Streptococcus Agalactiae est depuis les années 1990, responsable d'infections invasives émergentes chez l'adulte. Nous montrons queles souches responsables de ces infections appartiennent majoritairement aux sérotypes V et Ia et aux deux clones phylogénétiquement éloignés, CC1 et CC23. L'étude du contenu prophagique montre une lysogénie fréquente suggérant l'importance de la lysogénie dans la spécialisation de ces souches particulièrement aptes à infecter l'adulte. Dans un deuxième temps, nous avons isolé sept phages tempérés de souches associées à des infections cutanées et ostéo-articulaires. Ces phages appartiennent à la famille des SIPHOVIRIDAE. L’analyse par restriction enzymatique de l’ADN phagique et l’amplification par PCR de fragments d’ADN prophagique a montré la diversité de ces phages et leurdifférence des phages isolés de souches associées aux infections materno-foetales. Les phagesisolés de souches lysogènes de CC1 ont présenté un spectre lytique étendu aux souches de tous les clones intra-species. / Streptococcus agalactiae has emerged since 1990 in infections in nonpregnant adults, We showed that the strains isolated from adult infections were mainly of serotypes V and Ia., and mainly belonged to the two phylogenetically distant clones, CC1 and CC23. The prophagic content study showed a frequent lysogeny, suggesting a role of lysegeny in the specialization of these strains able to infect adult. Also, we isolated seven phages from strains associated with cutaneous and osteoarticular infections in adult. Ces phages classified among SIPHOVIRIDAE. Restriction analysis of phagic DNA and PCR for prophagic DNA showed genetiacally diverse phages, distinct from the phages isolated from strains responsible for materno-foetal infections. Phages isolated from lysogenic strains of CC1 had a wide lytic spectrum and were able to lyse strains belonging to all clones intra-species.

Les objectifs de ce travail visaient à déterminer l'importance qualitative, quantitative et fonctionelle des virus dans le Lac Pavin, en tenant compte des gradients liés à la profondeur. Nous montrons que la dynamique de la diversité de l'abondance et de l'activité lytique du virioplancton du lac est étroitement associée à celle des communautés microbiennes. La prise en compte de l'ensemble de la colonne d'eau indique que la structure des réseaux trophiques microbiens et la place des virus dans ces réseaux dépendent de la profondeur. Finalement, jusqu'à 16% du bactérioplancton serait lysogène. Ce mode de vie, antagoniste à celui lytique, dépend de la disponibilité de l'hôte et serait un mécanisme de survie virale, pouvant avoir une incidence sur l'évolution adaptative des hôtes. Ces résultats montrent que les virus seraient essentiels dans la diversification et l'écologie des communautés microbiennes, et dans les flux de matière et d'énergie circulant dans la colonne d'eau.

Les bactériophages sont de puissants prédateurs bactériens. Leur développement est généralement redouté dans les industries agro-alimentaires mettant en oeuvre des fermentations, car les phages sont responsables d’accidents de fabrication affectant la qualité finale du produit. Leur impact lors de la vinification est moins bien défini. Le procédé comporte une étape de fermentation malolactique (FML), qui est assurée par la bactérie lactique Oenococcus oeni. La maîtrise de la FML est un moyen efficace pour protéger la qualité et la typicité des vins, vecteurs de commercialisation. Jusqu’à présent, cette étape fondamentale du processus de vinification n’est pas toujours maîtrisée. L’explication majeure réside dans l’insuffisance de la biomasse bactérienne endogène, liée aux conditions physico-chimiques difficiles du milieu. Des solutions visant à conduire rapidement la FML sont disponibles, comme l’inoculation de souches commerciales de O. oeni. Ces stratégies n’offrent toutefois pas une totale garantie de succès, et des retards ou non déclenchements de FML sont toujours observés. Ces situations inexpliquées amènent à s’interroger sur l’impact d’autres paramètres sur la fermentescibilité malolactique. L’objectif de cette thèse était d’évaluer la présence et la diversité des bactériophages antagonistes de la bactérie lactique O. oeni présents dans l’écosystème. La diversité des prophages présents dans le pangénome de O. oeni a été explorée. La lysogénie est fréquente dans l’espèce. Quatre groupes de prophages ont été identifiés sur la base de la séquence de l’intégrase, et du site de recombinaison site-spécifique utilisé. La pertinence de la classification établie a été vérifiée sur un panel de 40 phages isolés de moûts et de vins. Nos travaux suggèrent que la lysogénie est un moyen pour O. oeni de résister aux stress et aux phages, grâce à la présence de mécanismes de résistance sur les génomes prophagiques. La stabilité de la lysogénie lors de l’inoculation de souches lysogènes dans le vin et la possible libération de dérivés lytiques sont deux paramètres à prendre en compte lors des FML spontanées, et lors de l’inoculation de levains malolactiques. Ils sont susceptibles de moduler quantitativement et qualitativement la population. / Bacteriophages are responsible for the predation of bacteria. They pose an ever-present threat to the food industries because they invade and destroy the starter and affect production. Their destructive potential is currently difficult to establish during spontaneous production of wine. Malolactic fermentation (MLF) represents a main stage in the winemaking process, and is essentially driven by the lactic acid bacterium (LAB) Oenococcus oeni. A rapid and efficient FML is essential to optimize wine quality and typicity, as sales rely on top-quality products. Up to now, this essential step is not controlled, and this results from the limited growth of MLF bacteria in wine, due to stressing conditions. Inoculation of commercial bacterial starter cultures is a strategy to improve MLF control, and will allow a rapid and complete fermentation. However, despite these evolutions, sluggish or complete failures of MLF are still reported by wine farmers, either during spontaneous or directed fermentations. Such cases suggest that additional factors need to be identified. The outline of this thesis was to demonstrate the occurrence of phages infecting O. oeni in the ecosystem and provide essential information regarding phage diversity. We analyzed prophage diversity through comparative genomics and demonstrated that lysogeny is widespread. Four prophage groups were identified according to the integrase gene sequence and attachment site used for site specific recombination. The relevance of the classification scheme was verified through the analysis of a panel of 40 phages isolated from wine and must. We suggest that lysogeny helps O. oeni to cope with stress and phage attack, through the presence of specific anti-phage mechanisms harbored by the prophages. The stability of lysogens during inoculation in wine, and the possible release of lytic particules have to be considered during spontaneous or directed MLF. They are expected to shape the population.

Les bactériophages (ou phages) sont des prédateurs de bactéries et sont redoutés dans les productions agro-alimentaires mettant en œuvre des fermentations. En œnologie, la transformation du jus de raisin en vin fait appel à différents types de fermentation. La fermentation alcoolique est réalisée par des levures, et peut être suivie par une fermentation malolactique (FML), notamment pour les vins rouges, afin d’améliorer la stabilité microbiologique et les qualités organoleptiques du produit. La bactérie lactique OEnococcus oeni (O. oeni) appartient à la famille des Leuconostocaceae et est l’acteur principal de la FML. Des souches d’O. oeni sont utilisées comme levain malolactique, et inoculées dans le vin pour mieux maitriser les fermentations. O. oeni rencontre dans son environnement des phages spécifiques appelés oenophages. Toutefois, bien que la présence de ces oenophages ait été constatée, leur diversité reste à ce jour peu explorée, tout comme leurs implications dans l’élaboration du vin. Une fréquence élevée de la lysogénie a été observée dans l’espèce et parmi les levains commercialisés. Les risques associés a la présence de phages ou à la lysogénie sont des paramètres peu abordés dans la filière. Afin de répondre à ces interrogations, dans un premier axe, la diversité des oenophages a été étudiée en isolant des phages à partir d’une large collecte d’échantillons œnologiques menée dans le sud-ouest de la France. L’analyse d’échantillons de différents types de vin, de différents cépages, collectés à différentes étapes de la vinification nous a permis de mettre en lumière une diversité génomique des oenophages non suspectée. Nous avons initié le développement de nouveaux outils moléculaires pour étudier la dynamique des populations bactériennes et phagiques dans le contexte œnologique. Ainsi, une première approche par Digital Droplet PCR a été utilisée pour détecter et quantifier les populations lysogènes. Dans un deuxième axe, l’interaction phage-hôte en présence de composés phénoliques du vin a été étudiée. Les travaux suggèrent que la croissance d’O. oeni en présence de certains flavonols et acides phénoliques réduit la capacité d’adsorption des phages sur leur hôte. / Bacteriophages are viral predators of bacteria and a major concern in fermentations involved in food processing industry. In winemaking, transformation of grape juice into wine involves different types of fermentations. Alcoholic fermentation is driven by yeasts, and can be followed by malolactic fermentation (MLF), especially for red wines, which can improve microbial stability and sensorial quality of wine. The lactic acid bacterium OEnococcus oeni (O. oeni), member of Leuconostocacae family, is generally responsible for the MLF process. Strains of O. oeni are also used as starters to master MLF. O. oeni encounters specific phages called oenophages. Even though the presence of oenophages has been observed, their diversity remains poorly investigated, just like their implications in winemaking. However, high frequency of lysogeny has been observed among O. oeni strains and starters. Risks linked with the presence of phages and lysogeny are questioned in the sector. In the first part of this thesis, oenophages diversity has been studied with the isolation of a large number of phages during the collection of a broad range of oenological samples in South West France. Analysis of samples coming from different wine types and varieties, collected at different steps of winemaking enabled us to highlight an underestimated genomic diversity. We also initiated the development of new molecular tools to study population dynamics among phages and hosts in the winemaking context. Thus, a first approach by Digital Droplet PCR has been used to detect and quantify lysogenic strains. In the second part, phage-host interactions in the presence of wine phenolic compound were investigated. Our results suggest that growth of O.oeni cells in the presence of particular flavonols and phenolic acids reduces adsorption capacities of phages on their host.

Les prophages sont des vecteurs majeurs de l’évolution des génomes bactériens et ont des rôles divers dans le processus adaptatif de leurs hôtes et peuvent leur apporter un avantage sélectif. Au cours de l’évolution, certains gènes prophagiques peuvent être perdus, notamment ceux codant pour des protéines du cycle lytique. Cependant, alors que certains de ces prophages défectifs sont capables de s’exciser, ils sont maintenus dans le génome de l’hôte, suggérant une pression sélective pour les conserver. C’est le cas du prophage défectif KplE1 chez E. coli K12. Dans l’équipe, des travaux ont mis en évidence que le maintien en lysogénie de différents prophages était sous le contrôle du terminateur de la transcription bactérien Rho. Afin d’identifier de nouveaux facteurs de l’hôte impliqués dans le maintien des prophages, j’ai développé un crible génétique qui m’a permis d’identifier plusieurs candidats impliqués dans le métabolisme général, la détoxification du NO ou qui appartiennent à un autre prophage défectif. Mon travail a été de discriminer lesquels de ces candidats jouaient un rôle significatif dans le maintien des prophages. Sur les trois gènes impliqués dans la détoxification du NO, seule l’expression de norV ou norW permet le maintien de KplE1. NorV réduit le NO et cette réduction nécessite l’utilisation d’un électron généré par l’oxydation du NADH par NorW. J’ai pu également montrer que l’expression du gène norV permettait le maintien d’un autre prophage fonctionnel (HK620) partageant le même module de recombinaison spécifique de site que KplE1. L’ensemble de mes résultats montre qu’il existe un lien co-évolutif important entre les prophages et leurs hôtes. / Prophages play recognized roles in their host genomes evolution and adaptation to variable ecosystems. They can provide to their host selective advantages that increase their competitiveness. Upon evolution, some prophage genes can be lost, especially those coding for lytic cycle capacity. While some of the defective prophages are perfectly competent for excision, they prove to be maintained in bacterial genomes, suggesting the involvement of a selective pressure. This is the case for our defective prophage model: KplE1 in E. coli K12. Previous work in our laboratory demonstrated that lysogeny maintenance of various prophages was controlled by Rho which is the bacterial transcription termination factor. In order to identify new host factors involved in prophage maintenance, I developed a genetic screen. This screen allowed me to identify candidate genes involved in bacterial general metabolism, in NO detoxification and also some genes that belong to another defective prophage. I determined which candidate genes actually played a role in KplE1 maintenance. Among the three genes involved in NO detoxification, I showed that norV or norW individual expression allowed KplE1 maintenance. NorV reduces NO and this reduction needs an electron produced by NorW NADH oxidation. I also showed that norV expression allowed the maintenance of another functional prophage (HK620) that shares the same site specific recombination module as KplE1. Together, my results illustrate the coevolution between prophages and their hosts.

Les virus peuvent être retrouvés dans tous les écosystèmes où de la vie est présente. Ils constituent l’entité biologique la plus abondante de la biosphère. Si de nombreuses données sont disponibles sur l’abondance et la dynamique virale dans les écosystèmes aquatiques tempérés, peu d’études ont été menées sur ces aspects dans les milieux extrêmes, dont les sources hydrothermales. Dans l’étude présentée dans ce manuscrit, les communautés procaryotiques et virales des sources hydrothermales des Terres australes et antarctiques françaises (TAAF) ont été explorées. Dans un premier temps, les cellules procaryotiques et les particules de type viral (VLP) ont été dénombrées dans plusieurs sources chaudes terrestres et marines côtières. L’abondance microbienne et virale est de l’ordre de 105 - 106 particules/ml dans les deux types de sources avec des rapports VLP/procaryotes (VPR) qui sont généralement faibles, concordant ainsi avec rares les données disponibles actuellement dans la littérature. Dans un second temps, la diversité morphologique des VLP a été analysée par observation au microscope électronique à transmission. La présence de VLP de morphologies différentes a pu être constatée dans quelques échantillons bruts, mais également dans des cultures d’enrichissement, où elles étaient associées à des Thermococcales et des Thermotogales. Finalement, quelques souches isolées de ces échantillons ont été criblées pour la présence de virus aboutissant à la description d’un nouveau bactériovirus tempéré associé à une bactérie thermophile Geobacillus. L’effet d’un choc osmotique en présence de NaCl et l’effet d’un stress anoxique sur la production virale ont également été étudiés. La caractérisation du virus GTV1 a ensuite été entamée. Il appartient à la famille des Myoviridae et a un génome composé d’ADN double brin de 38841 pb, composé de 71 ORF prédits. Enfin, l’étude de la diversité microbienne a permis de décrire une nouvelle espèce bactérienne hautement thermophile, Calditerricola clavaformis sp.nov. / Viruses thrive in all types of ecosystems where life is found. They represent the most abundant biological entity of our biosphere. Though several studies have been conducted on viral abundance and dynamics in mesophilic aquatic ecosystems, these aspects remain largely unexplored in extremophilic environments, such as hot springs. In this study, prokaryotic and associated viral communities of the French Southern and Antarctic Lands hot springs were explored. First, prokaryotic cells and Virus-like particles (VLP) were enumerated in several terrestrial and inshore hot springs. The results reveal an abundance of 105 - 106 particles/ml in both types of hot springs studied. The virus-to-prokaryote ratios (VPR) were generally low, confirming thus actual knowledge in these types of ecosystems. The morphological diversity of VLP was then studied in raw samples as well as in enrichment cultures containing Thermococcales and Thermotogales. Several isolates obtained from these samples were then screened for viral particles which led to the discovery and description of a temperate phage (GTV1) of a thermophilic bacterium belonging to the genus Geobacillus. The effect of NaCl and anoxic stress on the viral production was studied. The genomic characterization of the GTV1 was started and revealed a 38441 bp genome with 71 predicted ORF. Finally, microbial diversity studies led also to the discovery of a new extremely thermophilic bacterium, Calditerricola clavaformis sp.nov.