Le réchauffement climatique planétaire annoncé ne sera pas sans conséquence sur le métabolisme de la baie et en particulier sur la teneur en composés phénoliques. Les objectifs de cette thèse visent à mieux comprendre les processus de régulation associant le microclimat des baies et la synthèse des composés phénoliques. Par des approches moléculaires et biochimiques, ce travail a permis de mieux décrire les réponses spécifiques des baies de raisin (cultivar Cabernet-Sauvignon) aux facteurs rayonnement et température.L'analyse du transcriptome des baies exposées soit à un stress thermique soit à un stress lumineux a mis en lumière deux processus, une réponse rapide ayant lieu dès les premières heures de traitement et une réponse apparaissant au bout de plusieurs jours d’exposition aux stress. Cette étude a également permis de valider le système expérimental de découplage des effets du rayonnement et de la température.L'analyse des profils d’expression d’une vingtaine de gènes intervenant dans la voie de biosynthèse des flavonoïdes révèle des différences dans la réponse transcriptionnelle des gènes en fonction du stress et du stade développement auquel il a été appliqué. Néanmoins cette réponse n'est pas ou peu corrélée avec les variations des teneurs en anthocyanes et flavonols observées. Les teneurs en anthocyanes sont fortement réduites par l’action de la chaleur alors que les teneurs de certains flavonols augmentent sous l’influence du rayonnement. Au niveau des acides présents dans la pulpe des baies, l’acide malique voit sa teneur réduite sous l’effet de la chaleur ainsi que d’une forte intensité lumineuse. Les analyses montrent un impact important du stress thermique sur la teneur de la phénylalanine, de la tyrosine et de la lysine dans la pellicule.Parallèlement, l'initiation d’une étude du métabolome des pellicules de baies de raisin a été entreprise par UPLC-ESI-LTQ-Orbitrap™ et a permis d'acquérir des bases solides pour optimiser le protocole utilisé en vue d'analyses futures. Cette étude permet de dresser une liste préliminaire de métabolites d’intérêts.Enfin, le gène VvGOLS1 (Galactinol synthase 1) voit son expression stimulée dans les baies exposées au stress thermique, ce qui se traduit par une accumulation de galactinol, précurseur de la voie des RFOs. Un rôle de molécule «signal» est envisagé pour le galactinol. Un régulateur de la transcription de VvGOLS1 a également été identifié par des expériences d'expression transitoire en protoplastes. Il s'agit du facteur de transcription VvHsfA2, dont l'expression est également stimulée par le stress thermique. Dans ce contexte, la caractérisation des gènes de la famille des Hsfs (Heat Stress Factors) a été initée. / Global warming will affect berry metabolism, and especially phenylpropanoïd contents. This PhD work aimed to acquire a better understanding on the cellular processus linking the microclimate and the phenolic synthesis. By molecular and biochemical approaches, we extended this study to detail specific responses taking place in berries under heat and light stress.Transcriptomic analysis of heat-stressed and light-stressed berries showed the existence of two processes that occur in exposed berries. The first one triggers a rapid and transient expression of genes within the first hours of treatment. The second one mobilizes a set of genes showing increase in their expression after several days of stress exposure. Furthermore, this study validated the experimental set used to discriminate the effects of light and temperature, respectively.Expression analysis of 20 genes involved in the flavonoid biosynthetic pathway revealed strong differences among the transcriptional responses, depending on the nature of stress and the developmental stage of the berry. However, expression patterns of genes involved in the biosynthesis of flavonoid could not fully explain the changes in anthocyanin and flavonol contents. This suggests that additional regulation processes such as post-traductional modifications of enzymes or metabolite degradation might take place in berries under abiotic stress. Anthocyanin content decreases under heat stress whereas flavonol content increases under high light. Malic acid increases in berry exposed to heat stress and high light. Moreover, heat-stressed berries showed an accumulation of phenylalanine, tyrosine and lysine in skin but not in pulp.In parallel, a metabolomic analysis was initiated on stress exposed berry skins by using UPLC-ESI-LTQ-Orbitrap™ technology. The first experiments revealed contrasted metabolite contents in berries according to the stress applied, and highlighted several metabolites of interest. The preliminary assays will help optimize this powerful tool for futures analysis.Finally, expression of VvGOLS1 (Galactinol synthase 1) was strongly induced in grape berries exposed to heat stress, in good agreement with the observed galactinol accumulation. Role of galactinol as a signaling molecule is discussed. Transient expression experiments revealed that VvGOLS1 expression is regulated at the transcriptional level through VvHsfA2 action. VvHsfA2 expression is also stimulated under heat stress. In this context, characterization of the grapevine heat stress factors was initiated.

Au cours des dernières années, de nombreuses études ont porté sur les relations entre le microbiote intestinal et l'obésité. Des groupes bactériens ont été incriminés et des hypothèses proposées mais les mécanismes liant microbiote et obésité restent en grande partie inconnus. Le microbiote intestinal est constitué de plusieurs centaines d’espèces et est spécifique de chaque individu. Récemment, il a été révélé l’implication potentielle de ce microbiote dans le développement de l’obésité. Lors d’une étude précédente, notre équipe a ainsi montré que les souris sans germes (dites « axéniques ») sont résistantes à l’obésité et aux désordres métaboliques induits par un régime hypercalorique (Roy et al. 2012). Par ailleurs, nous avons observé que certaines souris conventionnelles soumises à un tel régime développent une obésité et une insulinorésistance importantes (phénotype dit répondeur) tandis que d'autres restent minces et tolérantes au glucose (phénotype dit non répondeur) indépendamment de la quantité de nourriture consommée. Les mécanismes expliquant cette hétérogénéité de phénotype sont actuellement peu connus. Ce projet de thèse vise donc à élucider les mécanismes liant le microbiote intestinal au développement de l'obésité et des désordres associés en partant du principe que l'hétérogénéité (en termes de composition et de fonctions) du microbiote intestinal, spécifique de chaque individu (aussi bien chez l'homme que chez le rongeur), joue un rôle dans ces réponses différentes à un même régime hypercalorique. Pour ce faire, des souris conventionnelles ont reçu un régime contrôle ou un régime hyperlipidique pendant 12 semaines. A l’issu de ce régime, des souris ont été sélectionnées en tant que répondeuses ou non-répondeuses Une approche par métagénomique à partir d’échantillons fécaux prélevés avant et après régime hyperlipidique et issus des souris répondeuses et non-répondeuses ont été analysés. Les profils de microbiotes avant et après régime hyperlipidique ont été comparés afin de déterminer les effets de ce régime sur le microbiote intestinal. De plus, le profil du microbiote des souris répondeuses a été comparé à celui des souris non-répondeuses afin de détecter des espèces bactériennes, des gènes ou des voies métaboliques sous- ou sur-représentés dans les deux phénotypes. Par ailleurs, des échantillons de fèces, d’urine et de plasma prélevés avant et après le régime hyperlipidique ont été analysés par métabolomique et nous avons ainsi analysé les fluctuations métaboliques induites par l’effet du régime. L’ensemble de ces travaux a eu pour but d’identifier s’il existe un microbiote de prédisposition au développement ou à la résistance du développement d’une obésité induite. Au cours de ce projet de thèse nous avons utilisé l’approche de métagénomique à partir d’échantillon fécaux afin d’identifier les profils du microbiote intestinal des souris NR et des souris R avant et après régime hyperlipidique en vue de mesurer l’impact de ce type de régime sur le microbiote, et surtout de détecter les espèces bactériennes, les gènes ou les voies métaboliques potentiellement sous- ou sur-représentés dans les deux phénotypes. D’autre part, l’approche de métabolomique a été utilisée sur des échantillons d’urine, de fèces et de plasma avant et après régime afin de visualiser les fluctuations métaboliques induites par l’effet du régime d’une part et d’identifier les métabolites (biomarqueurs) associés à chacun des phénotypes d’autre part. / In recent years, numerous studies have examined the relationship between the gut microbiota and obesity. Bacterial groups have been incriminated but the mechanisms linking microbiota and obesity remain largely unknown. Intestinal microbiota consists of several hundred species and is specific for each individual. Recently, it was revealed that the potential contribution of microbiota in the development of obesity. In a previous study, our team has shown that mice without germs (called "germ-free") are resistant to obesity and metabolic disorders induced by a high calorie diet (Roy et al. 2012). Furthermore, we observed that certain conventional mice subjected to such a plan develop an important obesity and insulin resistance (responder phenotype) while others remain thin and glucose tolerant (non responder phenotype) regardless of the amount of food consumed. The mechanisms explaining this phenotype heterogeneity are currently poorly known. This PhD project aims to elucidate the mechanisms linking the intestinal microbiota in the development of obesity and disorders associated with the assumption that heterogeneity (in terms of composition and functions) of the intestinal microbiota, specific for each individual ( both in humans than in rodents), plays a role in these different responses to the same high-fat diet. To do this, conventional mice received control diet or a high fat diet for 12 weeks. At the end of this diet, mice were selected as a responder or non-responder A metagenomics approach from fecal samples taken before and after high fat diet and from responder and non-responder mice were analyzed. Microbiota profiles before and after fat diet were compared to determine the effects of this diet on the intestinal microbiota. In addition, the profile of the microbiota of responder mice was compared to that of non-responder mice in order to detect bacterial species, genes or pathways under- or over-represented in both phenotypes. Furthermore, samples of feces, urine and plasma collected before and after fat diet were analyzed by metabolomics and we have analyzed the metabolic changes induced by the effect of diet. All of this work has been aimed to identify if there is a predisposition microbiota to the development or the resistance of induced obesity. In this PhD project we used the metagenomic approach from fecal sample to identify the profiles of the intestinal microbiota in mice NR and R mice before and after fat diet in order to measure the impact of this type of diet on the microbiota, and especially to detect bacterial species, genes or metabolic pathways potentially under- or over-represented in both phenotypes. On the other hand, the approach of metabolomics has been used on samples of urine, feces and plasma before and after diet in order to visualize the metabolic changes induced by the effect of diet on the one hand and to identify metabolites (biomarkers) associated with each other hand phenotypes.

L’alimentation représente une piste prometteuse pour la prévention des pathologies du vieillissement cérébral, en particulier la démence et sa principale cause, la maladie d’Alzheimer, pour lesquelles il n’existe aucun traitement étiologique. La recherche épidémiologique nutritionnelle a traditionnellement reposé sur une approche par nutriment candidat, ignorant les effets additifs et potentiellement synergiques entre composés alimentaires, pourtant consommés ensemble dans l’alimentation. La combinaison nutritionnelle optimale pour la prévention du déclin cognitif et de la démence reste encore inconnue. L’objectif principal de ce travail de thèse était d’identifier de nouvelles cibles préventives pour le vieillissement cérébral via une approche holistique de l’exposition nutritionnelle, combinant des méthodes semi-confirmatoires (par profils de nutriments candidats) et des approches plus exploratoires (profilage métabolomique) dans la cohorte de personnes âgées des Trois-Cités (3C), Bordeaux. Dans une première partie semiconfirmatoire, deux profils multi-nutriments associés au risque de démence au cours de 12 ans de suivi, ont été identifiés par une méthode de réduction de dimension supervisée : un profil d’apports alimentaires en polyphénols (combinant principalement des composés phénoliques du vin rouge, des agrumes et des noix) et une combinaison de biomarqueurs nutritionnels (vitamine D, caroténoïdes et acide gras polyinsaturés). Dans une seconde partie exploratoire, des profils en métabolomique non-ciblée, analysés par régression pénalisée, ont mis en évidence une relation entre le métabolome alimentaire (métabolites dérivés du café, des agrumes, du chocolat, du poisson, du vin rouge) et le déclin cognitif. Des altérations du métabolome endogène ont également été observées, suggérant l’implication du statut cardiométabolique (phospholipides, acylcarnitines, acides biliaires, triméthyllysine, glucose) et du microbiote (acides biliaires secondaires, triméthyllysine) dans le vieillissement cérébral. Enfin, une analyse du lipidome a permis d’identifier une signature lipidique du déclin cognitif, validée dans un échantillon externe issu de 3C Dijon. Cette étude suggérait des modifications précoces des lipides membranaires au cours du vieillissement cérébral. / Diet is a promising strategy for the prevention of brain aging, including dementia and its main form Alzheimer’s disease, for which no cure currently exists. Traditional nutritional epidemiology is based on a candidate-nutrient approach that ignores additive effects and potential synergies between dietary compounds, though consumed together in the diet. The optimal combination of nutrients for the prevention of cognitive decline and dementia remains unknown. The objective of this thesis was to identify new preventive targets for brain aging through a holistic approach of nutritional exposures, including semiconfirmatory (patterns of candidate-nutrients) and exploratory methods (metabolomics profiling) applied to older people from the Three-City (3C) study, Bordeaux. In a first part (semi-confirmatory), we investigated combinations of nutrients best associated with the risk of dementia over 12 years, using partial least square regression. We identified two multinutrient patterns: a pattern of polyphenols intake (mainly composed of polyphenols from red wine, citrus and nuts) and a nutrient biomarker pattern (including vitamin D, carotenoids and polyunsaturated fatty acids). In a second part (exploratory), we discovered, using untargeted metabolomics and penalized regression, associations between the food metabolome (metabolites derived from coffee, citrus, chocolate, fish and red wine) and cognitive decline. Other metabolic alterations involved the endogeneous metabolome, including metabolites related to cardiometabolic status (phospholipids, acylcarnitines, bile acids, trimethyllysine, glucose) and to gut microbiota (secondary bile acids, trimethyllysine). Finally, the study of the lipidome revealed a lipid signature of cognitive decline, validated in an external sample from 3C Dijon, which suggested early change in membrane lipids over the course of brain aging.

L'alcool est une des principales causes de maladie du foie en Europe avec peu d'options thérapeutiques. Parmi les consommateurs d'alcool, seul certains patients vont évoluer vers des formes sévères d'atteinte hépatique et le microbiote intestinal a été identifié comme cofacteur de cette susceptibilité individuelle. Il interagit avec le foie notamment via la production de métabolites bactériens tels que les acides biliaires secondaires.L'objectif de ce travail a été dans un premier temps d'analyser le microbiote intestinal, au sein d’une cohorte de patients alcooliques à différents stades de la maladie alcoolique du foie, et d’étudier sa relation avec les acides biliaires. Dans un deuxième temps, ce projet avait pour but d’étudier s’il était possible d'améliorer l'atteinte hépatique liée à l'alcool, en modulant le microbiote intestinal, dans un modèle animal de maladie alcoolique du foie.Les patients avec une atteinte hépatique sévère liée à l'alcool ont un profil d’acides biliaires plus hydrophobe, et donc plus toxique, associé à une dysbiose et à des modifications des fonctions bactériennes. Ces modifications des fonctions bactériennes participent à la gravité de la maladie. La modulation du microbiote par la pectine, un prébiotique, permet de prévenir mais également de faire régresser les lésions hépatiques chez la souris. Les effets protecteurs de la pectine sont corrélés avec le métabolisme du tryptophane.Ce travail de thèse montre que le microbiote intestinal et ses métabolites sont une cible thérapeutique potentielle dans la maladie alcoolique du foie. Il ouvre la porte à la réalisation d'essais cliniques chez l'homme dans lesquels nous pourrions limiter la progression des lésions hépatiques liées à l'alcool en contrôlant le microbiote intestinal grâce à l’utilisation de la pectine ou du métabolisme du tryptophane. / Alcohol is one of the main causes of alcoholic liver disease in Europe with few therapeutic options. Among alcohol consumers, only a part of these patients will develop severe liver lesions. This individual susceptibility is driven by intestinal microbiota. Intestinal microbiota interacts with the liver through the production of bacterial metabolites including the secondary bile acids.The aim of my project, was firstly to study the relationship between the intestinal microbiota and the bile acids composition depending on the severity of alcoholic liver disease in a cohort of alcoholic patients. Secondly, I assessed the improvement of alcohol induced liver lesions by changing the intestinal microbiota in a mouse model of alcoholic liver disease.Patients with a severe form of alcoholic liver disease display a higher hydrophobic bile acid pool, more toxic, associated with a specific dysbiosis and changes in the bacterial functions. Changing the intestinal microbiota by using pectin, a prebiotic, prevents and reverts alcohol induced liver injury in mice. These protective effects of pectin involve changes in the tryptophan metabolism.In conclusion, these studies highlight that the intestinal microbiota and its metabolites are potential therapeutic targets for alcoholic liver disease. Moreover, pectin as an alimentary product could be proposed in the management of alcoholic liver disease in humans.

Depuis une cinquantaine d’années, de nombreuses études ont décrit les spongiaires comme de formidables ressources de produits naturels originaux. Ces découvertes ont attisé la curiosité de nombreux scientifiques issus de domaines variés (chimie, biochimie, biologie moléculaire) qui mettent leurs connaissances en commun afin de comprendre le fonctionnement de ces animaux si particuliers. Les travaux envisagés dans ce manuscrit portent sur les éponges du genre Haliclona issu de l’ordre des Haplosclérides. En effet, ce groupe taxonomique révèle des familles de molécules très particulières, notamment les alcaloïdes 3-AP et les polyacétylènes, qui présentent un potentiel pharmacologique à exploiter. En outre la diversité chimique retrouvée au sein de ce genre remet en question la validité de la classification actuelle des Haplosclérides déjà discutée par les données de biologie moléculaire. L’intérêt particulier porté à ces composés originaux concerne également les voies métaboliques permettant d’aboutir à leur biosynthèse. Ainsi les alcaloïdes 3-AP ne trouvant aucun équivalent notamment dans le monde terrestre, la description de leur voie de biosynthèse n’a alors été envisagée que sous forme d’hypothèses. Afin d’éclaircir les différentes problématiques posées par ce groupe de spongiaires, les études menées pendant ce doctorat ont fait appel à des méthodes et techniques variées tels que les méthodes d’extraction et d’analyses de la chimie des produits naturels classique, l’outil récent qu’est la métabolomique ou encore les expériences de « feeding » et l’utilisation de composés radio-marqués / Since about fifty years, several studies described sponges as astounding resources of original natural products. These discoveries aroused scientist’s curiosity in various areas (chemistry, biochemistry, molecular biology) and to understand these animal’s functioning, they share their knowledge. The proposed work in this manuscript, focus on sponges of genus Haliclona from the order Haplosclerida. Indeed, this taxonomic group reveal peculiar chemical families, including 3-AP alkaloids and polyacetylenic compounds, displaying pharmacological potential to be exploited. Besides, chemicalDépôt de thèseDonnées complémentairesdiversity encountered in this genus challenge the actual classification of Haplosclerida group already disputed by biomolecular data. The particular interest in these original compounds also concerns metabolic pathways leading to their biosynthesis. In this way, 3-AP alkaloids, which don’t have any equivalent particularly in terrestrial area, the description of their biosynthesis pathway was only considered by hypothesis. To resolve various problematics proposed by this sponges’ group, studies conducted through this PhD appeal to several methods and technics like usual natural products chemistry extraction and analytical technics, recent tool named metabolomic or feeding experiments with radiolabelled compounds

Les travaux exposés dans cette thèse sont le reflet d'années d'efforts consacrées à la mise en place de diagnostics de qualités des hépatites virales au Laos au sein du Centre d'infectiologie Lao Christophe Mérieux (CILM), dont je suis aujourd'hui la directrice scientifique. En introduction, nous avons tenu à présenter les caractéristiques socio-économiques du Laos et ses défis sanitaires pour atteindre les Millennium Development Goals, qui guident les politiques publiques de pays en situation de développement. Nous avons jugé important de souligner ces points tout comme la présentation du CILM pour faire comprendre au lecteur le contexte de réalisation de ce travail. C'est grâce à une bio-banque riche de plus de 7,000 échantillons biologiques de patients infectés par les virus des hépatites virales B et C, que nous avons pu poser la question de recherche clé de cette thèse : Comment évoluent les hépatites virales chez les patients reçus depuis une dizaine d'années au CILM ? Cette question en a fait émerger une deuxième concernant la qualité du diagnostic dans les centres de soins à Vientiane. Ainsi, nous nous sommes intéressés aux kits de diagnostic rapide de l'hépatite B utilisés dans les structures de soins de Vientiane, comparés au standard utilisé dans notre laboratoire. Ces travaux, qui ont donné lieu à la publication de 2 articles (un troisième article a été soumis), jouent un rôle capital pour le pays, car ils donnent des axes d'intervention aux autorités de santé publique laotiennes pour combattre ce fléau. Nous avons choisi une présentation dichotomique des hépatites virales avec une partie dédiée aux hépatites B et une partie dédiée à l'hépatite C en raison de l'émergence d'une troisième question de recherche plus fondamentale. Il s'agit du risque de développement du cancer du foie chez les patients infectés, risque différent suivant que l'on est porteur d'une hépatite B ou d'une C. En effet, les outils diagnostiques pour déterminer la magnitude de ce risque sont peu ou pas accessibles pour les patients au Laos. [...] / The work presented in this thesis reflects many years of effort to devoted the implementation of quality diagnostics of viral hepatitis in Laos at the Centre d'infectiologie Lao Christophe Mérieux (CILM), of which I am now the scientific director. In the introduction, we wanted to present the socio-economic characteristics of Laos and its health challenges in order to achieve the Millennium Development Goals (MDG), which guide public policies in developing countries. We felt it was important to highlight these points as well as the presentation of the CILM to help the readers to understand the context in which this work was carried out. It is thanks to a bio-bank with more than 7,000 biological samples from patients infected with viral hepatitis B and C viruses, that we were able to ask the key research question of this thesis: What is the evolution of patients infected by viral hepatitis B/C who have been follow the viral load at CILM for the past ten years or so? This question raised a second one concerning the quality of diagnosis in health centres in Vientiane. For example, we were interested in the rapid diagnostic kits for hepatitis B used in Vientiane's health facilities, compared to the standard used in our laboratory. This work, which has resulted in the publication of 2 articles (a third article has been submitted), plays a crucial role for the country, as it provides Laotian public health authorities with a focus for action to combat this scourge.

En cas de carence azotée, les légumineuses sont capables de mettre en place une symbiose avec des bactéries du sol fixatrices d’azote appelées rhizobia. Cette symbiose a lieu dans un organe appelé nodosité où les bactéries sont endocytées et appelées bactéroïdes. Certains clades de légumineuses imposent un processus de différenciation à leurs bactéroïdes qui agrandissent considérablement et deviennent polyploïdes, menant à des morphotypes bactériens allongés ou sphériques. Au cours de cette thèse, j’ai étudié la différenciation des bactéroïdes de Bradyrhizobium spp. en association avec Aeschynomene spp.. Les bactéroïdes de ces plantes présentent des degrés de différenciation distincts qui dépendent de l’espèce hôte. Mes données suggèrent que les bactéroïdes les plus différenciés sont aussi les plus efficaces. J’ai cherché à savoir quels facteurs procaryotes pourraient être impliqués dans les adaptations des bactéroïdes au processus de différenciation et à leurs divers hôtes, le tout en lien avec cette différence d’efficacité symbiotique au travers d’approches globales sans a priori de type -omiques. Les conditions considérées sont des bactéroïdes de différents morphotypes et des cultures libres de référence. Les fonctions activées en conditions symbiotiques ont été identifiées, ainsi que les gènes spécifiques d’un hôte donné. Des analyses fonctionnelles des gènes d’intérêt ont également été menées. Les mutants bactériens n’ont toutefois pas présenté de phénotype symbiotique drastique, montrant ainsi l’existence de réseaux de gènes complexes menant à la résilience des génomes de rhizobia. / In case of nitrogen starvation, legume plants establish a symbiotic interaction with nitrogen-fixing soil bacteria called rhizobia. This interaction takes place in nodules where the symbionts are internalized and become bacteroids. Some legume clades also impose a differentiation process onto the bacteroids which become enlarged and polyploid, leading to elongated or spherical morphotypes. During my PhD work, I have studied bacteroid differentiation of Bradyrhizobium species in association with Aeschynomene spp.. These bacteroids display distinct differentiation levels depending on the plant host, and my analyses suggest that the most differentiated ones are also the most efficient. I investigated the bacterial factors potentially involved in the adaptations to differentiation and host-specificity, and related to the higher efficiency of the most differentiated bacteroids using global-omics approaches without a priori. The analyzed conditions were bacteroids of distinct morphotypes and free-living reference cultures. Activated functions under symbiotic conditions were identified, as well as host-specific ones. Functional analyses were performed on genes of interest. However, the bacterial mutants did not display drastic symbiotic phenotypes, showing the existence of complex gene networks leading to high resilience of rhizobial genomes.

Les Streptomyces sont des bactéries filamenteuses à Gram positif que l’on retrouve dans les couches superficielles du sol. La souche modèle S. coelicolor M145 est capable de produire des antibiotiques et accumuler de faibles quantités de triacylglycérol lorsqu’elle est mise en culture avec le glucose ou le glycérol comme source de carbone. La souche produit de l’actinorhodine seulement en culture avec le glycérol comme source de carbone, et nous assistons à une accumulation d’acides gras, notamment sous forme d’esters d’acide oléique avec l’une ou l’autre source de carbone. Ces accumulations d’acides gras ne durent que pendant une certaine période de temps, à l’issu de laquelle l’accumulation s’arrête, et on assiste à la production de métabolites secondaires qui peut s’accompagner de la consommation des acides gras précédemment accumulés. Ces observations suggèrent d’une part que la source de carbone est un effecteur différentiel dans la production de métabolites secondaire, et que d’autre part le métabolisme des lipides est lié au métabolisme secondaire. Ce travail de thèse va tenter d’établir les liens entre le métabolisme primaire et le métabolisme secondaire chez S.coelicolor via le métabolisme des lipides. Pour se faire, nous avons dans un premier temps défini un milieu synthètique, ainsi que des stratégies d’alimentation de type fed-batch en bioréacteur, pour permettre d’obtenir d’une part une phase de croissance exponentielle, et d’autre part une phase de croissance non exponentielle et imposée par une limitation en azote. Cette limitation nutritionnelle est classiquement utilisée à la fois lors des études de l’accumulation de lipides chez les microorganismes oléagineux tels que Yarrowia lipilytica ou Rhodotorula glutinis, et aussi dans le cas d’études de la production d’antibiotiques par les Streptomyces. L’étude du métabolome couplée à l’étude du protéome nous a permis d’établir la direction générale des flux globaux de carbone, d’énergie et de pouvoir réducteur lors des différentes phases de croissances. Ces travaux démontrent une hétérogénéité métabolique dans la population bactérienne totale, avec la présence de 2 à 3 sous-populations différentes pouvant coexister. Les évolutions temporelles du protéome et notamment des régulateurs transcritptomiques montrent des réactions tardives, très certainement dues à la présence d’effecteurs intracellulaires accumulés, ainsi qu’au dynamisme de la culture. / Streptomyces are filamentous Gram positive bacteria found in the soil upper layers. The model strain S. coelicolor M145 can produce antiobiotics and accumulate low levels of triacylglycerol when cultivated with glucose or glycerol as carbon source. This strain produces actinorhodin only when glycerol is used as carbone source, but the fatty acids accumulation as esterified oleic acid occurs with both carbon sources. However, the fatty acids accumulation only last for a short period of time, and afterward, a production of secondary metabolites is observed and the previously accumulated fatty acids are consummed. Those results suggest that the carbon source act as an effector for the production of secondary metabolites and the lipids metabolism is some ways linked to the secondary metabolism. With this work, we will try to establish the links between the primary and secondary metabolism via the lipids metabolism with S. coelicolor. First, in order to obtain cultures with an exponential growth phase and a non-exponential growth phase under a nitrogen limitation, a synthetic media and fed-batch feeding strategies have been designed. The nitrogen limitation is usually used to study lipids accumulation with oleaginous microorganisms such as Yarrowia lipilytica or Rhodotorula glutinis, and also during studies of antibiotics production with Streptomyces. The metabolomics study paired with the proteomics study made possible to establish the global directions of carbon, energy and reduced power fluxes during all the obtained growth phases. This work also showed that the microbial population is heterogeneous and 2 to 3 subpopulations can coexist with both carbon sources. The proteomics temporal changes and in particular of transciptional regulators show some late reactions to the nitrogen limitation especially when glycerol is used, probably because of the intracellular accumulation of effector compounds over time, and because of growth kinetics.

L’atrophie optique dominante (AOD, MIM#165500) est une pathologie héréditaire affectant un individu sur 30 000 environ. Elle touche principalement les cellules ganglionnaires de la rétine qui composent le nerf optique, entraînant une baisse d’acuité visuelle. Cette pathologie, génétiquement et cliniquement hétérogène, est majoritairement due aux mutations du gène OPA1. La protéine mitochondriale OPA1 est impliquée dans de multiples fonctions telles que la fusion des mitochondries, le métabolisme énergétique, l’apoptose et la maintenance de l’ADN mitochondrial. Afin d’appréhender les effets globaux des dysfonctions d’OPA1, nous avons développé des approches métabolomiques et lipidomiques non-targeted sur des plasmas et des fibroblastes de patients ainsi que sur des modèles murins. En dépit des spécificités de chaque modèle et matrice, nos études ont clairement révélé des altérations métaboliques communes dont une déficience en aspartate. Ce déficit est impliqué dans le métabolisme des nucléotides et est en relation directe avec le défaut énergétique révélé dans nos différents modèles. Avec l’approche lipidomique, nous avons montré dans les fibroblastes de souris invalidés pour le gène OPA1 une augmentation importante des triglycérides qui est en lien avec le défaut énergétique. De plus, nous avons mis en évidence un remaniement majeur des phospholipides qui témoigne d’un profond remodelage des structures membranaires mitochondriales. Ces approches nous ont ainsi permis d’avoir de nouvelles données sur les implications physiopathologiques d’OPA1. L’ensemble de ce travail ouvre de nouvelles perspectives pour une meilleure prise en charge de la pathologie. / Dominant Optic Atrophy (DOA, MIM #165500) is an inherited disease affecting one of 30,000 individuals. It mostly affects the retinal ganglion cells that make up the optic nerve, leading to the decrease invisual acuity. This genetically and clinically heterogeneous pathology is mainly related to the mutations on OPA1 gene. The mitochondrial protein OPA1 has been implicated in many functions including mitochondrial fusion, energy metabolism, apoptosis and maintenance of mitochondrial DNA. In order to investigate the overall effects of OPA1 dysfunctions, we developed non-targeted metabolomic and lipidomic approaches on patients' plasmas and fibroblasts as well as on OPA1 knock-out mouse fibroblast model. Despite the specificities of each model and matrix, we clearly revealed a common metabolic alteration including an aspartate deficiency due to the energy defect observed in all our models and responsible for the alteration of nucleotide metabolism. With a lipidomic approach, we revealed in the knock-out cell model a huge increase of triglycerides which is related to the energetic deficiency. Moreover, we highlighted a major alteration on phospholipids, testifying a deep remodeling of mitochondrial membrane structures. Taken together, our analysis revealed new pathophysiological roles of OPA1. Finally, our work opens new perspectives to improve the diagnosis and the patient care.

Les antibiotiques ont longtemps été utilisés dans les pratiques d'élevage comme additifs alimentaires pour améliorer la croissance des animaux, comme les porcelets en post-sevrage, ainsi que pour traiter les infections bactériennes, notamment celles causées par Escherichia coli et Salmonella. Cependant, cette pratique a largement contribué à l'émergence de la résistance aux antibiotiques chez les bactéries commensales et pathogènes, ce qui a conduit à un réel problème de santé publique. Face à l’incidence accrue des infections causées par les bactéries pathogènes résistantes aux antibiotiques, la recherche de solutions alternatives est devenue une urgence et les peptides antimicrobiens naturels (AMPs) et plus particulièrement les bactériocines apparaissent parmi les alternatives prometteuses qui ont été proposées. La microcine J25 (MccJ25) est un peptide antimicrobien produit par Escherichia coli connu pour exercer une puissante activité inhibitrice contre les Enterobacteriaceae, y compris Salmonella. Grâce à sa structure en lasso, la MccJ25 présente une faible sensibilité aux protéases et aux conditions dénaturantes et pourrait ainsi avoir une plus grande stabilité durant un tractus gastrointestinal (GI). Toutes caractéristiques font de la MccJ25 une molécule à fort potentiel d’utilisation comme alternative aux antibiotiques dans le domaine vétérinaire. L’objectif général de cette thèse était d’évaluer le potentiel de MccJ25 comme alternative aux antibiotiques pour l’inhibition de Salmonella dans les conditions physiologiques du tube digestif du porc. Dans la première partie de cette étude, la stabilité et l’activité inhibitrice de la MccJ25 ont été évaluées dans les différents compartiments du tractus GI en utilisant le simulateur dynamique in vitro TIM-1. La MccJ25 a démontré une plus grande stabilité au niveau de l'estomac, tandis qu'une dégradation modérée a été observée dans le compartiment duodénal. Les formes de dégradation de la MccJ25 ont été analysées par LC-MS/MS et selon l’approche des réseaux moléculaires utilisant les outils de la plateforme GNPS, et en présence d'enzymes protéolytiques simulant les conditions duodénales. Les principales enzymes responsables de la dégradation de la MccJ25 ont ainsi pu être identifiées. Dans un deuxième temps, les concentrations minimales inhibitrices (CMI) et bactéricides (CMB) de la MccJ25 ont été déterminées in vitro contre Salmonella enterica subsp. enterica serovar Newport ATCC6962 dans le milieu LB ainsi que dans le milieu Macfarlane qui simule les conditions coliques du porc. Cette activité inhibitrice a été également comparée à celle de deux autres antimicrobiens, la réutérine et la rifampicine. Enfin, dans un troisième temps, l’activité de la MccJ25 contre Salmonella Newport et son impact sur la composition et l’activité métabolique du microbiote colique du porc ont été évalués en utilisant le modèle in vitro de fermentation en continu PolyFermS qui simule les conditions du côlon proximal porcin. L’activité inhibitrice contre Salmonella Newport a été évaluée par la méthode de de diffusion sur gélose, tandis que l’impact sur les différents groupes bactériens du microbiote colique porcin a été quantifié par la méthode de qPCR-PMA et par séquençage Illumina MiSeq. De façon remarquable, la MccJ25 n'a pas induit de modification significative de la composition du microbiote colique, alors qu'elle a fortement inhibé la croissance de Salmonella Newport, contrairement à la réutérine ou la rifampicine. Par ailleurs, l’analyse de l’activité métabolique du microbiote colique à l’aide du logiciel R et effectuée à partir des données de LC-MS, a démontré un effet significatif de la MccJ25 sur le métabolome intracellulaire alors qu’aucun effet significatif n’a été observé sur le métabolome extracellulaire. En conclusion, l’application d’approches microbiologiques, métagénomiques et métabolomiques très originales, variées et complémentaires nous a permis de confirmer le potentiel de la MccJ25 quant à la possibilité de son utilisation comme une alternative aux antibiotiques dans les pratiques d’élevage. Sa stabilité dans les premières étapes de digestion, sa spécificité à l'égard de Salmonella et le fait que son introduction dans le microbiote intestinal n'entraîne pas de dysbiose, la désignent comme un bon candidat dans la lutte contre la salmonellose. Des études complémentaires seront cependant nécessaires afin de confirmer ces résultats in vivo en conditions réelles d’élevage. / Antibiotics have long been used in animal husbandry practices as feed additives to improve animal growth as well as to treat bacterial infections, including those caused by Escherichia coli and Salmonella. However, this practice has largely contributed to the emergence of antibiotic resistance in commensal and pathogenic bacteria, which has led to a real public health problem. The increased incidence of infections caused by antibiotic-resistant pathogenic bacteria, has promoted the search for new alternatives and natural antimicrobial peptides (AMPs), including bacteriocins are among the promising alternatives that have been proposed. Microcin J25 (MccJ25) is an antimicrobial peptide produced by Escherichia coli and known to exert a potent inhibitory activity against Enterobacteriaceae, including Salmonella. Thanks to its lasso structure, MccJ25 has a low sensitivity to proteases and to denaturing conditions suggesting a higher stability in the gastrointestinal tract (GI) conditions. These characteristics make MccJ25 a molecule with high potential for use as an alternative to antibiotics in the veterinary field. The general objective of this thesis was to evaluate the potential of MccJ25 as an alternative to antibiotics for the inhibition of Salmonella in the physiological conditions of the digestive tract of piglet. In the first part of this study, the stability and the inhibitory activity of MccJ25 were evaluated in the different compartments of the GI tract using the dynamic simulator TIM-1. MccJ25 demonstrated higher stability in the stomach compartment; however, a moderate degradation was observed when the peptide entered the duodenum. Degradation products of MccJ25 in duodenal conditions and in the presence of different proteolytic enzymes were further analyzed using LC-MS/MS and subsequent molecular networking analysis using the Global Natural Product Social Molecular Networking platform (GNPS). Thus, the enzymes responsible for the degradation of MccJ25 have been identified. In the second part of the present study, the minimal inhibitory (MIC) and bactericidal (MBC) concentrations of MccJ25 were determined in vitro against Salmonella enterica subsp. enterica serovar Newport ATCC6962 in LB medium as well as in MacFarlane medium that simulates the swine colonic conditions. This inhibitory activity was also compared to that of two other antimicrobials namely reuterin and rifampicin. Finally, the activity of MccJ25 against Salmonella Newport and its impact on the composition and the metabolic activity of the swine colonic microbiota were evaluated using the in vitro continuous fermentation model PolyFermS that simulates the swine proximal colon conditions. The inhibitory activity against Salmonella Newport was evaluated using the agar diffusion assay, while the impact on the different bacterial groups of the swine colonic microbiota was quantified by qPCRPMA method and Illumina MiSeq sequencing. Interestly, MccJ25 did not induce any significant modification of the composition of the colonic microbiota, whereas it strongly inhibited the growth of Salmonella Newport, unlike reuterin and rifampicin. However, the analysis of the metabolic activity of the colonic microbiota using the R software and the LC-MS data, demonstrated a significant effect of MccJ25 on the intracellular metabolome. No significant effect was obtained with extracellular metabolome. In conclusion, the application of very original, varied and complementary microbiological, metagenomic and metabolomic approaches allowed us to confirm the potential of MccJ25 for use as an alternative to antibiotics in the veterinary sector. Its stability in the early stages of digestion, its specificity with regard to Salmonella and the fact that its addition into the intestinal microbiota does not cause any dysbiosis, suggested it as a good candidate as an anti-Salmonella. However, additional studies remain necessary to confirm these results in vivo under real animal use conditions.