Les métalloprotéines contenant des centres Fe-S jouent un rôle important dans la<br />nature car elles sont impliquées dans des fonctions physiologiques essentielles telles que la<br />photosynthèse, la respiration et la fixation de l'azote.<br />Dans cette thèse, une ferrédoxine impliquée dans la biogenèse des centres Fe-S, et une<br />dioxygenase bactérienne jouant un rôle crucial dans la biodegradation des hydrocarbures<br />aromatiques ont fait l'objet d‘analyses structurales par cristallographie aux rayons X. La<br />structure d'une ferrédoxine de la bactérie photosynthétique Rhodobacter capsulatus, a été<br />résolue dans les états oxyde et réduit. De petits changements structuraux ont été observes lors de la réduction, notamment au voisinage du centre [2Fe-2S]. Ces changements sont compares a ceux décrits pour des ferrédoxines de structure similaire mais de fonction différente.<br />Une métalloprotéine plus complexe, appartenant a une grande famille de dioxygenases<br />bactériennes, a été étudiée pour son activité d'oxydation des hydrocarbures aromatiques<br />polycycliques (HAP). Cette enzyme a trois composantes, isolée d'une souche de<br />Sphingomonas dégradant les HAP comprend une oxydoréductase a NAD(P)H, une<br />ferrédoxine a centre [2Fe-2S], et composante oxygenase de six sous-unités assemblées en un hexamère de type α3β3. La composante oxygenase, appelée PhnI, contient une centre [2Fe-2S] de type Rieske et un ion ferreux par sous-unité α, qui ont été identifies par leur signature RPE. L'enzyme est douée d'une spécificité du substrat extrêmement large, puisqu'elle est capable d'hydroxyle toute une gamme de HAP fait de 2 a 5 cycles aromatiques, y compris des cancérogènes comme le benz[a]anthracene et le benzo[a]pyrene. Avec le naphtalène comme substrat, des mesures de cinétique ont montre que cette enzyme a un Km bas (0.92 WM) et une constante de spécificité de 2.0 WM-1. s-1. La proteine Phn1 a été cristallisée, et sa structure 3D a été résolue avec une résolution de 1.85 A. En dépit d'une modeste similitude de séquence avec des dioxygenases homologues, le repliement polypeptidique est très semblable.<br />Des différences ont toutefois été observées au niveau de la poche catalytique.<br />Les protéines sous forme cristallisée, notamment les protéines Fe-S, peuvent subir des<br />dommages dus au rayonnement X synchrotron, causant des artefacts lors de la détermination<br />de la structure. Pour essayer de palier cet inconvénient, des rayons X de très haute énergie (55 keV; 0.22 A), qui sont peu absorbes par les protéines, ont été utilises pour résoudre la<br />structure d'une proteine modèle, le lysozyme. Une structure a été établie pour la première fois<br />par cette approche, en utilisant les phases expérimentales obtenues par différentes méthodes.<br />Les applications potentielles en biologie structurale sont discutées.

Les écosystèmes côtiers sont des milieux complexes au sein desquels les communautés microbiennes, jouant un rôle majeur dans leur fonctionnement et leur maintien, s’adaptent et sont tolérantes à des conditions environnementales fluctuantes. En effet, au rythme des marées et de l'activité de la macrofaune, des oscillations oxie/anoxie influencent la composition et la dynamique des communautés microbiennes et par conséquent leur implication métabolique. Afin d’appréhender le devenir du pétrole dans ces écosystèmes, il est donc indispensable d’apporter des connaissances sur l’écologie des microorganismes intervenant dans son élimination, notamment dans des conditions oscillantes anoxie/oxie. Ainsi, ce travail de thèse a eu pour objectif de décrypter l’assemblage de communautés microbiennes hydrocarbonoclastesde sédiments intertidaux soumises à des oscillations anoxie/oxie en présence de pétrole lors d’une expérience en bioréacteurs. Les réponses écologiques des communautés bactériennes globales et de micro-organismes sulfato-réducteurs en conditions oscillantes ont pu être décrites en comparaison avec celles obtenues en conditions d’oxie ou d’anoxie permanentes, par l’analyse des données obtenues par séquençage haut-débit des gènes de l’ARN 16S et dsrB au niveau transcriptionnel. Ces études comparatives ont mis en évidence des profils écologiques en réponseaux conditions oscillantes, pouvant être répandus dans différents environnements marins côtiers. En réponse à ces conditions particulières, de nombreux microorganismes semblent avoir le potentiel à tolérer et/ou s’adapter aux différentes conditions d'oxygénation. Cette capacité d’acclimatation rapide des communautés bactériennes aux conditions oscillantes se sont accompagnées de capacités de dégradation équivalentes ou supérieures dans ces conditions par rapport à la condition d’oxie permanente montrant l’influence des oscillations anoxie/oxie sur le devenir du polluant dans les environnements pollués soumis à ces conditions. / Coastal ecosystems are complex environments in which microbial communities, playing a major role in their functioning and maintain, are tolerant and adapt to changing environmental conditions. Indeed, the tides and the macrofauna’s activity generate oxic/anoxic oscillations which influence the composition and dynamics of microbial communities and consequently their metabolic in volvement. To understand the fate of oil in these ecosystems, it is essential to provide knowledge on the ecology of microorganisms involved in these systems, taking into account anoxic/oxicoscillating conditions. Thus, this thesis aimed to decipher the organization of hydrocarbonoclastic microbial communities inhabiting intertidal sediments, when they are subjected to anoxic/oxic oscillations in an experiment in bioreactors with oil addition. Ecological responses of bacterial communities and sulfate-reducing microorganisms in oscillating conditions have been described comparing with those obtained with permanent oxic or anoxic conditions, using high-throughputsequencing analyses of the 16S rRNA and dsrB genes at the transcriptional level. These comparatives studies have highlighted ecological profiles in response to the oscillating conditions, which can be prevalent in different coastal marine environments. In response to these particular conditions, many organisms seem to have the potential to tolerate and / or adapt to the different conditions of oxygenation. This rapid acclimation capacity of bacterial communities tothese changing conditions have been accompanied by equivalent or greater degradation capacity under these conditions compared to the permanent oxic condition, showing the influence of the anoxic/oxic oscillations on the fate of pollutant in environments subjected tothese conditions.

Les écosystèmes marins côtiers sont constament soumis à des pollutions, notamment aux hydrocarbures, du fait de leur localisation et de leurs caractéristiques environnementales. Le rôle clé des microorganismes dans la dégradation de ces polluants est aujourd’hui très bien décrit. Toutefois, les conditions d’oxygénation fluctuantes dans ces environnements côtiers, dues aux marées et aux activités de bioturbation de la macrofaune, influencent les communautés microbiennes.Ainsi, ce travail de thèse a eu pour objectif de caractériser, l’assemblage de communautés microbiennes hydrocarbonoclastes de sédiments marins côtiers soumises à des oscillations oxie/anoxie en présence de pétrole lors d’une expérience en bioréacteurs. L’adaptation des bactéries marines hydrocarbonoclastes notamment des genres Alcanivorax et Cycloclasticus vis-à-vis de ces variations d’oxygène a pu être investiguée par oligotypage. Des écotypes ont été identifiés en fonction des conditions d’oxygénation démontrant ainsi les capacités d’adaptation aux conditions oscillantes d’oxygène de ces deux genres. La structure des communautés archéennes (séquençage des transcrits du gène de l’ARNr 16S) n’a pas montré de modification évidente liée aux conditions d’oxygénation démontrant ainsi des capacités d’adaptation et/ou de résistance plus importantes chez ces microorganismes comparées aux communautés bactériennes. Enfin, les analyses métagénomiques ont mis en évidence une réponse fonctionnelle spécifique aux oscillations oxie/anoxie. Ainsi, ces travaux de thèse apportent de nouvelles connaissances sur l’influence des variations d’oxygénation sur les communautés microbiennes et par conséquent sur la dégradation des hydrocarbures au sein des écosystèmes marins côtiers. / Coastal marine ecosystems are constantly subject to pollution, particularly hydrocarbons, because of their location and their environmental characteristics. The key role of microorganisms in the degradation of these pollutants is now well described. However, fluctuating oxygenation conditions in these coastal environments, due to tides and macrofauna bioturbation activities influence microbial communities.Thus, this thesis work aimed to characterize the assembly of microbial hydrocarbonoclastic communities of coastal marine sediments subjected to oxic/anoxic oscillations in the presence of oil during a bioreactor experiment. The adaptation of MOHCB, particularly of Alcanivorax and Cycloclasticus genera, to these oxygen variations has been investigated by oligotyping. Ecotypes were identified according to the oxygenation conditions demonstrating adaptation capacities of these two genera to the oscillating oxygen conditions. The structure of archaeal communities (16S rRNA transcript sequencing) did not show any modification related to the oxygenation conditions thus demonstrating greater adaptation and/or resistance capacities in these microorganisms compared to the bacterial communities. Finally, metagenomics analyses revealed a specific functional response to oxic/anoxic oscillations. Thus, this thesis provides new insights into the influence of oxygenation variations on microbial communities and consequently on the degradation of hydrocarbons in coastal marine ecosystems.