Le microbiote intestinal constitue un réservoir d'activités enzymatiques riche et varié dont l'expression fait partie intégrante de la physiologie de l'organisme et influe sur sa santé. La mise en évidence par méthodes culturales classiques des Archaea méthanogènes est difficile et n'a permis à ce jour que la mise en évidence de 2 Methanobacteriales hydrogénotrophes au sein de ce microbiote : Methanobrevibacter smithii et Methanosphaera stadtmanae. Les travaux de cette thèse ont eu pour but d'apporter une vision moléculaire nouvelle de la diversité des Archaea méthanogènes du microbiote et de rechercher l'influence de l'âge sur ces communautés. Ces travaux ont été menés par analyse d'une partie du cistron mcrA, marqueur moléculaire spécifique de la méthanogenèse, et du gène codant pour l'ARNr 16S. Ces études ont révélé une plus grande diversité des Archea colonisant cet écosystème et ont mis en évidence de nouveaux phylotypes ne pouvant être rattachés à aucun des 5 ordres méthanogènes précédemment décrits. Ils correspondent probablement à d'autres espèces méthanogènes affiliées aux Thermoplasmatales ou cohabitent avec des membres encore inconnus des Thermoplasmatales. Une étude réalisée sur 63 individus répartis en nouveau-nés, adultes et seniors a montré que la fréquence de ces nouveaux phylotypes augmente avec le vieillissement. Ces résultats interrogent à la fois sur l'origine de ces divers organismes et leur présence au sein du mcrobiote intestinal du sujet âgé et soulignent notre relative méconnaissance d'un des trois domaines du vivant.

Le méthane (CH4) est un des principaux gaz à effet de serre. L'élevage est à l'origine d'un tiers du CH4 produit par l'activité humaine en Europe. En plus, la production de CH4 représente une perte de 2% à 12 % de l'énergie consommée par l'animal. La méthanogenèse est le résultat de l'activité d'un groupe de microorganismes particuliers - les Archaea méthanogènes. La production de CH4 permet de d'éliminer du milieu ruminal l'hydrogène produit au cours de la fermentation des aliments par les autres microorganismes (bactéries, protozoaires, champignons). En effet, l'accumulation d'hydrogène affecte le fonctionnement optimal du rumen. La réduction des émissions de CH4 par les ruminants présente donc un intérêt économique et environnemental non négligeable et passe inévitablement par une modification de l'écosystème microbien du rumen. L'objectif de ce travail de thèse était de relier la production de CH4 avec la structure et l'activité de la communauté méthanogène du rumen. Différents modèles de manipulation de l'écosystème microbien ruminal comme la défaunation (élimination des protozoaires) et l'utilisation d'aliments connus pour modifier la méthanogenèse ont été utilisés. Le rumen étant un écosystème complexe, les interactions fonctionnelles entre les Archaea méthanogènes et les autres microorganismes présents (bactéries et protozoaires) ont également été étudiées. Dans cette optique, des outils de biologie moléculaire, permettant de cibler les principales communautés microbiennes, ont été optimisés. Nos travaux permettent de conclure sur l'absence de relation claire entre le nombre (et/ou la concentration) des Archaea méthanogènes et la méthanogenèse dans le rumen. Cependant les réductions des émissions de CH4 ont été attribuées aux changements dans la diversité de la communauté méthanogène et la disponibilité en hydrogène. Ce travail de thèse a mis en évidence que les modifications de la composition et/ou de l'activité métabolique de la communauté des Archaea méthanogènes seraient à l'origine des réductions des émissions de CH4 par les ruminants. Une meilleure connaissance des mécanismes microbiens impliqués dans la production de méthane permettra d'envisager de nouvelles pistes pour diminuer les émissions chez les ruminants.

Les microorganismes anaérobies représentent la population majoritaire de notre tube digestif et ont un impact remarquable sur notre santé. Leur culture demeure à ce jour longue, fastidieuse et coûteuse et nombreux sont ceux qui restent incultivables. Or la culture est un outil indispensable pour l'étude du microbiote digestif. Ainsi, le laboratoire dans lequel ma thèse s’est déroulée a créé un nouveau concept de culture « Microbial Culturomics » qui a permis d’isoler 193 nouvelles espèces bactériennes anaérobies. Un travail sur l’utilisation des antioxydants pour permettre la culture aérobie des bactéries anaérobies a également été amorcé : une optimisation des techniques de culture prometteuse autour de laquelle mes travaux ont vu le jour. Notre premier projet a consisté à développer un dispositif de culture innovant permettant la culture des archaea méthanogènes en aérobiose et en absence de source externe de dihydrogène. Notre deuxième projet a consisté à élaborer un flacon d’hémoculture unique dans lequel la croissance de toutes les bactéries, aérobies et anaérobies, pouvaient être détectées. Notre troisième projet quant à lui repose sur la comparaison du mode de culture anaérobie et de celui en aérobie avec les antioxydants à travers l’exemple de trois souches bactériennes strictement anaérobies. L’utilisation des antioxydants pour faciliter la culture des microorganismes anaérobies a donc apporter des résultats très prometteurs qui pourrait être utilisés, après validation par des études multicentriques dans les laboratoires de microbiologie clinique et environnementaux. / Anaerobic microorganisms are characterized by their ability to grow and survive in the absence of oxygen. Indeed free oxygen molecules are not used for their metabolism and can be toxic to varying degrees, sometimes leading to cell death. Although it is known that these microorganisms are the predominant in our digestive microbiota and that they have a great impact on our health, their culture remain long, fastidious, costly, and in most cases impossible. Becteria culture is an indispensable tool for isolating strains, performing studies from living models, and identifying new ones. Thus, the laboratory in which my thesis tooks place created a new concept of culture "Microbial Culturomics" which made it possible to isolate 193 new anaerobic bacterial species. A work based on the use of antioxidants to enable the aerobic culture of anaerobic bacteria was also initiated: a promising optimization of the culture techniques from which my work was born. Our first project consisted in developing an innovative culture device allowing the cultivation of methanogenic archaea in aerobic and without an external source of dihydrogen. In our second project, we performed a single culture bottle in which the growth of all bacteria, aerobic and anaerobic, could be detected. Our third project was based on the comparison of anaerobic and aerobic culture with antioxidants through the example of three strictly anaerobic bacterial strains.Therefore the use of antioxidants enable to facilitate anaerobic bacteria cultivation. These results are very encouraging for clinical and environmental microbiology laboratories.

Le méthane (CH4) est un des principaux gaz à effet de serre. L’élevage est à l’origine d’un tiers du CH4 produit par l’activité humaine en Europe. En plus, la production de CH4 représente une perte de 2% à 12 % de l’énergie consommée par l’animal. La méthanogenèse est le résultat de l’activité d’un groupe de microorganismes particuliers - les Archaea méthanogènes. La production de CH4 permet de d’éliminer du milieu ruminal l’hydrogène produit au cours de la fermentation des aliments par les autres microorganismes (bactéries, protozoaires, champignons). En effet, l’accumulation d’hydrogène affecte le fonctionnement optimal du rumen. La réduction des émissions de CH4 par les ruminants présente donc un intérêt économique et environnemental non négligeable et passe inévitablement par une modification de l’écosystème microbien du rumen. L’objectif de ce travail de thèse était de relier la production de CH4 avec la structure et l’activité de la communauté méthanogène du rumen. Différents modèles de manipulation de l’écosystème microbien ruminal comme la défaunation (élimination des protozoaires) et l’utilisation d’aliments connus pour modifier la méthanogenèse ont été utilisés. Le rumen étant un écosystème complexe, les interactions fonctionnelles entre les Archaea méthanogènes et les autres microorganismes présents (bactéries et protozoaires) ont également été étudiées. Dans cette optique, des outils de biologie moléculaire, permettant de cibler les principales communautés microbiennes, ont été optimisés. Nos travaux permettent de conclure sur l’absence de relation claire entre le nombre (et/ou la concentration) des Archaea méthanogènes et la méthanogenèse dans le rumen. Cependant les réductions des émissions de CH4 ont été attribuées aux changements dans la diversité de la communauté méthanogène et la disponibilité en hydrogène. Ce travail de thèse a mis en évidence que les modifications de la composition et/ou de l’activité métabolique de la communauté des Archaea méthanogènes seraient à l’origine des réductions des émissions de CH4 par les ruminants. Une meilleure connaissance des mécanismes microbiens impliqués dans la production de méthane permettra d’envisager de nouvelles pistes pour diminuer les émissions chez les ruminants. / Methane (CH4) is a major greenhouse gas. Livestock contributes to one third of CH4 produced by human activity in Europe. Methanogenesis is the result of the activity of a specific group of microorganisms, the methanogenic Archaea. This natural process prevents hydrogen accumulation in the rumen, which may affect the optimal feed degradation, but it represents a loss of 2% to 12% of energy consumed by the animal. Reduction of CH4 emissions from ruminants presents therefore economic and environmental benefits and inevitably involves a change in rumen microbial ecosystem. However microbial mechanisms of CH4 production in the rumen are still poorly understood. The objective of this thesis was to relate the production of CH4 with the structure and/or the activity of the methanogenic rumen community. Different models of manipulation of the rumen microbiota such as defaunation (removal of protozoa) and the use of feed known to affect methanogenesis were used. Interactions between methanogenic Archaea and other microorganisms (bacteria and protozoa) were also studied in the complex rumen ecosystem. In this context, tools of molecular biology, to identify key microbial communities, were optimized. Our work allows to conclude that there is no clear relationship between the number of methanogenic Archaea and methanogenesis rate in the rumen. However, reduction in CH4 emissions could be attributed to changes in the diversity of the methanogenic community and the availability of hydrogen. This thesis has shown that changes in the composition and / or metabolic activity of methanogenic Archaea community were associated to the reductions in CH4 emissions observed in our animal trials. A better understanding of microbial mechanisms involved in the production of methane will consider new ways to reduce emissions in ruminants.

L’étude du microbiote digestif a connu un regain d’intérêt au début des années 2000, avec l’avènement des techniques moléculaires. La culturomics a démontré sa complémentarité depuis 2010 en réduisant une partie des biais des méthodes moléculaires. Une revue sur les techniques d’étude du microbiote digestif et l’analyse du microbiote des sujets africains. Les études de métagénomique en Afrique ont révélé une augmentation de la biodiversité, en particulier des Spirochaetes et des Prevotella chez les africains par rapport aux occidentaux. Sur les 1162 bactéries isolées par culturomics, 476 n'étaient pas africaines, 445 étaient communes et 241 étaient d’origine africaine dont 68 nouvelles espèces. Pour ma participation au travail de culturomics, 102750 colonies testées par MALDI-TOF,ont permis d'identifier 377 espèces incluant 40 nouvelles espèces,17 nouveaux genres et 2 nouvelles familles.Ces nouvelles espèces ont été décrites par taxonogenomics ou new species announcement.Les archaea méthanogènes ont une prévalence de 97,4% pour M. smithii et associés à des pathologies comme l’abcès du cerveau,les parodontites etc. La culture est fastidieuse et nécessitait une source extérieure d’hydrogène. Sous enceinte anaérobie, nous avons cultivé avec succès M. smithii à partir d’un milieu de culture liquide inoculé d’échantillon de selle. L’isolement en culture pure a été un succès sur milieu gélosé en réalisant une coculture avec Bacteroides thetaiotaomicron. Nous avons aussi testé avec succès la coculture de M. smithii avec d’autres bactéries productrices d’hydrogène connues. Les tests de chromatographie en phase gazeuse montraient que ces souches produisaient de l’hydrogène. / The study of the digestive microbiota was a renewed interest in the early 2000s, with the advent of molecular techniques. The culturomics has demonstrated its complementarity since 2010 by reducing some of the biases of molecular methods. A review on the techniques of studying the digestive microbiota and the analysis of the microbiota of African subjects. Metagenomic studies in Africa have revealed an increase in biodiversity, especially Spirochaetes and Prevotella among Africans compared to Westerners. Of the 1162 bacteria isolated by culturomics, 476 were non-African, 445 were common, and 241 were of African origin, including 68 new species. For my participation in the work of culturomics, 102750 colonies tested by MALDI-TOF, identified 377 species including 40 new species, 17 new genera and 2 new families. These new species have been described by taxonogenomics or new species announcement.Methanogenic archaea have a prevalence of 97.4% for M. smithii and associated with pathologies such as brain abscess, periodontitis and so on. The cultivation is tedious and required an external source of hydrogen. Under anaerobic enclosure, we successfully cultivated M. smithii from a liquid culture medium inoculated with a stool sample. The isolation in pure culture was a success on agar medium by performing a coculture with Bacteroides thetaiotaomicron. We have also successfully tested the co-culture of M. smithii with other known hydrogen-producing bacteria. Gas chromatographic tests showed that these strains produced hydrogen.

Les communautés microbiennes benthiques participent activement au recyclage de la matière organique et de fait au fonctionnement biogéochimique des écosystèmes lacustres. Ces communautés comportent de nombreux phyla mais leur diversité fonctionnelle est encore incomplètement connue. Ce travail vise à appréhender les modifications de structure et d'abondance des gènes fonctionnels en lien avec la distribution spatiale verticale (liée au gradient d'oxydoréduction), la variabilité spatiale horizontale (zone côtière vs pélagique) et la dynamique saisonnière liée au brassage de la colonne d'eau (ré-oxygénation des interfaces benthiques), de même que l'identification de la diversité des méthanotrophes et des méthanogènes.Pour cette étude, des carottes sédimentaires ont été prélevées sur un transect zone côtière – zone pélagique, à différentes dates au cours d'un cycle annuel. Chaque carotte sédimentaire a été analysée dans la verticalité entre l'interface eau-sédiment et 20 cm. Les communautés microbiennes participant au cycle du méthane ont été ciblées par 2 gènes de fonction et étudiées en termes de structure, de diversité et d'abondance; par ailleurs, des marqueurs phylogénétiques ont été utilisés pour caractériser les communautés bactériennes et archéennes totales.Les résultats de l'étude spatiale montrent que, si à l'échelle locale (station d'échantillonnage) une relative homogénéité des communautés microbiennes (totales et fonctionnelles) est observée, des variabilités fortes sont détectées d'une part à l'échelle des transects horizontaux en lien avec des changements de conditions environnementales et d'autre part dans la verticalité des sédiments sous l'effet des conditions d'oxydoréduction. La communauté bactérienne étant la plus affectée dans la verticalité, avec des changements de structure entre toutes les strates étudiées. Dans cette même étude, une analyse comparative de la structure des communautés (totales et fonctionelles) a démontré que l'analyse d'échantillons individuels permettait d'obtenir un plus grand nombre d'OTU que l'analyse des mêmes échantillons regroupés en pools.Les résultats de l'étude de la dynamique temporelle des communautés méthanogènes et méthanotrophes révèlent des changements de structure et abondance, principalement à l'interface eau - sédiment en lien avec la dynamique d'oxygénation du lac. Quant à l'analyse de la diversité, elle montre une dominance des Methanomicrobiales (Methanoregula principalement) pour les méthanogènes, mais les Methanosarcinales (Methanosarcina) et les Methanobacteriales (Methanobacterium) ont également été identifiés. Pour les méthanotrophes, la diversité est dominée par Methylobacter en zone profonde et par Methylococcus en zone côtière, les méthanotrophes de Type II (Methylosinus et Methylocystis) ont aussi été identifiés.L'ensemble de ces travaux souligne l'importance de prendre en compte, à la fois la variabilité spatiale (horizontale et verticale) et la variabilité temporelle, des communautés méthanogènes et méthanotrophes lors de l'étude de ces communautés. Les changements quant à leurs structures et leurs abondances sont des paramètres non négligeables pour comprendre les processus impliqués dans le cycle du méthane. / Benthic microbial communities are actively involved in organic matter recycling and fact biogeochemical functioning of lake ecosystems. These communities comprise many phyla but their functional diversity is still incompletely known. This study is focused on the benthic microbial communities involved in the methane cycle in lacsutrine suystems. We aimed understanding the structural and abundance changes of functional genes related to the vertical distribution (redox gradient in sediment), the horizontal variability (coastal vs. pelagic benthic zone) and seasonal dynamics related to mixing of the water column (re-oxygenation of benthic interface). The composition of methanotrophic and methanogenic communities was characterized by sequencing analyses.For this study, sedimentary cores were sampled along a transect from coastal to pelagic zone, at different times during an annual cycle. In addition, each sediment core was analyzed in its verticality from the water-sediment interface to 20 cm depth. Microbial communities involved in the cycle of methane (methanogenesis and methanotrophy) were targeted by 2 functional genes (mcrA and pmoA). Furthermore, phylogenetic markers were used to characterize the total bacterial and archaeal communities. These communities are studied in terms of structure (genotyping), diversity (sequencing) and abundance (qPCR, DNA) of their functional genes.The results of the study showed that, on a spatial scale, a low heterogeneity was detected for a given sampling station in terms of structure of microbial communities (total and functional), however, a high variability was detected both at an horizontal scale along a transect (costal vs. pelagic zone), due to contrasted environmental conditions, and at a vertical scale (upper to deeper layers in the core) under the effect of redox conditions. The bacterial community being the most affected in the verticality, with structural changes among all strata studied. In the same study, a comparative analysis of the structure (for all of the communities), between pooled samples and individual samples, demonstrated that the analysis of individual samples provided a greater number of OTU for the majority of microbial communities.Moreover the study of the temporal dynamic of methanogen and methanotroph communities revealed changes in the structure and abundance, mainly at the water - sediment interface, according to the oxygenation levels that varied through time. The analysis of diversity showed a dominance of Methanomicrobiales (Methanoregula mainly) for methanogens, but Methanosarcinales (Methanosarcina) and Methanobacteriales (Methanobacterium) were also identified. The methanotrophs' community was dominated by Methylobacter on deeper stations and by Methylococcus in coastal station. Type II methanotrophs (Methylosinus and Methylocystis) were also identified.This work highlights the importance of taking into account both the spatial variability (horizontal and vertical) and the temporal variability of methanogen and methanotroph communities. Changes on their structures and abundances are significant parameters for understanding the processes involved in the methane cycle.

La digestion anaérobie est un processus de transformation de la matière organique en biogaz riche en méthane. Les déchets solides sont le plus souvent traités par une technologie par voie sèche qui est caractérisée par des teneurs en matières sèches supérieures à 20%. Du fait de la faible teneur en eau, la digestion sèche présente de nombreuses inconnus scientifiques, tant au niveau microbiologique et physico-chimique. Le but de cette thèse est de comprendre l'influence des parametres opératoires spécifiques à la digestion anaérobie par voie sèche sur les performances et le comportement des communautés microbiennes de ce processus. Les résultats obtenus montrent que l'augmentation de la teneur en matières sèches au-delà de 30% et la diminution de la surface spécifique d'échange ont un effet négatif sur le processus de digestion anaérobie. En effet lorsque la teneur en matière sèche est supérieure à 30%, le transfert des gaz dissous du milieu réactionnel vers le ciel gazeux peut limiter la méthanisation. L'analyse des populations microbiennes montre la présence de bio-indicateurs bactériens liés au non fonctionnement de la digestion anaérobie. Ces bio-indicateurs sont des clostridium et sont présents quel que soit l'inoculum utilisé. L'étude des populations méthanogènes montre une sensibilité de ces microorganismes à leur environnement : des shifts de populations méthanogènes ont été observés en fonction de la concentration en matières sèches. Ce travail a permis d'accroître les connaissances dans le domaine de la digestion anaérobie sèche, ces connaissances pouvant contribuer à améliorer les performances des procédés. / Anaerobic digestion is the transformation of organic matter into biogas rich in methane. Solid waste is treated by dry anaerobic digestion process with a total solid content higher than 20%. The high solids content make the process difficult to control. The aim of this work is to study the influence of operating parameters specific to dry anaerobic digestion on performances and behavior of microbial communities. The results show that increasing the solids content higher than 30% and decreasing the specific surface area of change have a negative effect on the anaerobic digestion process. Indeed, when the solids content exceeds 30%, the transfer of dissolved gas from the reaction mixture to the headspace can limit anaerobic digestion. The analysis of microbial populations demonstrates the presence of bacterial bio-indicators related to no-functioning anaerobic digestion. These bio-indicators correspond to the clostridium genus and are present regardless of the inoculum source. The study of methanogenic Archaea shows a sensitivity of these microorganisms. Shifts in the methanogenic populations related to the concentration of total solids were observed. This work has improved the fundamental knowledge of dry anaerobic digestion which can help improve the performance of this process.

Le présent travail s’intéresse à l’étude de la diversité des communautés procaryotiques, basée sur le gène codant pour l’ARNr 16S et sur les gènes codants pour la sous-unité β du sulfite réductase dissimilatrice (dsrB) et la sous-unité alpha de la méthyl-coenzyme M réductase (mcrA), pour étudier la diversité de la communauté des bactéries sulfato-réductrices et des méthanogènes, respectivement à partir des échantillons collectés en saison sèche ou pluvieuse du Chott El Jerid. Les analyses des séquences du gène codant pour l’ARNr 16S ont montré que les bactéries regroupées aux Proteobacteria et Firmicutes sont détectés dans les deux saisons alors que les séquences appartenant au groupe taxonomique Bacteroidetes, Actinobacteria et Betaproteobacteria sont apparues uniquement dans la saison pluvieuse. Le groupe Deinococcus-Thermus sont observés que dans la saison sèche. Dans le domaine des archées, la plupart des séquences appartiennent au phylum Euryachaeota, détecté dans les deux saisons, alors que, le phylum Crenarchaeota apparait uniquement dans la saison pluvieuse. En plus, les bactéries sulfato-réductrices, appartenant à la classe Deltaproteobacteria, sont fréquents notamment à la saison pluvieuse prouvée déjà par les deux techniques DGGE et qPCR. A partir des cultures d’enrichissement, de nombreuses bactéries anaérobies fermentaires appartiennent aux familles Halanaerobiaceae et Halobacteroidaceae. Les analyses phylogénétiques ainsi que les caractéristiques phénotypiques et physiologiques montrent une nouvelle souche Sporohalobacter salinus proche de l’espèce Sporohalobacter lortetii, seule espèce décrite à ce jour du genre Sporohalobacter. / The present work concerns microbial biodiversity of prokaryotic communities, sulfate-reducing bacteria, and methanogens targeting the 16S rRNA gene and functional gene markers encoding the dissimilatory sulfite reductase β-subunit gene (dsrB) and alpha subunit of the methyl-coenzyme M reductase (mcrA), respectively from samples collected in the dry and wet seasons from Chott El Jerid. Phylogenetic analysis targeting the 16S rRNA gene showed that bacteria were grouped to Proteobacteria and Firmicutes detected at both seasons, whereas, Bacteroidetes, Actinobacteria and Betaproteobacteria were present only in the wet season. Deinococcus-Thermus group were observed in the dry season. Archaeal sequences were belonged to the phyla of Euryarchaeota in both seasons and Crenarchaeota was appeared in wet season. Sulfate-reducing bacteria, related to Deltaproteobacteria class were dominant mainly in wet season proved by two techniques DGGE and QPCR. From enrichment cultures, anaerobic fermentative bacteria were isolated in pure cultures, related to Halanaerobiaceae and Halobacteroidaceae families. Phylogenetic analysis, phenotypic and physiological characteristics showed a novel strain Sporohalobacter salinus related to Sporohalobacter lortetii, an unique species of genus Sporohalobacter described until now.

Le méthane, un des principaux gaz à effet de serre, est majoritairement produit et consommé par l'activité métabolique de microorganismes affiliés aux domaines des Archaea et des Bacteria. Afin d'appréhender le cycle biogéochimique du méthane, il est essentiel d'identifier l'ensemble des acteurs impliqués dans ce dernier ainsi que les facteurs environnementaux modulant leurs activités. Les lacs d'eau douce constituent une source importante de méthane, car, dans ces écosystèmes, les conditions environnementales favorisent la méthanogenèse au détriment d'autres processus terminaux de la dégradation anaérobie de la matière organique. Au cours de cette thèse, les études sur les communautés impliquées dans le cycle biogéochimique du méthane ont été conduites dans la colonne d'eau et les sédiments anoxiques du Lac Pavin (Auvergne), unique lac méromictique de France. Cet écosystème a été choisi comme site d'étude en raison des fortes concentrations en méthane présentes dans sa couche d'eau profonde qui contrastent avec les faibles émissions de ce gaz vers l'atmosphère. Ces observations géochimiques suggèrent une intense activité de production et de consommation du méthane, offrant un cadre pertinent pour l'étude des communautés ciblées. Les approches moléculaires visant à caractériser la structure spatiale, la composition, les zones d'activité et les facteurs (ascendants et descendants) potentiellement impliqués dans la régulation des communautés de méthanogènes et de méthanotrophes ont été, au cours de ce travail, systématiquement associées à des approches culturales et microcalorimétriques afin d'acquérir des données sur la physiologie des microorganismes impliqués dans le cycle du méthane. Les résultats obtenus mettent en évidence que les communautés de méthanogènes sont distribuées sur l'ensemble de la colonne d'eau anoxique et dans la strate superficielle des sédiments profonds. Ce groupe métabolique, essentiellement représenté par des espèces affiliées aux Methanosaetaceae et aux Methanoregulaceae, est particulièrement actif dans la zone benthique qui constituerait la source principale de méthane dans cet écosystème. Une nouvelle espèce méthanogène, Methanobacterium lacus, a été isolée de ces sédiments et décrite, et vient enrichir le faible nombre d'espèces méthanogènes isolées à ce jour à partir des lacs d'eau douce. L'étude écophysiologique de cette souche suggère que la température pourrait en partie expliquer la faible représentativité des Methanobacteriales dans cet écosystème. Une partie du méthane semble être directement consommée dans la zone anoxique (pélagique et benthique). L'existence de ce processus d'oxydation anaérobie, soutenu par les approches microcalorimétriques, pourrait être, dans les sédiments profonds, sous la dépendance de lignées candidates archéennes dont la physiologie reste encore énigmatique. Le remplacement progressif des méthanogènes par 2 lignées candidates d'archaea (MBG-D et MCG) le long du profil sédimentaire suggère qu'elle se développe dans des niche contrastées. La régulation putative des communautés archéennes par les virus a été analysée. Cette étude est la première à rapporter la présence de particules virales de type "archaeovirus" dans un environnement non-extrême (en termes de température, pH et salinité) ainsi que des particules virales pouvant représentées de nouvelles familles de virus. Une activité virale intense est suggérée dans ces sédiments par le nombre important de cellules infectées, comparativement à d'autres sédiments, et par le changement concomitant de la structure de la communauté virale et procaryotique avec la profondeur. Bien qu'une partie du méthane soit probablement oxydée en anaérobiose, la consommation de ce métabolite est principalement dépendante de l'activité de méthanotrophes aérobies dominées par des espèces affiliées au genre Methylobacter, un des principaux genres de méthanotrophes rencontré en milieu d'eau douce. (...)

L’analyse du microbiote oral et de son évolution séculaire se fait principalement à partir de l’analyse du tartre dentaire ancien des populations passées et du biofilm dentaire des populations modernes. Nous avons dans un premier temps fait le point des connaissances sur la paléomicrobiologie des bactéries et des archaea contenues dans le tartre dentaire et montré que les archaea faisaient partie du microbiote oral chez l'homme. Dans la deuxième partie, nous avons mis en évidence le répertoire des archaea méthanogènes vivant dans la cavité orale par la culture (une nouvelle espèce Methanobrevibacter massiliense, Methanobrevibacter smithii et Methanobrevibacter oralis). La prévalence de ces archaea était significativement plus élevée chez les patients atteints de parodontite que chez les personnes contrôles. Ensuite, nous avons développé une méthode de génotypage Multispacer Sequence Typing pour typer M. oralis et M. smithii et révélé différents génotypes. Enfin, nous avons analysé le répertoire des archaea méthanogènes dans des échantillons de tartre dentaire ancien datant du 14ème au 19ème siècle. La prévalence et la diversité des archaea méthanogènes dans la cavité orale ont diminué significativement au cours des sept derniers siècles. Des archaea méthanogènes ont été retrouvées dans 75% des prélèvements de tartre dentaire (Candidatus M. massiliense à 44,6%, M. oralis à 19,6%, Methanomassiliicoccus luminyensis-like à 12,5%, Candidatus Nitrososphaera evergladensis-like dans un prélèvement et Methanoculleus bourgensis dans un autre prélèvement). Un prélèvement de tartre positif pour Candidatus M. massiliense a été documenté par hybridation in situ en fluorescence. / The analyses of oral microbiome and its secular evolution mainly use dental calculus in past populations and dental plaque in modern populations. In our thesis, we initially reviewed the knowledge actual about bacteria and archaea paleomicrobiology of the dental calculus. The review disclosed that archaea taked part in the secular core-microbiota in past and modern populations. In the second work, we demonstrated the repertoire of methanogenic archaea currently living in the oral cavity using culture-based approach and succeeded in isolating for the first time a new species named Methanobrevibacter massiliense in addition to Methanobrevibacter smithii and Methanobrevibacter oralis from dental plaque in periodontitis patients. This work showed that the prevalence of methanogens was significantly higher in periodontitis patients than in controls. Some methanogenic archaea were involved in periodontitis. Then, we developed Multispacer Sequence Typing to evaluate M. oralis and M. smithii and revealed different genetic variants in these archaea. Finally, we examined the repertory of methanogenic archaea in ancient dental calculus dating from the 14th to the 19th century. The prevalence and diversity of methanogenic archaea in the oral cavity decreased significantly during the last seven centuries. Methanogenic archaea were found in 75% of dental calculis (Candidatus M. massiliense, 44.6%; M. oralis, 19.6%; Methanomassiliicoccus luminyensis-like, 12.5%; Candidatus Nitrososphaera evergladensis-like in one and Methanoculleus bourgensis in one specimen). One Candidatus M. massiliense dental calculus was further documented by fluorescent in situ hybridization.