Many bacteria live in close association with other organisms such as plants and animals, with important implications for both health and disease. This thesis investigates bacteria that are well adapted to live inside an animal host, and describes the molecular evolutionary processes underlying host-adaptation, based on bacterial genome comparisons. Insect-transmitted bacteria of the genus Bartonella infect the red blood cells of mammals, and we investigate host adaptation and genome evolution in this genus. In Bartonella, many host-interaction systems are encoded in a highly variable chromosomal segment previously shown to be amplified and packaged into bacteriophage particles. Among all genes imported into the Bartonella ancestor, we identify the short gene cluster encoding these phage particles as the most evolutionary conserved, indicating a strong selective advantage and a role in niche adaptation. We also provide an overview of the remarkable evolutionary dynamics of type IV and type V secretion systems, including a detailed analysis of the type IV secretion system trw. Our results highlight the importance of recombination and gene conversion in the evolution of host-adaptation systems, and reveal how these mutational mechanisms result in strikingly different outcomes depending on the selective constraints. In the insect endosymbionts Buchnera and Blochmannia, we show that genes frameshifted at poly(A) tracts can remain functional due to transcriptional slippage. Selection against poly(A) tracts is very inefficient in these genomes compared to other bacteria, and we discuss why this can lead to increased rates of gene loss. Using the human pathogen Helicobacter pylori as a model, we provide a deeper understanding of why highly expressed genes evolve slowly. This thesis emphasizes the power of using complete genome sequences to study evolutionary processes. In particular, we argue that knowledge about the complex evolution of duplicated gene segments is crucial to understand host adaptation in bacteria.

La vie en société présente des avantages écologiques et évolutifs, mais augmente les risques de transmission de pathogènes. Pour faire face à ce problème, les insectes sociaux ont développé plusieurs mécanismes de défenses comportementales et physiologiques, et en plus utilisé la protection fournie par des organismes tiers. C'est ainsi que des abeilles et des fourmis se servent de substances antimicrobiennes d'origine végétale ou des fourmis possèdent des bactéries productrices d'antibiotiques. La fourmi est un insecte qui, par définition, ne peut vivre que dans sa société avec des congénères avec lesquels elle entretient des relations nombreuses comme des léchages interindividuels et des échanges en bouche à bouche (appelés trophallaxies). Dans la première partie de la thèse, nous avons étudié les altérations comportementales des ouvrières de la fourmi Camponotus fellah après le déclenchement d'une réaction immunitaire. Nous avons posé l'hypothèse que si les relations sociales sont aussi coûteuses que les défenses immunitaires physiologiques, l'individu devrait être confronté à un choix : où investir son énergie ? Au contraire, suite à une réaction immunitaire les fourmis ont augmenté leur taux de trophallaxie et aucun signe d'isolement de l'ouvrière malade ne fut observé. Ce résultat met en évidence l'importance des relations sociales pour la guérison de l'individu et qui peuvent même avoir une fonction prophylactique. La deuxième partie a été consacrée à l'étude d'un endosymbiote primaire de C. fellah, une bactérie du genre Blochmannia. Cet endosymbiote a un rôle nutritif qui a été déjà montré chez d'autres espèces de Camponotus. Nous avons envisagé qu'il ait aussi d'autres fonctions comme : favoriser le système immunitaire de la fourmi, favoriser le développement des nouvelles colonies et participer à la formation de l'odeur coloniale. Nous avons d'abord décrit cette nouvelle bactérie par des techniques de biologie moléculaire. Ensuite, nous avons pu montrer qu'elle favorise la réponse immunitaire des fourmis en augmentant l'encapsulation de particules étrangères. Elle contribue à une plus grande production de larves, aboutissant à une plus grande quantité d'ouvrières. Nous n'avons pas mis en évidence de lien entre la quantité de bactéries et celle d'hydrocarbures cuticulaires, bien que leur élimination par un antibiotique entraînait une surproduction de ces hydrocarbures, probablement une réponse liée au stress. Plus généralement, ces travaux montrent de nouvelles fonctions des endosymbiotes, qui ont probablement contribué au succès écologique de ce groupe de fourmis hautement diversifié et très répandu.