La fibrose kystique est une maladie autosomale récessive multisystémique se manifestant principalement au niveau du système respiratoire et digestif. En raison d’une altération de la protéine régulatrice CFTR, l’équilibre ionique chez les cellules de l’hôte est déficient. Il en résulte, entre autres, une sécrétion et une accumulation d’un mucus pulmonaire très consistant. L’évacuation du mucus étant très fastidieuse chez les patients atteints de fibrose kystique, l’élimination des particules et bactéries des voies respiratoires est inadéquate. Cet aspect de la maladie participe grandement à sa progression, car l’établissement d’infections bactériennes chroniques contribue principalement à l’effet délétère sur la santé respiratoire des patients atteints de fibrose kystique. La colonisation du mucus pulmonaire par les bactéries pathogènes est le sujet de nombreuses recherches extensives dans le contexte de la fibrose kystique. La présence d’une diversité microbienne dans les voies respiratoires est connue depuis longtemps, mais avec les techniques récentes d’analyse moléculaire, il a été constaté que celle-ci peut présenter une très grande richesse qui était préalablement non détectée par les méthodes d’isolement classiques. Les interactions et comportements adoptés par les populations polymicrobiennes du microbiome FK dans la progression de la maladie sont maintenant de grand intérêt. La virulence des principaux pathogènes en FK a préalablement et exhaustivement été décrite de façon spécifique. Parmi les plus notoires, comme Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa et Burkholderia cepacia, certains utilisent des systèmes de communication cellulaire élaborés («quorum sensing») dans le but de réguler leur virulence. De nouvelles voies de recherche sont construites sur la suggestion qu’une population polymicrobienne peut être perçue comme un seul agent infectieux. Notre étude a été conduite afin de documenter les possibles réponses interespèces entre S. aureus et P. aeruginosa suite à l’échange de molécules sécrétées dans le cadre du «quorum sensing». Pour ce faire, nous avons caractérisé un éventail d’interactions existantes entre des isolats cliniques des deux pathogènes d’intérêt. Nous avons également développé un modèle nous permettant de mieux comprendre l’impact de la coexistence sur leur pathogenèse. Inévitablement, l’étude vise à définir l’instance de la présence simultanée des deux bactéries dans l’établissement d’infections chroniques chez les patients atteints de fibrose kystique ainsi que sur leur santé respiratoire. Cette étude tente ultimement de contribuer à l’effort visant à comprendre l’importance des interactions polymicrobiennes dans un contexte infectieux dans le but de trouver de nouveaux indices quant à l’élaboration de stratégies thérapeutiques.

La fibrose kystique est une maladie autosomale récessive multisystémique se manifestant principalement au niveau du système respiratoire et digestif. En raison d’une altération de la protéine régulatrice CFTR, l’équilibre ionique chez les cellules de l’hôte est déficient. Il en résulte, entre autres, une sécrétion et une accumulation d’un mucus pulmonaire très consistant. L’évacuation du mucus étant très fastidieuse chez les patients atteints de fibrose kystique, l’élimination des particules et bactéries des voies respiratoires est inadéquate. Cet aspect de la maladie participe grandement à sa progression, car l’établissement d’infections bactériennes chroniques contribue principalement à l’effet délétère sur la santé respiratoire des patients atteints de fibrose kystique. La colonisation du mucus pulmonaire par les bactéries pathogènes est le sujet de nombreuses recherches extensives dans le contexte de la fibrose kystique. La présence d’une diversité microbienne dans les voies respiratoires est connue depuis longtemps, mais avec les techniques récentes d’analyse moléculaire, il a été constaté que celle-ci peut présenter une très grande richesse qui était préalablement non détectée par les méthodes d’isolement classiques. Les interactions et comportements adoptés par les populations polymicrobiennes du microbiome FK dans la progression de la maladie sont maintenant de grand intérêt. La virulence des principaux pathogènes en FK a préalablement et exhaustivement été décrite de façon spécifique. Parmi les plus notoires, comme Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa et Burkholderia cepacia, certains utilisent des systèmes de communication cellulaire élaborés («quorum sensing») dans le but de réguler leur virulence. De nouvelles voies de recherche sont construites sur la suggestion qu’une population polymicrobienne peut être perçue comme un seul agent infectieux. Notre étude a été conduite afin de documenter les possibles réponses interespèces entre S. aureus et P. aeruginosa suite à l’échange de molécules sécrétées dans le cadre du «quorum sensing». Pour ce faire, nous avons caractérisé un éventail d’interactions existantes entre des isolats cliniques des deux pathogènes d’intérêt. Nous avons également développé un modèle nous permettant de mieux comprendre l’impact de la coexistence sur leur pathogenèse. Inévitablement, l’étude vise à définir l’instance de la présence simultanée des deux bactéries dans l’établissement d’infections chroniques chez les patients atteints de fibrose kystique ainsi que sur leur santé respiratoire. Cette étude tente ultimement de contribuer à l’effort visant à comprendre l’importance des interactions polymicrobiennes dans un contexte infectieux dans le but de trouver de nouveaux indices quant à l’élaboration de stratégies thérapeutiques.

La dissipation des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP), polluants persistants majoritaires des sols de friches industrielles, implique l'action de microorganismes bactériens et fongiques. Cependant, leur contribution relative à la dissipation in situ, en fonction des interactions entre ces microorganismes ou avec les plantes et les polluants, est mal connue et les communautés fongiques ont été très peu étudiées dans de tels environnements. L'objectif de cette thèse était de préciser l'écodynamique des HAP dans la rhizosphère sous l'effet des microorganismes et de leurs interactions et d'évaluer la diversité fongique dans des sols contaminés. La dynamique des communautés fongiques a été étudiée in situ pendant 5 années, par PCR en temps réel et Temporal Temperature Gradient Electrophoresis (TTGE), dans un sol historiquement contaminé en présence ou non de plantes et dans le même sol ayant subi un traitement de remédiation par désorption thermique. Les plantes avaient un effet positif sur l'abondance et la diversité des champignons et étaient le facteur déterminant la structure des communautés fongiques, dominées par les Ascomycètes. D'autre part, des souches bactériennes et fongiques ont été isolées de ce sol et testées pour leur capacité à dégrader les HAP in vitro. Parmi celles-ci, la bactérie Arthrobacter oxydans Pyr2MsHM11 et le champignon Fusarium solani MM1 ont été choisies comme souches modèles pour étudier leur action individuelle ou conjointe sur la dissipation de trois HAP, dans différentes conditions, des plus simples (cultures liquides) aux plus complexes (microcosmes de sol planté en présence d'une microflore). Les résultats ont montré l'importance fondamentale des interactions entre microorganismes, notamment des phénomènes de compétition, pour la croissance des souches modèles et pour l'expression de leurs potentiels de dissipation des HAP / The dissipation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs), very common and persistant pollutants in soils from industrial wastelands, involve the action of bacterial and fungal microorganisms. However their respective contribution, and the influence of the microbial and plant-microbe interactions on in situ PAH dissipation, are poorly known and fungal communities were scarcely studied in such environments. This work aimed to study the fate of PAHs in rhizosphere under the influence of microorganisms and their interactions and to estimate the fungal diversity in contaminated soils. The dynamic of fungal communities was monitored in situ for 5 years, by real-time PCR and Temporal Temperature Gradient Electrophoresis (TTGE) in an aged PAH-polluted soil and in the same soil treated by thermal desorption. The results showed that plants had a positive effect on fungal abundance and diversity and were the main driver of fungal community structure, dominated by Ascomycetes. Besides, bacterial and fungal strains were isolated from this soil and screened for their ability to dissipate PAHs in vitro. Among them, the bacteria Arthrobacter oxydans Pyr2MsHM11 and the fungus Fusarium solani MM1 were chosen as model strains to study their individual and simultaneous effect on PAH dissipation in different experimental conditions, from liquid cultures to planted soil microcosms with a complex microflora. It was found that interactions between microorganisms, notably competition, had a crucial influence on their growth and on the expression of their PAH dissipation potential

La Fermentation Malo-Lactique (FML) réalisée par OEnococcus oeni est une étape importante de la vinification qui doit être maîtrisée. Bien que les vinificateurs aient à leur disposition des souches OE. oeni selectionnees la FML n’est pas toujours réussie. Les conditions physico-chimiques (pH, éthanol, température), la composition du vin et les facteurs biologiques influencent l’activite de cette bacterie ; parmi ces dernières les interactions entre micro-organismes sont primordiales. Souvent, après la fermentation alcoolique par la levure, des souches indigenes d’OE. oeni sont naturellement présentes dans le vin. Des interactions négatives peuvent alors se produire entre les souches autochtones et les souches sélectionnées apportées. Des connaissances sur ces interactions sont donc necessaires. L’objectif de ce travail etait d’etudier les interactions pendant la FML entre 5 souches d’OEnococcus oeni issues de différentes niches écologiques. Pour cela, des expériences ont été effectuées dans du milieu MRS modifié et dans des conditions proches à celles du vin (20 °C ; pH 3,5 et 10 % d’ethanol). Nous avons tout d’abord caracterise le comportement des souches en cultures pures à la fois dans les conditions de micro-aerobie et d’anaerobiose. Une grande variabilité a été retrouvée entre les souches dans les 2 conditions : trois des 5 souches sont favorisées en conditions d’anaerobiose tandis que les deux autres se sont mieux développées en conditions de micro-aérobie. La présence de 4 g.L-1 d’acide L-malique dans le milieu permet de produire, pour toutes les souches, une biomasse environ 2 fois plus élevée que celle obtenue dans le milieu sans acide L-malique. La totalite de l’acide malique est consommee par les 5 souches mais avec des vitesses différentes. Pour une souche donnée la vitesse spécifique de consommation d’acide L-malique (ν) et la vitesse specifique de croissance (μ) presentent des profils similaires au cours de la FML. Elles ont été reliées par un modèle mathématique qui a permis de quantifier ce lien pour chaque souche. Les interactions lors des cultures mixtes des 10 couples formés par les 5 souches ont ensuite été étudiées dans un Bio-Réacteur à Membrane (BRM) en anaérobiose. Trois catégories ont été mises en évidence: interactions à effets négatifs réciproques sur la croissance des 2 souches en culture mixte ; interactions à effet négatif sur la croissance de la souche la plus rapide en culture pure et à effet positif sur la croissance de la souche la plus lente en culture pure et interactions à effets positifs sur la souche la plus rapide en culture pure. La comparaison des cultures pures et mixtes a révélé que l’activite specifique de croissance des souches est affectee en culture mixte, ce qui provoque le prolongement de la phase de la latence dans le cas de l’inhibition et son raccourcissement dans le cas de la stimulation. La modelisation de la consommation d’acide L-malique a révélé pour certains couples une activation de la consommation de cet acide bien que la croissance soit fortement inhibée. Ces interactions, qui affectent le déroulement de la FML, ne peuvent etre dues qu’a l’effet de metabolite(s) extracellulaire(s) excretee(s) dans le milieu de fermentation. Ces métabolites restent à identifier. / In winemaking, the control of malolactic fermentation (MLF) by OEnococcus oeni is an essential step for this process. Although winemakers have the availability for selected OE.oeni strains, the MLF is not always successful. The physical-chemical conditions (pH, ethanol, and temperature), the composition of wine, and biological factors, all together influence the activity of this bacterium; regarding biological factors, the interactions between microorganisms are essential. Often, after alcoholic fermentation by yeast, indigenous strains of OE.oeni are naturally present in wine, negative interactions can then occur between the indigenous strains and selected strains; therefore, knowledge on these interactions is needed. The goal of the present work was to study the interactions during MLF between five strains of OE.oeni from different origins. Experiments were performed in the modified MRS medium to be in nearly conditions to those of wine (20 °C, pH 3.5, and 10% ethanol). The characterization of the behavior of strains in pure cultures was done under both, micro-aerobic and anaerobic conditions; a large variability was found between the strains in the two conditions: three out of five strains were favored under anaerobic conditions while the two others were better developed in micro-aerobic conditions. The presence of 4 g.L-1 of L-malic acid in the culture medium increased the biomass produced, about two-fold higher than that obtained in medium without L-malic acid. All of the L-malic acid is consumed by the five strains but at different specific rates. A mathematical model allowed to quantifying the relationship between the specific consumption rate of L-malic acid (ν) and the specific growth rate two specific rates for each strain; for a given strain, both rates have similar profiles during the MLF. Interactions in mixed cultures of 10 couples formed by the five strains were then examined in a Membrane Bioreactor (BRM) under anaerobic conditions. Three different interaction types were identified: 1) negative reciprocal interactions of the both strains in mixture culture, 2) interaction that affect negatively the favored strain in pure culture and positively the slowest one, and 3) interaction with positive effect on the fastest strain in pure culture. Comparison of pure and mixed culture showed that the specific activity of strains was affected in mixture culture causing the extension of the lag phase in the case of inhibition and its shortcut in the case of stimulation. Modeling of the consumption of the L-malic acid revealed activation of the consumption of this acid for some couples however, growth is strongly affected. The interactions affecting the course of the MLF are due solely to the effect of excreted extracellular metabolite(s); these metabolites remain to be identified

La production de la majorité des vins rouges et de certains types de vins blancs et de vins pétillants requiert deux étapes fermentaires successives. La première est la fermentation alcoolique (FA) réalisée principalement par Saccharomyces cerevisiae. A la fin de la FA, les vins sont soumis à la fermentation malolactique (FML) réalisée principalement par Oenococcus oeni. Cependant, la FML est souvent difficile à déclencher et accomplir à cause de l’activité antibactérienne individuelle ou synergique de différents paramètres physicochimiques du vin et de métabolites levuriens inhibiteurs. Dans ce contexte, l’étude des interactions qui peuvent avoir lieu entre les souches de levures et de bactéries est importante pour le choix adéquat des souches et de la stratégie d’inoculation. Dans le présent travail, S. cerevisiae souche D a fortement inhibé O. oeni souche X pendant les fermentations séquentielles réalisées dans des milieux synthétiques jus de raisin (MSJ) alors que la souche levurienne A s’est révélée stimulatrice. Des traitements protéasiques et thermiques des MSJ fermentés par la souche D ont démontré la nature protéique des métabolites levuriens inhibiteurs. Le fractionnement par ultrafiltration de ces mêmes milieux a montré qu’une fraction peptidique extracellulaire de 5-10 kDa était responsable de l’inhibition de la FML. Elle a été graduellement relarguée au cours de la FA et a atteint sa concentration maximale à un stade avancé de la phase stationnaire. L’inhibition de la FML a été maintenue dans les jus de raisin commerciaux et les moûts naturels (CabernetSauvignon et Syrah) présentant des teneurs faibles et élevées en composés phénoliques. Ces derniers n’ont pas pu donc modifier l’activité biologique des peptides inhibiteurs. La fraction 5-10 kDa a été testée in vitro sur un extrait cellulaire contenant l’enzyme malolactique dans une gamme de pH comprise entre 3,5 et 6,7. Les résultats ont montré qu’elle a pu directement inhiber l’activité de l’enzyme malolactique avec une cinétique d’inhibition croissante corrélée à l’avancement de la fermentation alcoolique. La fraction 5-10 kDa du précipité au sulfate d’ammonium (60-80 %) a ensuite été analysée par chromatographie échangeuse d’ions. Les éluats récupérés avec 0,5 M NaCl par chromatographie anionique et cationique ont renfermé des peptides inhibiteurs et ont été migrés sur SDSPAGE. Les bandes d’intérêt ont ensuite été coupées et séquencées par LC1D-nanoESI-LTQ-Orbitrap. Les résultats ont montré 12 peptides qui ont probablement travaillé en synergie. 2 fragments de GAPDH de 0,9 et 1,373 kDa ayant un pI de 9,074 et un fragment de Wtm2p de 2,42 kDa ayant un pI de 3,35 sont impliqués dans l’inhibition de la FML. / The production of most red wines and certain white and sparkling wine styles requires two consecutive fermentation steps. The first one is the alcoholic fermentation (AF) and is carried out mainly by Saccharomyces cerevisiae. At the end of the AF, the wines undergo malolactic fermentation (MLF) carried out mainly by Oenococcus oeni. However, the MLF is often difficult to trigger and accomplish because of the individual or synergistic antibacterial activity of several physical chemical wine parameters and yeast inhibitory metabolites. In this context, the study of the interactions that may occur between specific strains of yeasts and bacteria is important for choosing the adequate strain combination and inoculation strategy. In the present work, S. cerevisiae strain D strongly inhibited O. oeni strain X during sequential fermentations performed in synthetic grape juice (SGJ) media whereas S. cerevisiae strain A stimulated it. Protease and heat treatments of the SGJ media fermented by strain D showed the protein nature of the yeast inhibitory metabolites. Fractionation by ultrafiltration of the same media revealed that an extracellular peptidic fraction of 5-10 kDa was responsible for the inhibition. It was gradually released during AF and reached its highest concentration at late stages of the stationary phase. The MLF inhibition was maintained in natural grape juices and grape musts (Cabernet-Sauvignon and Syrah) presenting low and high phenolic contents. Therefore, the activity of the inhibitory peptides was not affected by grape phenolic compounds. The 5-10 kDa fraction was tested in vitro on cell-free bacterial cytosolic extracts containing the malolactic enzyme in a pH range between 3.5 and 6.7. Results showed that it was able to directly inhibit the malolactic enzyme activity with an increasing inhibitory kinetic correlated to the AF time at which it was collected. The 5-10 kDa peptidic fraction of the 60-80 % ammonium sulfate precipitate was submitted to analyses by both anionic and cationic exchange chromatography (AEXC and CEXC). Eluates recuperated with 0.5 M NaCl from both AEXC and CEXC contained inhibitory peptides and were further migrated by SDS-PAGE. The bands of interest were excised and sequenced by LC1D-nanoESI-LTQ-Orbitrap. Results gave 12 different peptidic fractions that may have worked synergistically. 2 GAPDH fragments of 0.9 and 1.373 kDa having a pI of 9.074 and a Wtm2p fragment of 2.42 kDa having a pI of 3.35 were involved in the MLF inhibition.

La contamination microbienne des units de soins dentaires (USD) est connue depuis les années 60. L'eau circule à l'intérieur des USD dans des conditions favorables au développement d'un biofilm (faible débit, nature des surfaces, stagnation). Ce biofilm, réservoir de micro-organismes potentiellement pathogènes, peut représenter un risque infectieux pour les patients et le personnel dentaire exposés à l'eau et aux aérosols générés lors des soins dentaires, en particulier s'ils sont immunodéprimés.Des micro-organismes provenant de l'eau, tels que les amibes libres, peuvent être retrouvés dans ce biofilm. Des protozoaires ubiquitaires de l'environnement du genre Acanthamoeba ou Hartmannella, connus comme pathogènes opportunistes chez l'Homme (kératites, méningo-encéphalites) et ayant la capacité de servir d'hôte pour le développement intracellulaire de certains microorganismes pathogènes (ex : Legionella pneumophila), ont en effet été isolés dans l'eau des USD.D'autre part, des micro-organismes provenant de la cavité buccale d'un patient peuvent également se retrouver dans le système d'eau des USD, en même temps que des traces de salive et/ou de sang, suite à un dysfonctionnement ou un mauvais entretien des valves anti-reflux des porte-instruments rotatifs. Les levures du genre Candida sont des commensaux du tube digestif humain, pathogènes opportunistes notamment responsables d'infections oro-pharyngées, et parfois retrouvées dans les USD.Ce travail a consisté d'une part en l'étude de la capacité de deux amibes libres : A. castellanii et H. vermiformis, ainsi que de trois espèces de Candida : C. albicans, C. glabrata et C. parapsilosis, à survivre dans l'eau, en présence ou non de salive. Les résultats montrent une influence dose-dépendante et espèce-dépendante de la salive sur la survie des trois levures, et aucun effet sur la viabilité des amibes. Des interactions ont pu être mises en évidence entre amibes libres et levures : A. castellanii est capable d'internaliser puis de digérer les trois espèces de levures, induisant leur élimination rapide, indépendamment de la présence de salive. En revanche, H. vermiformis permet la survie et la prolifération de Candida spp. dans l'eau, même en l'absence de salive.Enfin, dans une démarche de prévention et de lutte contre le risque infectieux lié à l'eau des USD, l'efficacité de différents traitements chimiques communément utilisés : le chlore (NaOCl), le peroxyde d'hydrogène (H2O2) et l'Oxygenal 6©, a été étudiée sur les différentes espèces de Candida et d'amibes libres. Ces traitements montrent une efficacité variable : le chlore requiert l'utilisation de concentrations élevées (>26 ppm) et peu compatibles avec l'usage courant des USD. Le H2O2 ne présente pas d'activité significative dans les conditions testées (de 0.07% à 0.9% v/v). En revanche, l'Oxygenal 6© apparaît le plus efficace pour l'éradication des levures du genre Candida et des amibes libres dans l'eau (dès 0.05%). / Microbial contamination of dental unit waterlines (DUW) is known since the 60's. Water circulates throughout DUW with environmental conditions encouraging biofilm development (low flow, surface material, stagnation). This biofilm, which is a reservoir of potentially pathogenic micro-organisms, may represent an infectious risk for patients and dental staff exposed to water and aerosols generated during dental cares, in particular for immunocompromised persons. Micro-organisms coming from water, such as free-living amoebae (FLA), may be isolated in this biofilm. Protozoa belonging to Acanthamoeba or Hartmannella genera are ubiquitous in the environment; they are known to be opportunistic pathogens for Human (keratitis, meningo-encephalitis), to encourage intracellular development of some pathogenic micro-organisms (for example: Legionella pneumophila), and they have already been isolated in DUW.On the other hand, micro-organisms coming from the oral cavity of an infected patient may also be isolated in DUW water, mixed with saliva traces and/or blood, mainly because of the dysfunction or the poor maintenance of anti-retraction valves. Candida yeasts colonize human's oral cavity and digestive tract as commensals or opportunistic pathogens, thus implicated in oro-pharyngeal infections; they are sometimes isolated in DUW.This work focused first on the study of the survival capacity of two species of FLA: A. castellanii and H. vermiformis, and three species of yeasts: C. albicans, C. glabrata and C. parapsilosis, in water, with or without saliva. Results showed that the addition of saliva permitted both survival and proliferation of all three tested Candida species whereas no effect was observed on FLA growth. Then, interactions have been demonstrated between FLA and yeasts: A. castellanii were able to internalize and then digest the three tested yeasts species, inducing their rapid degradation, independently of saliva presence. Conversely, H. vermiformis were able to promote Candida survival and proliferation in water, with or without saliva.Finally, in order to prevent and fight against infectious risk associated with DUW water, the efficacy of commonly used chemical treatments: chlorine (NaOCl), hydrogen peroxide (H2O2) and Oxygenal 6©, was studied against the three species of Candida and the two species of FLA. These treatments showed a variable efficacy: chlorine was effective only using the highest tested concentrations (> 14 ppm), which are not compatibles with DUW use. H2O2 displayed no significant activity in the experimental conditions (0.07% to 0.9% v/v). Oxygenal 6© seemed to be the more effective for eradication of Candida yeasts and FLA, in water (even with 0.05% v/v).

Les diatomées sont des micro-algues unicellulaires, qui jouent un rôle primordial dans l’eco-système marin. En effet, elles sont responsables de 20% de l’activité photosynthétique sur Terre, et sont à la base de la chaîne alimentaire marine, toujours plus menacée par le changement climatique. Les diatomées établissent diverses interactions microbiennes avec des organismes issus de l’ensemble de l’arbre du vivant, à travers des méchanismes complexes tels que la symbiose, le parasitisme ou la compétition. L’objectif de ma thèse a été de comprendre comment ces interactions structurent la communauté du plancton, à grande échelle spatiale. Pour ce faire, j’ai développé de nouvelles approches basées sur le jeu de données inédit de Tara Océans, une expédition mondiale qui a exploré la diversité et les fonctions des microbes marins, en récoltant plus de 40.000 échantillons à travers 210 sites autour du monde. Grâce à l’analyse de réseaux de co-occurrence microbiens, je montre d’une part que les diatomées agissent comme des « ségrégateurs répulsifs » à l’échelle globale, en particulier envers les organismes potentiellement dangeureux tels que les prédateurs et les parasites, et d’autre part que la co-occurrence des espèces ne s’explique qu’en minorité par les facteurs environnementaux. Grâce à la richesse des données Tara Océans, j’ai par ailleurs permis la charactérisation d’une interaction biotique impliquant une diatomée et un cilié hétérotrophe à l’échelle de l’eco-système, illustrant de surcroît le succès des approches dirigées par les données. Dans l’ensemble, ma thèse contribue à notre compréhension des interactions biotiques impliquant les diatomées, de l’échelle globale à la cellule unique. / Diatoms are unicellular photosynthetic microeukaryotes that play a critical role in the functioning of marine ecosystems. They are responsible for 20% of global photosynthesis on Earth and lie at the base of marine food webs, ever more threatened by climate change.Diatoms establish microbial interactions with numerous organisms across the whole tree of life, through complex mechanisms including symbiosis, parasitism and competition. The goal of my thesis was to understand how those biotic interactions structure the planktonic community at large spatial scales, by using new approaches based on the unprecedented Tara Oceans dataset, a unique and worldwide circumnavigation that collected over 40.000 samples across 210 sites to explore the diversity and functions of marine microbes. Through the analysis of microbial association networks, I show that diatoms act as repulsive segregators in the ocean, in particular towards potentially harmful organisms such as predators as well as parasites, and that species co-occurrence is driven by environmental factors in a minority of cases. By leveraging the singularity of the Tara Oceans data, I provide a comprehensive characterization of a prevalent biotic interaction between a diatom and heterotrophic ciliates at large spatial scale, illustrating the success of data-driven research. Overall, my thesis contributes to our understanding of diatom biotic interactions, from the global patterns to the single cell.