes dans les environnements marins profonds. Ces écosystèmes sont caractérisés par un paramètre physique très important, la pression hydrostatique. Afin de mieux comprendre l'adaptation des bactéries sulfatoréductrices à la pression hydrostatique, la technique RNAseq ainsi que des analyses métaboliques ont été utilisées pour étudier la réponse à différentes pressions de croissance chez deux bactéries piézophiles du genre Desulfovibrio, D. hydrothermalis et D. piezophilus. L’analyse transcriptomique révèle que le métabolisme et le transport des acides aminés, le métabolisme énergétique et la transduction du signal jouent un rôle important dans l'adaptation à la pression hydrostatique chez les souches étudiées. Le dosage du glutamate intracellulaire a montré son accumulation à haute pression hydrostatique, suggérant son rôle de piézolyte chez les espèces du genre Desulfovibrio. Les analyses métaboliques ont montré que la production d'énergie chez ces bactéries est optimisée pour la vie en profondeur et qu’elle est plus efficace à la pression optimale de croissance de chacune des souches. De plus, ces analyses nous ont fourni des informations sur les mécanismes adoptés par la souche D. piezophilus pour modifier son métabolisme énergétique afin de s’adapter à des conditions de haute pression hydrostatique. L’analyse de gènes co-régulés à haute pression chez la souche D. piezophilus nous a permis d'identifier un motif de régulation en amont de gènes essentiellement impliqués dans la production d’énergie et qui serait impliquée dans l'adaptation à des pressions hydrostatiques élevées chez D. piezophilus. / Sulfate-reducing bacteria are widely distributed in deep marine environments These biotopes are characterized by a very important physical parameter, the hydrostatic pressure, which increases by 1 MPa each 100 m depth. To better understand adaptation of sulfate-reducing bacteria to high pressure, RNAseq and metabolic analyses were used to study the response of the piezophilic strains of the genus Desulfovibrio, D. hydrothermalis and D. piezophilus to various hydrostatic pressure growth conditions. The transcriptomic datasets obtained revealed that amino acids metabolisms and transport, energy metabolism and signal transduction are important for adaptation to hydrostatic pressure. Glutamate quantification showed its accumulation at high hydrostatic pressure in both strains, suggesting its role as piezolyte in Desulfovibrio species. Metabolic analyses showed that energy production of those bacteria is optimized for deep-sea life conditions and more efficient at the optimum pressure growth of each strain. Moreover, these analyses provide new insights into mechanism of metabolism pathway modification in response to hight hydrostatic pressure in the strain D. piezophilus. Analysis of hight pressure co-regulated genes in the strain D. piezophilus, allowed us to identify a regulatory motif in the upstream of genes essentially involved in energy production. This motif could be a binding site for a regulatory protein involved in the adaptation to high hydrostatic pressure in D. piezophilus that need to be identified.

Le mercure (Hg) est un métal lourd ubiquiste et très toxique. Présent à l’état de traces dans la colonne d’eau des milieux aquatiques, il peut cependant atteindre des concentrations très élevées en fin de chaine alimentaire car il a la particularité d’être bioaccumulé et bioamplifié dans les organismes sous forme de méthylmercure (MeHg). L’identification et la caractérisation des transformations amenant à la formation de MeHg (méthylation) ou à sa dégradation (déméthylation) sont donc de première importance pour évaluer son devenir dans les milieux aquatiques. L’utilisation du comportement des isotopes stables du Hg, à la fois en laboratoire mais aussi dans des échantillons environnementaux, a permis d’évaluer l’influence des processus biotiques et abiotiques mis en jeu dans les système aquatiques sur les transformations et donc la spéciation du Hg dans de tels environnements. Le fractionnement isotopique du Hg, pouvant être dépendant et/ou indépendant de la masse, s’est également avéré être un outil performant pour étudier sa bioaccumulation dans plusieurs membres de la chaîne alimentaire endémique du Lac Baikal (Russie). Les signatures isotopiques mesurées dans ces échantillons ont permi d’améliorer la connaissance sur la distribution, les sources et les transformations affectant les espèces du Hg dans l’écosystème de ce grand lac faisant partie du patrimoine mondial de l’UNESCO depuis 1996 et étant la plus grande réserve d’eau douce liquide de surface mondiale. / Mercury (Hg) is a toxic and ubiquitous heavy metal. Only present at trace levels in the water column of aquatic systems, it can reach high amounts in food web end-members because of its ability to bioaccumulate and biomagnify in organisms as methylmercury (MeHg). Hence, the characterization of the transformations leading to the formation (methylation) and the degradation (demethylation) of MeHg is of great concern to evaluate its fate in aquatic environments. The use of the Hg stable isotopes, during laboratory experiments or in environmental samples, allowed to identify and characterize several biotic and biotic pathways involved in Hg transformations and speciation in aquatic systems. The study of Hg mass-dependent and/or mass-independent fractionation was also a competitive tool to assess its bioaccumulation process in several members of the Lake Baikal endemic food chain (Russia). Measured Hg isotopic signatures in such samples provided insight about Hg species fate and sources within the ecosystem of this lake, which has been nominated as a world heritage site by UNESCO in 1996 and constitutes the world’s largest freshwater lake in terms of volume.