Les génomes de bactériophages sont connus pour être mosaïques. Avec l'augmentation des structures disponibles sur ces virus, leur morphologie aussi apparaît de plus en plus comme telle. Les structures de 4 différents intermédiaires dans l'assemblage de la capside icosaédrique du bactériophage Gifsy-2, infectant les bactéries Salmonella ont été résolues par cryo-microscopie électronique jusqu'à une résolution de 12Å. Au niveau génétique, un long gène code en partie Cterminale pour la protéine de capside majeure alors que sa partie Nterminale est fortement similaire du point de vue de sa séquence primaire aux protéases de la famille Clp. Ces résultats et ceux obtenus sur d'autres phages suggèrent que les 200 résidus en partie centrale regroupent les fonctions restantes, nécessaire à l'assemblage de la capside. Cette organisation en un gène unique est une nouvelle variante des stratégies développées par les phages pour modifier la voie d'assemblage de leur capside.<br />Nous avons aussi déterminé les structures de la capside et de la queue du phage T5 , infectant la bactérie E.Coli à des résolutions de 19 et 30 Å respectivement confirmant l'inhabituelle symétrie d'ordre 3 de sa queue. Sa capside icosaédrique est composée par des pentamères et hexamères de pb8 et par pb10 s'attachant au centre de ces derniers, le tout étant décrit par une géométrie T=13. La comparaison des séquences primaires de pb8 et gp5 d'HK97 et la modélisation du modèle atomique de gp5 dans la capside de T5 montrent que ces 2 protéines adoptent sûrement le même repliement 3D. Nous proposons aussi que le domaine Nterminal de la protéine pb8 soit impliqué dans l'assemblage initial de la capside d'une manière similaire à HK97.

Le bactériophage T5 est un virus infectant E. Coli. L'assemblage et la maturation de sa capsidecomportent plusieurs étapes critiques pour la formation des virions lors du cycle infectieux.Parmi ces étapes, j'ai étudié les processus d'expansion et de décoration de la capside de T5.L'expansion implique d'importantes réorganisations conformationnelles des 775 sous-unités de laprotéine pb8 composant la capside, conduisant au doublement du volume de la capside qui peutalors contenir le génome du phage. J'ai déterminé des conditions physico-chimiques permettantd'induire l'expansion de la capside in vitro, puis j'ai effectué des expériences de SAXS résoluesdans le temps montrant que l'expansion est un processus hautement coopératif, qui conduit, en uneétape, à un état final remarquablement stable. D'autre part, j'ai réalisé une étude fonctionnelle de laprotéine de décoration pb10, montrant que sa fixation est un marqueur de l'expansion. Enfin l'étudestructurale de pb10 menée par SAXS a permis de déterminer un modèle à basse résolution de sonenveloppe moléculaire.

Les bactéries et les bactériophages (phages), sont ubiquitaires. Parasites obligatoires des bactéries, les phages modifient fortement la diversité et la dynamique des populations bactériennes. Comprendre l'interaction bactérie-phage, pour prévoir et contrôler son évolution a de nombreux intérêts en écologie, industrie, et santé publique. La coexistence des bactéries et des phages repose en partie sur la coévolution antagoniste qui s'établit entre eux. Nous avons choisi d'étudier les contraintes génétiques limitant la coévolution entre Escherichia coli et PhiX174. En étudiant la niche écologique de PhiX174, nous avons établi que les souches sensibles à ce phage étaient rares et remarquables par leur diversité phylogénétique. De plus, alors que le lipopolysaccharide (LPS) est le récepteur reconnu par PhiX174, nous avons démontré que PhiX174 peut lyser des bactéries arborant des LPSs très variés, ce qui contraint la population bactérienne à résister autrement qu'en modifiant son récepteur. Puis, en modifiant le génotype de l'hôte bactérien, nous avons profondément altéré la pérennité de la coexistence bactérie-phage. Enfin, la mise en place d'un protocole de coévolution entre E. coli C et PhiX174 nous a permis de discuter de l'évolution de la pression de sélection induite par les phages sur la population bactérienne et de l'existence d'un compromis entre virulence et infectivité. Il semblerait, en définitive, que les fortes relations épistatiques entre les gènes participant à l'interaction bactérie-phage, sont autant de contraintes génétiques qui s'ajoutent aux contraintes écologiques déjà décrites et limitent la coévolution antagoniste qui s'établit entre E. coli et PhiX174.

Les bactériophages (i.e., virus de bactéries) constituent l'un des groupes d'organismes les plus abondants dans la biosphère. Ils jouissent d'une très grande biodiversité. Nos connaissances partielles de ces microorganismes sont sans cesse remises en cause par de nouvelles découvertes et le recensement est loin d'être terminé. Il existe bien des classifications basées sur les critères de morphologie et d'homologie génétique, mais celles-ci ne tiennent pas compte de l'évolution caractéristique des virus qui comprend à la fois la transmission verticale (évolution classique) et horizontale (évolution réticulée) de l'information. De plus, ces classifications ne disent rien à propos des ancêtres communs des espèces. Il y a donc beaucoup de possibilités d'affiner la taxonomie virale existante. Dans cette étude, nous présentons une nouvelle approche de classification des bactériophages, basée sur des méthodes heuristiques tirées des sciences cognitives de la catégorisation. Cette approche originale vise à reconstruire l'histoire évolutive des organismes viraux, en tenant compte de l'hypothèse d'évolution classique ainsi que l'hypothèse d'évolution réticulée, i.e., les transferts horizontaux de gènes (THG). En d'autres termes, la classification proposée prend en considération d'une part, l'approche traditionnelle d'analyse phylogénétique qui inclut la reconstruction d'arbres d'espèces par les méthodes de distances et d'inférence bayésienne et la reconstruction de séquences de protéines ancestrales par la méthode Tree-HMM en tenant compte des substitutions, des insertions et des délétions de caractères génétiques [Diallo et al. 2006 ; Felsenstein 1981], et d'autre part, l'approche de détection des transferts horizontaux par la méthode de réconciliation topologique de l'arbre d'espèces et l'arbre de gène [Makarenkov et al. 2008]. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Classification, Catégorisation, Phylogénie, Taxonomie, Virus, Bactériophages, Transferts horizontaux de gènes, Reconstruction ancestrale.

Le bactériophage T5, qui infecte la bactérie Escherichia coli, est constitué d’une capside icosaédrique renfermant un ADN double brin et d’une queue permettant le transfert de son ADN dans le cytoplasme de la cellule hôte. Au cours de la morphogénèse, la capside et la queue sont assemblées séparément puis connectées pour former les particules infectieuses. La capside de T5 est d'abord assemblée sous forme d'une procapside vide constituée de 775 copies d’une protéine unique qui s'organise en hexamères et pentamères pour former respectivement les faces et les sommets de l’icosaèdre. Un des sommets est occupé par la protéine portale qui constitue un pore d’entrée pour l’ADN. L’encapsidation du génome à travers le canal portal, assurée par un moteur moléculaire, provoque l’expansion de la procapside. La capside pleine d'ADN est ensuite décorée par la protéine pb10 qui se fixe sur sa surface externe, au centre des 120 hexamères, et elle est fermée par la protéine p144 qui constitue le point d'ancrage pour la queue.Les objectifs de ma thèse étaient de déterminer la structure, la fonction et le mécanisme de fixation à la capside des deux protéines pb10 et p144. J’ai produit et purifié la protéine de fermeture p144 dont la structure et les caractéristiques de fixation sur la capside seront prochainement étudiées. J’ai résolu la structure de la protéine de décoration pb10 en solution par résonance magnétique nucléaire (RMN), ce qui a révélé une protéine formée de deux domaines. Le domaine N-terminal structuré en hélices alpha se fixe à la capside, alors que le domaine C-terminal, de type immunoglobuline, est exposé au solvant. La détermination des constantes cinétiques d'association et de dissociation par résonance plasmonique de surface (SPR) a permis de montrer que pb10 se fixe sur la capside de T5 de manière quasi-irréversible, avec une affinité de l’ordre du picomolaire. Des expériences de mutagenèse dirigée sur le domaine de fixation de pb10 indiquent que cette forte affinité repose sur un réseau d’interactions électrostatiques et hydrophobes. J’ai démontré que pb10 participe à la stabilisation de la capside de T5 par des techniques de calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et thermo-fluorescence (FTSA). Par ailleurs, j'ai démontré qu’il était possible de fusionner des protéines de grande taille au domaine C-terminal de pb10 sans affecter sa haute affinité pour la capside. J’ai ainsi pu fonctionnaliser des capsides avec une protéine d’intérêt fusionnée à pb10. Ces résultats ouvrent la voie vers diverses applications, dont la présentation d’antigènes en vue de créer de nouveaux vaccins. / Bacteriophage T5, a lytic phage which infects the bacterium Escherichia coli, is composed of an icosahedral capsid containing a double stranded DNA and a tail responsible for DNA transfer into the host cell cytoplasm. The capsid and the tail are assembled separately and then connected to form infectious viruses. The T5 capsid is first assembled as an empty procapsid composed of 775 copies of the major head protein organized in hexamers on the faces and pentamers on the vertices of the icosahedron. A single vertex is occupied by the portal protein which forms an entry channel for DNA. DNA is packaged through the portal channel by a molecular motor thus triggering procapsid expansion. The DNA-filled capsid is then decorated by the protein pb10 which binds on the outer surface in the center of each hexamer, and closed by the connector protein p144 needed for tail attachment.The goals of my PhD were to characterize the structure, function and mechanisms of capsid binding of both pb10 and p144 proteins. I have produced and purified the head completion protein p144 for future exploration of its structure and capsid binding properties. I have solved the solution structure of the decoration protein pb10 by nuclear magnetic resonance (NMR), thus unravelling that pb10 has two domains. The alpha-helical N-terminal domain binds to the capsid and the immunoglobulin-like C-terminal domain is exposed to the environment. Surface plasmon resonance (SPR) showed that that pb10 attachment to the T5 capsid is quasi-irreversible with a picomolar affinity. Site-directed mutagenesis of the binding domain of pb10 suggested that the decoration mechanism is driven by both hydrophobic and electrostatic interactions. Differential scanning calorimetry (DSC) and fluorescence thermal shift assays (FTSA) demonstrated the role of the decoration protein in capsid stabilization. I have also demonstrated that a large protein can be fused to the C-terminal end of pb10 without affecting its high affinity for the T5 capsid. Capsids can thus be functionalized with a protein of interest fused to pb10. Possible applications of this work include antigen presentation for new vaccines.

Dans l’industrie laitière, la présence de bactériophages dans du lait destiné à la fabrication de fromage peut retarder ou arrêter le processus de fermentation par les bactéries lactiques. La bactérie Lactococcus lactis, largement utilisée comme levain de départ, est la proie de plusieurs de ces virus, dont le phage p2, du groupe sk1-like de la famille des Siphoviridae. À ce jour, le mécanisme d’infection des bactériophages reste incompris. La prise de contrôle de la machinerie cellulaire par les phages est assurée par les gènes précoces et médians de ces derniers. La structure du phage p2 est connue, mais ses gènes précoces et médians codent pour des protéines qui ne possèdent pas d’homologues de structure ou de fonction connue. Ces gènes ont été clonés dans des systèmes d’expression bactériens afin de les exprimer, purifier, et en déterminer la structure par cristallographie aux rayons X. Parallèlement, la protéine codée par le gène orf47 a été synthétisée commercialement pour déterminer sa structure par résonance magnétique nucléaire. Nous espérons que l'obtention de la structure de ces protéines aidera à leur suggérer un rôle par recherche d’homologie structurale avec des protéines de rôle connu. Des cristaux ont été obtenus pour les protéines ORF-24, SaV (exprimée du gène orf26) et ORF-37, mais plus de travaux sont nécessaire afin de pouvoir obtenir leur structure. La structure d’ORF-47 a été déterminée par résonance magnétique nucléaire et démontre une homologie structurale avec les domaines B, C et E de la protéine staphylococcale SpA, domaines liant les immunoglobulines G de l’homme. La liaison de protéines similaires chez L. lactispar ORF-47 reste à être vérifié expérimentalement. / Cheese fermentation is a process in which milk is fermented by the Gram-positive bacteria Lactococcus lactis. However, the fermentation can be slowed or even stopped if specifi lactococcal bacteriophages are present in the medium. To this day, the infection mechanism of bacteriophages is still not fully known. The hijacking of the cell’s molecular machinery is carried out by proteins expressed by the phages’ early- and mid-expressed genes. The phage studied in this thesis is phage p2, of the Caudovirales order, Siphoviridae family and sk1-like group. The structure of phage p2 is known, but most early-and mid-expressed proteins do not have homologues of known structure or function in the public databases. These genes were cloned in a bacterial expression system in order to be expressed and the proteins purified and crystallized to determine their structure by X-ray crystallography. The protein encoded by the gene orf47 was commercially synthesized to be studied by nuclear magnetic resonance. Our overall goal is to suggest roles for these proteins by obtaining their structure and performing a structural homology query. Crystals were obtained for the proteins ORF-24, SaV (expressed from the gene orf26) and ORF-37 but more work is required in order to determine their structure. The structure of ORF-47 was obtained by nuclear magnetic resonance and has been found to have a fold highly similar to domains B, C and E of staphylococcal protein SpA. These domains bind human immunoglobulin G. The binding of similar proteins in L. lactis by ORF-47 has yet to be experimentally confirmed.

Dans cette thèse, l’auto-assemblage en molécules colloïdales de virus en forme de filament, les bactériophages M13, est étudié. Comme première approche, l’affinité de la streptavidine pour la biotine ou un Strep-tag est utilisée et quantitativement comparée. Pour ce faire, des virus modifiés génétiquement, M13-AS, présentant des Strep-tag et des virus M13C7C chimiquement bioconjugués par de la biotine ont réagi via leur extrémité proximale avec des nanoparticules fonctionnalisées par de la streptavidine. Il en résulte la formation de molécules colloïdales en étoile, dont la valence ou nombre de virus par structure, peut être simplement contrôlée par l’excès molaire initial. Cependant, la stabilité de ces molécules colloïdales est limitée par la libération progressive et la dégradation de la streptavidine. Nous avons alors développé une seconde approche basée sur l’affinité soufre-métal, qui s’est avérée à la fois pratique expérimentalement et fiable. Grâce aux groupements disulfures présents sur les cystéines de la protéine P3, des nanoparticules métalliques peuvent se lier à l’extrémité des virus. Le caractère générique de cette méthode est vérifié en faisant varier la nature du métal des nanoparticules ainsi que la souche des virus, dont la sauvage. La valence des structures formées est déterminée en fonction de plusieurs paramètres, dont l’excès molaire initial, la taille des nanoparticules et la force ionique. Un modèle rendant compte des résultats expérimentaux a été élaboré, dont les principales variables sont la surface des nanoparticules et le diamètre effectif électrostatique des virus. Cette approche est étendue à la réalisation de diblocs colloïdaux hétéro bifonctionnels, utilisant les virus comme briques constitutives. Comme preuve de concept, des diblocs bicolores à base de virus sont obtenus par auto-assemblage et leur dynamique est étudiée à l’échelle du bloc élémentaire en microscopie optique de fluorescence. Ainsi, nous avons montré dans cette thèse la réalisation par auto-assemblage d’une nouvelle génération de molécules colloïdales, dont l’auto-organisation peut conduire à la formation de superstructures hiérarchiques hybrides de complexité croissante, potentiellement utiles en sciences des matériaux. / In this thesis, the self-assembly of rod-like viral particles, specifically the M13 bacteriophages, into colloidal molecules is studied. As the first method, the affinity of streptavidin to biotin or Strep-tag is used and quantitatively compared. In this case, both biologically engineered M13-AS displaying Strep-tags and chemically biotinylated M13C7C viruses have reacted with streptavidin activated nanoparticles via their functionalized proximal ends. This results in star-like colloidal molecules, whose valency – or number of viruses par structure – can be solely controlled by tuning the initial molar excess. However, the stability of these colloidal molecules is limited by streptavidin release and degradation. Thus, we develop the second method based on the sulfur—metal interactions, which is more convenient and reliable. Thanks to the exposed disulfide groups located at p3 proteins, metallic nanoparticles are able to bind to proximal ends of the M13 virus. The generic feature of this method is verified by using different metals and two virus strains including wt-M13. Afterwards, the control of the valency is explored by varying the initial molar excess, the nanoparticle size and the ionic strength. A quantitative model is built correspondingly, using the surface area of Au nanobead and the effective electrostatic diameter of the virus as variables, which accounts for the assembly of colloidal molecules with desired valencies. This method is further applied to assemble heterobifunctional diblocks by using filamentous viruses as building units. As a proof-of-concept experiment, bicolored diblocks are produced and tracked by each block simultaneously. Overall, we demonstrate the synthesis of a new generation of hybrid colloidal molecules, whose self-organization could serve as a promising means to create novel hierarchical biologic/inorganic superstructures that may find applications in materials science.

Même si les traitements thermiques ou la désinfection par les oxydants ont démontré leur efficacité virucide, les mécanismes liés à la perte du caractère infectieux ne sont pas connus. Ceci pose un réel problème d’interprétation de la présence de génome viral en matière de risque infectieux dans les aliments. Ce travail de thèse a pour objectif d’étudier l’évolution des propriétés de surface (charge et hydrophobie) de virus modèles, bactériophage MS2 et norovirus murin, au cours de l’inactivation par la chaleur, l’hypochlorite de sodium et l’ozone. Pour nos deux virus, nous démontrons l’existence d’une température critique au-delà de laquelle la particule virale se déstructure en libérant son génome. Un simple traitement à la RNase permettrait alors de ne détecter que des virus infectieux par biologie moléculaire. Le traitement thermique implique aussi une augmentation de l’hydrophobie soulignant des modifications conformationnelles de la capside. L’hypochlorite de sodium ne modifie que peu les propriétés de surface mais des phénomènes d’oxydation ont lieu au niveau de la capside puisque la charge du bactériophage MS2 est légèrement modifiée. Ces modifications diminuent la résistance thermique du virus. Nous démontrons un effet synergique de l’hypochlorite de sodium et la chaleur sur le bactériophage MS2 (inactivation, RNase et hydrophobie). Quant à l’ozone gazeux, nous soulignons son intérêt pour le traitement virucide des aliments fragiles. Ainsi, ce travail précise les mécanismes d’inactivation des virus et ouvre de nouvelles perspectives tant pour discriminer les virus infectieux et non-infectieux que pour proposer l’exploration de nouveaux traitements technologiques / Although heat treatments or disinfections by oxidants have proven their virucidal efficiencies, mechanisms related to the loss of infectivity are not known. This statement could lead to a misinterpretation of the presence of viral genome on infection risk for humans in food matrices. This thesis aimed to study the evolution of surface properties (charge and hydrophobicity) for model viruses, bacteriophage MS2 and murine norovirus, during the heat, sodium hypochlorite and ozone inactivations. For both viruses, the existence of a critical temperature beyond which the viral particle was disrupted and released its genome was demonstrated. Simple treatment with RNase would then only detect infectious virus by molecular biology. The heat treatment also involved a transient increase in the hydrophobicity which highlighted conformational changes of the viral capsid. Sodium hypochlorite slightly modified the surface properties but oxidation phenomena occurred onto capsid since the bacteriophage MS2 charge has changed a little. These changes decreased the thermal resistance of the virus. Synergistic effects of both sodium hypochlorite and heat were observed on the inactivation of MS2 phages, the sensitivity of their genome to RNases and the increase in hydrophobicity of remaining infectious particles. Regarding gaseous ozone, we underlined its interest in the case of virucidal treatment of fragile food matrices. Therefore, this work specified the virus inactivation mechanisms and opened up new perspectives to discriminate infectious from non-infectious viruses but also to propose the exploration of new technological processes

Les quatre étapes principales d'infection des bactéries par leurs virus sont (i) la reconnaissance spécifique de la cellule hôte et l'entrée du génome dans le cytoplasme,(ii) la réplication du génome viral, (iii) l'assemblage des particules virales, et (iv) leur relâchement, menant dans la plupart des cas à la lyse de la cellule. Bien que la description des étapes individuelles du cycle viral a été relativement bien établie, les détails de comment d'ADN viral chemine du virion jusqu’au cytoplasme de la bactérie hôte et de comment l'environnement cellulaire participe au processus restent mal compris.La première étape de l’infection est la reconnaissance d’un récepteur à la surface de la bactérie hôte par la machinerie d’adsorption du phage. Les barrières que l’agent infectieux doit franchir par la suite sont la membrane externe de la bactérie Gram-negative, la paroi cellulaire et la membrane cytoplasmique. Ceci implique une dégradation localisée de la paroi et le cheminement de l’ADN à travers un pore dans la membrane. L‘ADN linéaire se circularise normalement dans le cytoplasme et il est répliqué par la suite. On a utilisé le bactériophage SPP1 qui infecte la bactérie Gram-positive Bacillus subtilis comme modèle d’étude pour disséquer ces différentes étapes clés pour le démarrage de l’infection virale. Dans ce travail de thèse les conditions d’infection et d’acquisition de données pour suivre en temps réel la dépolarisation de la membrane cellulaire de B. subtilis lors de l’infection par SPP1 ont été mis au point. Il est montré que le démarrage de l’infection déclenche une dépolarisation très rapide de la membrane cytoplasmique.Le potentiel de membrane n’est plus rétablit pendant toute la durée du cycle d'infection. Ce changement du potentiel de membrane au début de l’infection dépend de la présence du récepteur YueB. L’amplitude de la dépolarisation dépend du nombre de particules virales infectieuses présentes et de la concentration du récepteur YueB à la surface de la bactérie hôte. L’interaction du phage avec le récepteur YueB conduit à l’interaction irréversible et à l'éjection de l’ADN de SPP1. Pour établir si c’est l’interaction avec YueB ou le début de l’entrée de l’ADN qui conduit à la dépolarisation de la membrane on a utilisé des phages SPP1 éclates par EDTA qui adsorbent normalement à B. subtilis mais qui n’avaient plus leur ADN. Les résultats obtenus ont montré que la dépolarisation requiert l’interaction du virus intacte avec le récepteur YueB. Des concentrations sous-millimolaire de Ca2+ sont nécessaires et suffisantes pour SPP1 liaison réversible à l'enveloppe d'hôte et donc de déclencher la dépolarisation.La cinétique d’entrée de l’ADN du bactériophage SPP1 dans la bactérie Bacillus subtilis a été suivie en temps réel par microscopie de fluorescence. On a mis au point une méthode de microscopie pour visualiser des particules virales marquées avec des «quantum dots» ce qui permit de démontrer que ces particules se fixent préférentiellement aux pôles des bacilli. L’immuno-marquage du récepteur de SPP1,la protéine YueB, a montré que celle-ci a une organisation ponctuée à la surface de B.subtilis et se concentre particulièrement aux extrémités de la bactérie. Cette localisation particulière du phage sur la surface de la cellule hôte corrèle avec l’observation que l’ADN viral rentre dans le cytoplasme (<2 min) et se réplique dans des foci situés dans la plupart des cas à proximité des pôles de B. subtilis. L’étude spatio-temporelle de l’interaction de SPP1 avec son hôte Gram-positive montre que le virus cible des régions spécifiques de la bactérie pour son entrée et pour sa réplication. Transfert d'ADN dans le cytoplasme dépend des concentrations millimolaires de Ca2+. Un modèle décrivant les événements précoces de l'infection bactériophage SPP1 est présenté. / The four main steps of bacterial viruses (bacteriophages) lytic infection are (i) specific recognition and genome entry into the host bacterium, (ii) replication of the viral genome, (iii) assembly of viral particles, and (iv) their release, leading in most cases to cell lysis. Although the course of individual steps of the viral infection cycle has been relatively well established, the details of how viral DNA transits from the virion to the host cytoplasm and of how the cellular environment catalyzes and possibly organizes the entire process remain poorly understood.Tailed bacteriophages are by far the most abundant viruses that infect Eubacteria. The first event in their infection is recognition of a receptor on the surface of host bacterium by the phage adsorption machinery. The barriers that the infectious particle overcomes subsequently are the cell wall and the cytoplasmic membrane of bacteria. This implies a localized degradation of the wall and the flow of its double stranded DNA (dsDNA) through a hydrophilic pore in the membrane. The lineards DNA molecule is most frequently circularized in the cytoplasm followed by its replication. In this study we used bacteriophage SPP1 that infects the Gram-positive bacterium Bacillus subtilis as a model system to dissect the different steps leading to transfer of the phage genome from the viral capsid to the host cell cytoplasm.normally to B. subtilis but do not trigger depolarization of the CM. Attachment of intact SPP1 particles is thus required for phage-induced depolarization.The beginning of B. subtilis infection by bacteriophage SPP1 was followed inspace and time. The position of SPP1 binding at the cell surface was imaged by fluorescence microscopy using virus particles labeled with "quantum dots". We found that SPP1 reversible adsorption occurs preferentially at the cell poles. This initial binding facilitates irreversible adsorption to the SPP1 phage receptor protein YueB,which is encoded by a putative type VII secretion system gene cluster.Immunostaining and YueB – GFP fusion showed that the phage receptor protein YueB is found over the entire cell surface. It concentrates at the bacterial poles too,and displays a punctate distribution over the sidewalls. The dynamics of SPP1 DNA entry and replication was visualised in real time by assaying specific binding of a fluorescent protein to tandem sequences present in the SPP1 genome. During infection, most of the infecting phages DNA entered and replicated near the bacterial poles in a defined focus. Therefore, SPP1 assembles a replication factory at a specific location in the host cell cytoplasm. DNA delivery to the cytoplasm depends on millimolar concentrations of Ca2+ allowing uncoupling it from the precedent steps of SPP1 adsorption to the cell envelope and CM depolarization that require only micromolar amounts of this divalent cation. A model describing the early events of bacteriophage SPP1 infection is presented.

Récemment, le système de sécrétion de type VI (SST6) a été identifié comme un nouvel acteur clé dans la compétition inter-bactérienne parmi le large arsenal dont dispose les bactéries. L’une des particularités du SST6 est de cibler à la fois des cellules eucaryotes et procaryotes. Le T6SS est un complexe protéique formé par l’assemblage de deux ‘sous-complexes’. Le premier sert à l’ancrage de la machinerie au sein de l’enveloppe bactérienne et le second agit comme une arbalète moléculaire. Le mécanisme d’action du SST6 est très similaire à celui d’autres machineries contractiles telles que celui des bactériophages : la contraction d’un fourreau propulse une flèche, composée d’un tube avec une aiguille à son extrémité, directement dans la cellule cible afin de délivrer les différentes toxines. Mon projet de thèse consiste à comprendre quelles sont la structure et la biogénèse des deux différents complexes et de comprendre comment ils sont assemblés. Nous utilisons comme modèle la bactérie pathogène à Gram négatif Escherichia coli entéroagrégative. J’ai pu démontrer que le complexe membranaire est assemblé en premier, avec l’adressage de la lipoprotéine de membrane externe TssJ, puis le recrutement séquentiel de TssM et TssL, deux protéines de membrane interne. Le complexe membranaire recrute ensuite une plateforme d’assemblage, appelée ‘baseplate’. Nous avons identifié et caractérisé les composants de cette ‘baseplate’ qui sert de plateforme d’assemblage pour le recrutement du reste de la machinerie (fourreau et flèche). Enfin, nous avons identifié et déterminé le rôle de la protéine TssA, une protéine qui coordonne la polymérisation du fourreau et de la flèche. / Among the broad weaponry of bacteria, the recently identified type VI secretion system (T6SS) emerges as one of the key player in bacterial competition. T6SS is a versatile machinery that targets both eukaryotic and prokaryotic cells. This molecular weapon assembles two evolutionarily different sub-assemblies. One complex anchors the machinery to the cell envelope while the second acts as a molecular crossbow. The mechanism of action of the T6SS is similar to other known contractile machineries such as bacteriophages: the contraction of a sheath propels an arrow, constituted of a tail tube capped by a cell-puncturing device, directly into the prey cell to deliver effector toxins. My Ph.D project was to provide mechanistic details on the structure and biogenesis of the two T6SS sub-complexes and to understand how they are connected, using entero-aggregative Escherichia coli as model bacterium. I have demonstrated that the membrane complex is assembled first and starts with the positioning of the outer membrane TssJ lipoprotein and proceeds inward, from the outer to the inner membrane, through the sequential recruitment of the TssM and TssL subunits. After assembly, the membrane complex recruits an assembly platform called the baseplate. We identified and characterized the components of this baseplate, which serves as assembly platform for the tail. We further demonstrated that the functional and physical interaction between the T6SS membrane complex and the baseplate is mediated by multiple contacts. Finally, we identified and deciphered the role of TssA, a protein that coordinates the polymerizations of the tail tube and sheath.