L'augmentation et la dissémination de la résistance aux antibiotiques chez les bactéries à gram-negatif, particulièrement les Entérobactéries, les bactéries du genre Pseudomonas et Acinetobacter, représentent un problème majeur de santé publique au niveau mondial. Les infections nosocomiales causées par les bactéries multi-résistantes (BMR) ont conduit non seulement à une augmentation de la mortalité, de la morbidité, et du coût de traitement, mais aussi continuent de mettre en danger la vie des patients surtout immunodéprimés en milieu hospitalier. Bien entendu, l'utilisation abusive et non contrôlée des antibiotiques a grandement contribué à la large diffusion des déterminants de la résistance; cependant, des études récentes ont démontré que ces déterminants de la résistance pouvaient émerger à partir de sources anciennes et/ou environnementales. Ainsi, face à cette préoccupation mondiale, plusieurs études ont été rapportées avec des recommandations importantes de conduire des études épidémiologiques, moléculaires, et génomiques afin de contrôler la diffusion et l'augmentation de la résistance aux antibiotiques. De plus, durant ces 10 dernières années, nous avons assisté à l'emergence et au développement de nouvelles technologies de séquençage à haut débit coïncidant avec une augmentation exponentielle du nombre de genomes bactériens séquencés. / The increase and spread of multidrug-resistant (MDR) gram-negative bacteria especially Enterobacteriaceae, Pseudomonas, and Acinetobacter (E.P.A) species have become a major concern worldwide. The hospital-acquired infections caused by MDR bacteria have led not only to an increase in mortality, morbidity, and cost of treatment, but also continue to endanger the life of patients, especially those immunocompromised. Although the frequent misuse of antibiotic drug has greatly contributed to worldwide dissemination and resistance to antibiotics; recent studies have shown that these resistance determinants could emerge from ancient or environmental sources. Front of this worldwide concern, several studies have been reported with significant recommendations to conduct molecular epidemiology, and genomic studies, in order to control the increase and the dissemination of the antibiotic resistance. Moreover, during these last 10 years, we are witnessing the emergence and development of new technologies of high throughput sequencing and coinciding with an exponential increase of number of bacterial genomes sequenced today. Therefore, it is in this context that the project of this thesis was conducted with three essential objectives: (i) the genome sequencing of clinical MDR bacteria, the analysis and the identification of the mechanisms and the genetic determinants of antimicrobial resistance (ii) the achievement of molecular epidemiology studies from clinical MDR bacteria responsible of outbreak (iii) the development and implementation of molecular tools for monitoring and diagnosis of potential MDR bacteria.

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En forêt tropicale humide Amazonienne, les facteurs gouvernant l'évolution des espèces d'arbres restent peu connus et continuellement débattus. En particulier, les micro-variations environnementales attirent beaucoup d'attention car elles induisent de profondes modifications de structure et composition des communautés. Les variations micro-environnementales associées à la topographie ont couramment été évoquées comme facteur de radiations adaptatives chez les espèces d'arbres. Cependant, l'hypothèse de l'adaptation locale n'a jamais été testée au niveau intra-spécifique chez les arbres de forêt amazonienne alors que l'on sait que la diversité génétique des arbres tropicaux est couramment structurée à faibles échelles spatiales par des processus neutres (en particulier du fait de restrictions de flux de gènes). Dans cette étude, j'ai étudié le processus de différentiation génétique d'une espèce d'arbre (Eperua falcata, Fabaceae) dans les paysages forestiers de Guyane française grâce à la combinaison d'une approche phénotypique (génétique quantitative) et d'une approche moléculaire (génétique des populations). Je me suis attachée à répondre à trois questions principales : 1) Comment se distribue la diversité génétique dans les paysages forestiers de Guyane française ? 2) Quelles forces évolutives sont impliquées dans le processus de différentiation génétique à faible échelle spatiale ? 3) Est-ce que le processus d'adaptation locale contribue à structurer la diversité génétique à faible échelle spatiale ?

Une réconciliation entre un arbre de gènes et un arbre d’espèces décrit une histoire d’évolution des gènes homologues en termes de duplications et pertes de gènes. Pour inférer une réconciliation pour un arbre de gènes et un arbre d’espèces, la parcimonie est généralement utilisée selon le nombre de duplications et/ou de pertes. Les modèles de réconciliation sont basés sur des critères probabilistes ou combinatoires. Le premier article définit un modèle combinatoire simple et général où les duplications et les pertes sont clairement identifiées et la réconciliation parcimonieuse n’est pas la seule considérée. Une architecture de toutes les réconciliations est définie et des algorithmes efficaces (soit de dénombrement, de génération aléatoire et d’exploration) sont développés pour étudier les propriétés combinatoires de l’espace de toutes les réconciliations ou seulement les plus parcimonieuses. Basée sur le processus classique nommé naissance-et-mort, un algorithme qui calcule la vraisemblance d’une réconciliation a récemment été proposé. Le deuxième article utilise cet algorithme avec les outils combinatoires décrits ci-haut pour calculer efficacement (soit approximativement ou exactement) les probabilités postérieures des réconciliations localisées dans le sous-espace considéré. Basé sur des taux réalistes (selon un modèle probabiliste) de duplication et de perte et sur des données réelles/simulées de familles de champignons, nos résultats suggèrent que la masse probabiliste de toute l’espace des réconciliations est principalement localisée autour des réconciliations parcimonieuses. Dans un contexte d’approximation de la probabilité d’une réconciliation, notre approche est une alternative intéressante face aux méthodes MCMC et peut être meilleure qu’une approche sophistiquée, efficace et exacte pour calculer la probabilité d’une réconciliation donnée. Le problème nommé Gene Tree Parsimony (GTP) est d’inférer un arbre d’espèces qui minimise le nombre de duplications et/ou de pertes pour un ensemble d’arbres de gènes. Basé sur une approche qui explore tout l’espace des arbres d’espèces pour les génomes considérés et un calcul efficace des coûts de réconciliation, le troisième article décrit un algorithme de Branch-and-Bound pour résoudre de façon exacte le problème GTP. Lorsque le nombre de taxa est trop grand, notre algorithme peut facilement considérer des relations prédéfinies entre ensembles de taxa. Nous avons testé notre algorithme sur des familles de gènes de 29 eucaryotes. / A reconciliation between a gene tree and a species tree depicts an evolutionary scenario of the homologous genes in terms of gene duplications and gene losses. To infer such a reconciliation given a gene tree and a species tree, parsimony is generally used according to the number of gene duplications and/or losses. The combinatorial models of reconciliation are based on probabilistic or combinatorial criteria. The first paper defines a simple and more general combinatorial model of reconciliation which clearly identifies duplication and loss events and does not only induce the most parsimonious reconciliation. An architecture of all possible reconciliations is developed together with efficient algorithms (that is counting, randomization, and exploration) to study combinatorial properties of the space of all reconciliations or only the most parsimonious ones. Based on the classical birth-death process, an algorithm that computes the likelihood of a reconciliation has recently been proposed. The second paper uses this algorithm together with the combinatorial tools described above to compute efficiently, either exactly or approximately, the posterior probability of the reconciliations located in the considered subspace. Based on realistic gene duplication and loss rates and on real/simulated datasets of fungal gene families, our results suggest that the probability mass of the whole space of reconciliations is mostly located around the most parsimonious ones. In the context of posterior probability approximation, our approach is a valuable alternative to a MCMC method and can competes against a sophisticated, efficient, and exact computation of the probability of a given reconciliation. The Gene Tree Parsimony (GTP) problem is to infer a species tree that minimizes the number of duplications and/or losses over a set of gene family trees. Based on a new approch that explores the whole species tree space for the considered taxa and an efficient computation of the reconciliation cost, the third paper describes a Branch-and- Bound algorithm that solves exactly the GTP problem. When the considered number of taxa is too large, our algorithm can naturally take into account predefined relationships between sets of taxa. We test our algorithm on a dataset of eukaryotic gene families spanning 29 taxa.

L’objectif de cette thèse est de déterminer l’étendue de la variabilité épigénétique, plus particulièrement du polymorphisme de méthylation de l’ADN, non liée à la variabilité génétique dans les populations asexuées en milieu naturel. Cette évaluation nous a permis de mieux cerner l’importance que peuvent avoir les processus épigénétiques en écologie et en évolution. Le modèle biologique utilisé est l’hybride clonal du complexe gynogénétique Chrosomus eos-neogaeus. Malgré une homogénéité génétique, une importante variabilité phénotypique est observée entre les hybrides d’une même lignée clonale mais retrouvés dans des environnements différents. L’influence des processus épigénétiques apporte une explication sur ce paradoxe. L’épigénétique se définit comme une modification de l’expression des gènes sans changement de la séquence d’ADN. La diversité des phénotypes peut entre autre s’expliquer par des patrons de méthylation différentiels des gènes et/ou des allèles des gènes entre les hybrides génétiquement identiques. La diversité des lignées épiclonales peut quant à elle s’expliquer par la colonisation de plusieurs lignées épiclonales, s’établir en réponse à l’environnement ou de façon aléatoire. Plusieurs méthodes seront utilisées afin de survoler le génome des hybrides clonaux pour mettre en évidence le polymorphisme de méthylation de l’ADN à l’échelle de l’individu et entre les individus de différentes populations. / The aim of the thesis is to determine the extent of epigenetic variation, more specifically DNA methylation polymorphism, not linked to genetic variation in natural populations of an asexual vertebrate. This evaluation enables to better understand the importance that plays epigenetics processes in ecology and evolution. The biological model used is the clonal hybrid of the gynogenetic Chrosomus eos-neogaeus complex. Even in absence of genetic difference, an important phenotypic variability is observed among hybrids of the same clonal lineage living in different environments. Epigenetics, a modification of genes expression without a change at the DNA sequence, provides an explanation to this paradox. The diversity of phenotypes may be explained by differential methylation patterns of genes and/or alleles among genetically identical hybrids. The diversity of epiclonal lineages may be explained by the colonisation of many epiclonal lineages, established in response to the environment or stochastically. Many methods were used for screening the genome of clonal hybrids in order to highlight DNA methylation polymophism at the scale of an individual and among individuals of different populations.

La génomique comparative est une discipline importante pour la compréhension de l'évolution du vivant. Différentes méthodes de comparaison existent, nous nous intéressons ici en particulier aux mesures de (dis)similarités entre les génomes. Dans cette étude, nous étudions 3 mesures : les nombres d'adjacences, de points de cassures et d'intervalles communs. En présence de gènes dupliqués ou lorsque l'ordre des gènes n'est que partiellement connu, calculer ces mesures est un problème connu pour être NP-difficile. D'une part, nous désirons calculer les nombres d'adjacences et de points de cassures pour trois modèles (exemplaire, intermédiaire, maximum) entre deux génomes possédant des duplications. Afin d'obtenir un algorithme exact, nous modélisons ces problèmes en programmes pseudo-booléens. Après expérimentation sur 12 génomes de γ-protéobactéries, nous obtenons suffisamment de résultats pour : comparer les deux mesures et les 3 modèles et évaluer des heuristiques. À ce titre, nous proposons une famille d'heuristiques basée sur une recherche de plus longue sous-séquence commune qui donne de très bons résultats sur ces données. Parallèlement à cela, nous avons étudié, pour différents problèmes de calcul de mesures entre deux génomes avec duplication, l'approximation polynomial. D'autre part, nous calculons les nombres d'adjacences et d'intervalles communs entre deux ordres partiels (avec la possibilité qu'un des ordres soit total). Nous utilisons de nouveau une approche de programmation pseudo-booléenne. À l'aide de près de 800 génomes simulés, nous étudions l'influence de paramètres inhérents aux ordres partiels et nous comparons les deux mesures étudiées.

Ma thèse a porté sur des complexes de polyélectrolytes en solution et en films LbL pour la transfection de cellules et le contrôle des interactions cellule-surface. Il est possible de doser un agent de transfection et de l'ADN plasmidique dans des films LbL en ajustant le nombre de couches. Les efficacités de transfection avec différentes lignées cellulaires ont été au moins aussi bonnes que celles rapportées dans la littérature, mais sont restées globalement faibles. Différents nanobags ont également été systématiquement testés menant à un protocole de transfection très efficace avec une faible cytotoxicité pour des fibroblastes humains qui sont difficiles à transfecter. Nous avons pu identifier les architectures LbL qui permettent de contrôler l'adhésion cellulaire même en présence de sérum. Cela nous a permis d'introduire une nouvelle technique pour le suivi in situ de la transfection par QCM-D en suivant la mobilité du cytosquelette qui sera poursuivie dans un futur projet.

La compréhension de la dynamique des réarrangements génomiques est importante en phylogénie. La phylogénie est l'étude de l'évolution des espèces. Un but majeur est d'établir les relations d'évolution au sein d'un groupe d'espèces, pour déterminer la topologie de l'arbre d'évolution formé par ce groupe et des ancêtres communs à certains sous-ensembles. Pour ce faire, il est naturellement très utile de disposer d'un moyen d'évaluer les distances évolutionnaires relatives entre des espèces, ou encore d'être capable d'inférer à un groupe d'espèces le génome d'un ancêtre commun à celles-ci. Ce travail de thèse, dans la lignée d'autres travaux, consiste à élaborer de tels moyens, ici dans des cas particuliers où les génomes possèdent des gènes en multiples copies, ce qui complique les choses. Plusieurs hypotèses explicatives de la présence de duplications ont été considérées, des formules de distance ainsi que des algorithmes de calcul de scénarios ont été élaborés, accompagnés de preuves de complexité.

Le but de cette thèse fut d’étudier l’influence de l’environnement sur l’évolution des génomes de baculovirus. Nous avons d’abord caractérisé génétiquement la population naturelle d’AcMNPV par séquençage haut-débit et établi par des bioessais la sensibilité de 4 espèces hôtes au virus. Ensuite, une évolution expérimentale de 10 cycles fut mise en place sur les 4 espèces hôtes, à partir d’une population naturelle d’AcMNPV. Elle nous a permis de caractériser phénotypiquement et génotypiquement les lignées de 10ème génération. Cette expérience nous a montré des trade-off de virulence pour chaque lignée : pour augmenter leur virulence pour l’hôte sur lequel elles ont évolué, les lignées ont perdu en potentiel adaptatif généraliste. De plus, la diversité intra-populationnelle a diminué pour toutes les lignées en fonction de la sensibilité des hôtes. Enfin, en corrélant tous ces résultats nous avons mis en évidence des positions spécifiques du génome, impliquées dans l’adaptation à l’hôte. / The purpose of this thesis was to study the influence of the environment on the evolution of baculovirus genomes. We first genetically characterised the AcMNPV natural population by high-throughput sequencing and established the susceptibility of 4 hosts to the virus by bioassays. Then, the AcMNPV natural population was subjected to experimental evolution on the 4 host species for 10 cycles. The 10th generation of the evolved viral lines were then phenotypically and genotypically characterised. This experiment showed a virulence trade-off for each line: to increase their virulence to the host on which they evolved, the lines have lost generalist adaptive potential. Furthermore, intra-population diversity decreased for all the lines regardless of host susceptibility. Lastly, by correlating all these results we found specific genome positions involved in host adaptation.

Les Wolbachia sont des alpha-proteobactéries présentes chez de nombreux arthropodes et nématodes filaires. Ces bactéries héritées maternellement induisent chez leurs hôtes des phénotypes allant du parasitisme au mutualisme, avec le long de ce continuum des phénotypes tels que la féminisation (F), l'incompatibilité cytoplasmique (IC) ou la mort des mâles. Wolbachia est ainsi un modèle particulièrement intéressant pour étudier les différents types de relations symbiotiques.Chez Brugia malayi, comme pour les autres nématodes filaires, Wolbachia vit en symbiose obligatoire avec son hôte. L'élimination de la bactérie par des traitements antibiotiques entraîne une perte de fertilité voire la mort du nématode. Chez l'isopode terrestre Armadillidium vulgare, Wolbachia induit la féminisation des mâles génétiques en femelles fonctionnelles entraînant des biais de sex-ratio vers les femelles dans la descendance.Pour comprendre les mécanismes impliqués dans ces deux symbioses, nous avons mis au point une nouvelle méthode de capture pour isoler l'ADN de Wolbachia et séquencer 8 souches de Wolbachia d'isopodes (F et IC). Une étude de génomique comparative a permis d'établir un premier pan-génome des bactéries du genre Wolbachia et d'identifier 2, 5 et 3 gènes présents seulement chez les souches mutualistes, féminisantes ou induisant la mort des mâles. L'expression des gènes potentiellement impliqués dans la féminisation ou le mutualisme a été étudiée au cours du développement de l'hôte. L'étude de l'interactome protéique bactérie-hôte a ensuite été initiée en utilisant comme appât des protéines bactériennes à domaines eucaryotes en vue d'identifier les cibles de Wolbachia chez l'hôte. / Bacteria of the genus Wolbachia are gram-negative alpha-proteobacteria present in many arthropods and filarial nematodes. These obligate intracellular bacteria are maternally inherited and induce a large number of phenotypes across the symbiosis continuum from mutualism to parasitism, including feminization (F), cytoplasmic incompatibility (CI) or male killing. Studying Wolbachia symbioses is therefore of particular interest in the investigation of symbiotic relationships.In Brugia malayi and other filarial nematodes, they are obligate leading to a loss of worm fertility, and eventual death upon their depletion with antibiotic. In arthropods, they rather are parasitic. In the isopod crustacean Armadillidium vulgare they cause feminization when present: genetic males develop as functional female leading to female biased sex-ratio progenies.In order to understand the molecular mechanisms of these two symbioses, we set up a new capture procedure to catch Wolbachia DNA and performed whole-genome sequencing on 8 Wolbachia strains, symbionts of isopods (F & CI). Comparative genomics led to the establishment of the Wolbachia pan-genome as well as the identification of phenotype related gene patterns. We identified 2, 5 and 3 genes that are only found in mutualist, feminizing and male killing strains, respectively. Expression of genes potentially involved in feminization and mutualism were also analyzed throughout host post-embryonic development. Host-symbiont interactome approach was then initiated by protein-protein interaction studies using bacterial proteins with eukaryote like motifs as bait in order to identify Wolbachia host targets involved in symbiosis.