L’objectif de ce travail était de caractériser la variabilité spécifique (Bos taurus vs Oryctolagus cuniculus), individuelle, spatiale (inter- et intra- fermenteurs digestifs) et temporelle (en conditions non perturbée ou perturbée) des écosystèmes digestifs des mammifères herbivores (communautés procaryotiques et biotope) en comparant deux modèles animaux, la vache et le lapin, et en utilisant des outils moléculaires (CE-SSCP et qPCR). D’un point de vue méthodologique, nous avons développé un programme informatique, StatFingerprints, pour améliorer le traitement et l’analyse statistique des profils CE-SSCP et ainsi mieux extraire l’information écologique qu’ils contiennent en termes de structure et de diversité des communautés. Nous avons également mis au point des systèmes de qPCR plus spécifiques (Firmicutes et Bacteroides Prevotella) que ceux précédemment décrits. D’un point de vue cognitif, nos travaux démontrent une forte influence de l’espèce hôte sur les caractéristiques de son écosystème : les communautés sont plus riches (+8 %, +12 % pour les bactéries et les Archaea, respectivement), plus diverse (+19 % pour les bactéries) mais moins abondantes (-4.9 % de bactéries) dans le rumen de la vache que dans le caecum du lapin. Le biotope ruminal est moins acide (+0.6 unité pH), plus réducteur (-30 mV), et contient moins d’acides gras volatils (-19%) et plus de NH3-N (+39%) que le biotope caecal. Cela suggère un rôle déterminant de la physiologie digestive de l’hôte et/ou des phénomènes de coévolution hôte/microbiote. Nos travaux n’ont pas permis de mettre en évidence un effet de « l’individu hôte » sur les caractéristiques de sa communauté microbienne suggérant que la proximité génétique entre les individus (race) et/ou la forte standardisation des conditions d’élevage (logement, alimentation etc.) tendent à uniformiser l’influence des individus sur le déterminisme de leurs communautés procaryotiques. Nous avons montré qu’il existe une évolution des communautés microbiennes le long du tractus digestif en relation avec la physiologie et les conditions environnementales des différents compartiments à laquelle s’additionne, dans le rumen, une variabilité liée à la fraction, liquide ou solide, considérée. Nos données suggèrent qu’à l’état basal et en situation de perturbation, les communautés procaryotiques des deux espèces hôtes n’évoluent pas de la même façon dans le temps. Ainsi, dans le rumen de la vache, la communauté bactérienne fluctue de façon sporadique suggérant un état d’équilibre dynamique alors qu’elle reste dans un état d’équilibre statique dans le caecum du lapin. Les deux communautés réagissent de façon rapide (< 2jours) et s’adaptent rapidement à une augmentation du ratio amidon/fibres pour atteindre un nouvel équilibre, dynamique dans le rumen et statique dans le caecum. En revanche, nos travaux n’ont pas mis en évidence de corrélations importantes entre les communautés bactériennes et les paramètres de leur environnement. D’un point de vue finalisé, ces données confirment que la nutrition est une voie d’action pertinente pour essayer de réorienter le fonctionnement des écosystèmes digestifs chez ces espèces d’intérêt zootechnique, vers une meilleure santé et/ou efficacité digestive. / The aim of this work was to characterize the specific (Bos taurus vs Oryctolagus cuniculus), individual, spatial (inter- and intra- digestive fermentors) and temporal (in undisturbed or disturbed conditions) variability of the digestive ecosystems (prokaryotic communities and biotope) in herbivorous mammals by comparing two animal models, cow and rabbit, and by using molecular methods (CE-SSCP and qPCR). Concerning methodology, we developed the StatFingerprints program to improve processing and statistical analysis of CE-SSCP profiles and better extract ecological information they contained about structure and diversity of communities. We also developed more specific (Firmicutes and Bacteroides Prevotella) primers than those available. From a cognitive point of view, our work demonstrated a strong effect of host species on ecosystem: communities presented a higher richness (+8 %, +12 % for bacteria and Archaea, respectively), a greater diversity (+19 % for bacteria) but are less abundant (-4.9 % bacteria) in cow rumen than in rabbit caecum. The rumen biotope is less acid (+0.6 pH unit), more reductive (-30 mV), and contains a lower concentration of fatty acids (-19%) and a higher concentration of NH3-N (+39%) than caecal biotope. Taken together, these results suggested a determining role of the digestive physiology of the host and of coevolution phenomena between the host and its microbiota. Our results did not permit to evidence an individual effect on the procaryotic communities suggesting that the genetic similarity between animals we used and/or the strong standardization of breeding conditions (housing, food etc) tended to reduce the influence of the individuals on their prokaryotic communities. We showed that the procaryotic communities evolved along the digestive tract in relation to the physiology and the environmental conditions of the various compartments in which they live. In addition, in the rumen, we evidenced a variability of the bacterial community related to the fraction considered, liquid or solid. Our data suggested that, both in basal and disturbed situations, the bacterial communities of the two host species did not evolve in the same way in time. Indeed, in the rumen of the cow and basal condition, the bacterial community fluctuated sporadically suggesting a dynamic balance whereas it remains in a stable state in the caecum of the rabbit. The two communities reacted quickly (< 2 days) and adapted quickly to an increased ratio starch/fibres to reach a new balance, dynamic in the rumen and stable in the caecum. On the other hand, our work did not highlight important correlations between the bacterial communities and the parameters of their environments. From a finalized point of view, these data confirmed that the nutrition is a relevant way to try to reorientate the functioning of digestive ecosystems in these two species, toward a better digestive health and/or efficiency.

Les micro-organismes jouent un rôle crucial dans les processus écosystémiques. L'étude de la distribution spatio-temporelle des communautés microbiennes est donc nécessaire, particulièrement dans un contexte de changements globaux. Les micro-organismes étant très diversifiés et majoritairement non cultivables, l'étude de leur diversité et des facteurs responsables de l'assemblage des communautés nécessite des outils adaptés. Les écosystèmes alpins montrent de forts gradients mésotopographiques et de régimes d'enneigements. Ces gradients engendrent une hétérogénéité spatiale du couvert végétal et des processus écosystémiques à des échelles réduites. Les contrastes de l'étage alpin s'appliquent aussi dans le temps, ceux-ci étant soumis à des froids intenses en hiver. Ces écosystèmes sont donc un modèle de choix pour l'étude des patrons spatio-temporels de la microflore du sol. Ce travail s'est d'abord concentré sur l'optimisation d'une technique d'empreinte moléculaire, la CESSCP, mais aussi d'outils statistiques pour l'analyse de séquences d'ADN. Les communautés bactériennes, fongiques et crenarchaeotes du sol ont été suivies deux années, par CE-SSCP et clonage/séquençage, dans deux habitats contrastés par leurs régimes d'enneigements. Cette étude a ensuite été étendue à l'échelle du paysage, sous divers couverts végétaux. Ce travail montre que l'assemblage des communautés microbiennes alpines varie au cours des saisons et que l'hiver constituent un fort évènement sélectif. Cette étude montre également que les communautés microbiennes sont spatialement distribuées en fonction des régimes d'enneigements et de la végétation. Les facteurs directement responsables de tels patrons sont discutés.

Le déoxynivalénol (DON) est une mycotoxine issue du métabolisme secondaire de moisissures, et se retrouve fréquemment comme contaminant naturel de nombreuses denrées d’origine végétale. Les objectifs de nos travaux ont été d’évaluer les propriétés toxiques du DON chez le porc en croissance, sain ou porteur d’agent pathogène, car cette espèce est connue pour sa sensibilité envers la toxine. Nous avons dans un premier temps étudié in vitro les effets du DON sur la réponse immunitaire non spécifique des animaux. Dans un deuxième temps, l’impact de l’ingestion d’un aliment naturellement contaminé sur les performances et la flore intestinale des porcs a été étudié. Enfin, le modèle de portage asymptomatique de salmonelles a été choisi pour caractériser l’effet de l’intoxication sur l’excrétion de ce pathogène. En fonction de la dose de DON utilisée (0,5 - 5µM), la pré-exposition des macrophages à la toxine a entraîné une inhibition de leur activation par l’IFN-? à travers une diminution de l’expression de leurs récepteurs transmembranaires CD14, CD54, CD119 et HLA-DP/DQ/DR, impliqués dans les fonctions de coopération et de signalisation des macrophages. En revanche, le DON n’a pas eu d’effet particulier sur des macrophages préalablement activés par l’IFN-?. L’exposition au DON n’a pas altéré la capacité de phagocytose des neutrophiles. Cependant, le DON (10 - 50 µM) réduit les propriétés de migration de ces cellules, et diminue la production d’IL-8 par les neutrophiles stimulés par du lipopolysaccharide. Nos résultats suggèrent que la diminution de la production d’IL-8 serait due à une inhibition de l’expression de la sous-unité p65 des facteurs de transcription-kB (NF-kB). Dans les études in vivo, nous avons observé une diminution transitoire de la croissance de tous les porcs après une semaine d’ingestion d’un aliment contaminé par le DON (2,7 mg DON/kg d’aliment). Des modifications de profils de flore bactérienne intestinale ont également été mises en évidence par CE-SSCP (Capillary Electrophoresis Single-Stranded Conformation Polymorphism) après 28 jours d’intoxication chronique. Comme attendu, aucun signe clinique ou physiologique important n’a été observé suite à l’inoculation des porcs avec 106 UFC de Salmonella Typhimurium, hormis une augmentation immédiate de la concentration sérique des immunoglobulines A. Une légère accélération de la séroconversion des animaux infectés par Salmonella Typhymurium et exposés au DON a été observée, ainsi qu’une perturbation passagère de la population de coliformes thermotolérants des fécès, deux jours après l’infection. Aucun autre effet synergique de l’intoxication et de l’infection n’a été observé sur la persistance et l’excrétion de la bactérie par les porcs infectés. En conclusion, nos résultats montrent qu’in vitro, le DON diminue les fonctions des cellules phagocytaires (neutrophiles et macrophages) et qu’in vivo, aux doses de DON et de salmonelles administrés, cette mycotoxine altère la flore intestinale des porcs, mais ne semble pas être un facteur aggravant du portage asymptomatique de salmonelles. / Deoxynivalenol (DON), is a mycotoxin produced by several Fusarium species. It is a secondary metabolite and can contaminate all the stages of the food chain. DON is commonly detected in cereal grains and pigs remain the most sensitive animal specie. The aim of the present study was to evaluate the toxicological properties of DON in grower pigs using pathogen-free pigs. In the first place, in vitro studies were performed to evaluate DON effects on the no-specific immune response. In the second place, the impact of the ingestion of naturally DON contaminated food on the performance and pig’s microbiota was explored. Finally, a Salmonella asymptomatic model was used to characterize the effect of DON on pathogen excretion. Depending on the DON dose used (0.5 -5 µM) the preliminary exposition of macrophages with increased concentration of DON inhibited their IFN-y activation, through a decrease in the clusters of differentiation CD14, CD54, CD119, and HLA-DP/DQ/DR, which are implicated in cellular cooperation and signalization of macrophages. However, no DON effect was observed on the preliminary IFN-y activated macrophages. High DON dose (10 - 50 µM) did not affect polymorphonuclear cells (PMNs) phagocytosis but reduced significantly the migration capacity and the IL-8 production of LPS-induced PMNs. Results therefore suggested that IL-8 decrease is due to the inhibition of the p65-NFKB subunit expression. In the in vivo study, consumption of DON-contaminated feed (2.8 mg DON/kg of feed) reduced the animal weight gain during the first week of experiment. Changes in the intestinal microflora were observed by Capillary Electrophoresis Single-Stranded Conformation Polymorphism (CE-SSCP) in DON exposed animals, suggesting an impact of this toxin on the dynamics on the intestinal bacterial communities. In pigs inoculated with Salmonella enterica Typhimurium, DON did not increase the asymptomatic pathogenicity of the bacteria when these animals were fed with the contaminated diet. Only a slight increase of the seroconversion was seen, but no synergistic effects on colonization or excretion of the bacteria was observed during the experiment. It was concluded that low doses of DON have a negative impact on different phagocytics cells functions and could modify the gastrointestinal associated microflora. In contrast, this toxin did not seem to increase an asymptomatic infection of Salmonella enterica Typhimurium in pigs.

L’étude des communautés microbiennes de la baie de raisin dans des conditions de production à l’échelle de la parcelle montre une dynamique temporelle des populations cultivables, qui se traduit par une augmentation des niveaux de population à partir des stades de début véraison et début maturité. Concernant la communauté bactérienne cultivable, 44 espèces appartenant à 21 genres ont été identifiées. Parmi les huit genres identifiés pour la population fongique, les espèces appartenant au genre Aureobasidium sont les plus abondantes, contrairement aux espèces fermentaires qui restent minoritaires. L’incidence des facteurs biotiques et abiotiques sur différents paramètres de population microbienne tels que la structure, la densité et l’activité métabolique a été analysée. Nous avons observé que les zones climatiques plus fraîches et humides, favorisent le développement des microorganismes. Ces travaux mettent en évidence l’impact écotoxique du cuivre sur la communauté microbienne, en particulier dans sa fraction bactérienne. Le développement de Botrytis cinerea sur la grappe modifie la communauté microbienne des baies de raisin sain : le nombre d’espèces bactériennes augmente ainsi que leur diversité. La communauté bactérienne de la baie de raisin est proche de celle des feuilles d’un point de vue de sa structure, et mais éloignée de celles des écorces et du sol, avec des indices de diversité et de richesse plus faibles. / The study of microbial communities associated with wine grapes under field conditions revealed changes in the size and structure during the berry ripening process, with levels rising gradually and reaching their highest value when the berries were over ripe. During this work several bacteria and fungi species, including fermentative yeast, have been isolated and identified. From cultured bacteria, over 44 species were identified from 21 genera. Concerning fungi population, among eight genera identified, the genus Aureobasidium was the most abundant. Our study reveals the impact of different abiotic and biotic factors over microbial community structure, density and metabolic activity. Comparing different vineyards in the same region, we observed that areas presenting more humid and colder climate favor the growth of microorganisms. Our results also show that the farming system has a clear impact on the microbial community, especially in the bacterial fraction. One of the reasons is the inhibiting effect of copper-based fungicides, frequently used in both organic and conventional farming systems. The presence of Botrytis cinerea in grape berries without visual symptoms of infection can change the microbial community of the grapes, increasing bacterial population density and diversity.