Le phytomanagement est un mode de gestion de sites et sols pollués émergent qui inclut la valorisation de la biomasse produite. Pour alimenter les retours d’expérience en conditions réelles et sur le long terme, deux essais de phytomanagement de 1 ha chacun (sites A et B) ont été mis en place à Fresnes-sur-Escaut (Hauts-de-France) en 2011/2012 sur un terrain de gestion de sédiments de curage contaminés par des éléments potentiellement toxiques ou EPT (Cd, Cu, Pb et Zn). Dans ce contexte, les travaux de thèse réalisés sur ces sites avaient pour objectifs d’étudier : (1) la dynamique et la performance des espèces végétales sélectionnées (Deschampsia cespitosa, peupliers Skado et I-214, saule Tordis et Inger), des plantes colonisatrices et envahissantes, (2) l’effet des amendements (inoculum de champignons mycorhiziens, amendement minéral basique) sur la mobilité des EPT dans le sol, sur l’accumulation des EPT dans les parties aériennes des plantes et impact sur la diversité microbienne des sols et des racines ligneuses.L’efficacité de l’espèce herbacée D. cespitosa pour le phytomanagement du site B a été démontrée. Tolérante aux conditions du site, cette plante a présenté de faibles concentrations en Cd, Cu et Pb dans ses parties aériennes et a formé un couvert dense et pérenne. La végétalisation du site A par des plantes colonisatrices était hétérogène avec une dominance de l’espèce Urtica dioïca.Sur les parcelles amendées et non amendées, les concentrations mesurées chez U. dioïca étaient plus élevées en Cd, Pb, Cu et Zn comparées aux mêmes plantes issues de sols non contaminés. Selon les calculs préliminaires de risques basés sur les concentrations mesurées dans les plantes herbacées enrichies en Cd et Zn, les risques liés à leur ingestion par les herbivores se sont avérés négligeables.Concernant les saules et les peupliers dédiés à la production d’énergie, de fortes concentrations en Cd et en Zn ont été mesurées dans les feuilles quels que soient les amendements. Ces feuilles peuvent représenter un risque pour les herbivores. Contrairement aux peupliers très tolérants aux conditions du milieu, une réduction de la croissance et du taux de survie des saules a été mesurée sur les parcelles amendées et non amendées en présence de D. cespitosa, liée à une forte compétition souterraine avec D. cespitosa. L’utilisation de tests écotoxicologiques a permis d’identifier d’autres facteurs dont la phytotoxicité du sol. Par ailleurs, aucun effet des amendements biologiques et chimiques n’a été observé sur la mobilité et la spéciation des EPT après 4 ou 5 années de phytomanagement. Leur effet sur le transfert des EPT était très variable en fonction des espèces, des niveaux de pollution et du temps. L’étude des communautés microbiennes dans les racines ligneuses a révélé un impact de la végétation herbacée et de la pollution mais aucun effet lié aux amendements n’a été observé. / Phytomanagement is an emerging approach that includes plant biomass valorization for the management of polluted soils and sites. To evaluate the long-term performance of this strategy at field scale, two phytomanaged sites of 1 ha each (sites A and B) were implanted in Fresnes-sur-Escaut (Hauts-de-France) in 2011/2012 at a dredged-sediment disposal site contaminated with potentially toxic elements or PTE (Cd, Cu, Pb et Zn). The thesis work is based on the study of the two sites with the following objectives: (1) study the dynamics of selected plants (Deschampsia cespitosa, Skado and I-214 poplars, Tordis and Inger willows), colonizing plants and invaders, (2) study the efficiency of amendments (mycorrhizal fungi inoculum, basic mineral amendment) on sediment PTE mobility, on aerial plant parts PTE accumulation and on the microbial diversity in soils and tree roots.The efficiency of the grass D. cespitosa for phytomanagement at the site B has been highlighted. The plant was tolerant to the site conditions, had low concentrations of Cd, Cu and Pb in shoots and formed a dense and perennial plant cover. At the site A, the herbaceous plant cover formed by plant colonists was heterogenous with a dominance of the species Urtica dioïca.In amended and non-amended plots, U. dioïca showed higher concentrations of Cd, Cu, Pb and Zn than the same plants from uncontaminated soils. According to risk calculations based on Cd and Zn concentrations, there was no risk related to the ingestion of these herbaceous plants by herbivorous animals. Concerning poplars and willows dedicated to energy production, high Cd and Zn concentrations were found in their leaves regardless of the amendments. These leaves may pose a risk for herbivorous animals. Unlike poplars which were very tolerant to the site conditions, willows showed a reduction of growth and survival rate in the amended and non-amended plots sown with D. cespitosa, because of belowground competition with D. cespitosa. Ecotoxicological tests revealed that soil phytotoxicity was also responsible of the willow growth reduction. Besides, the biological and chemical amendments had no significant effect on PTE mobility and speciation in soils after 4 or 5 years of phytomanagement. Their effects on PTE transfers in plants varied depending on the species, levels of pollution and time. The study of microbial communities in tree roots revealed that the herbaceous cover and soil pollution had a significant impact on microbial composition whereas the amendments did not affect the microbial communities.

Resistance to antimicrobials is a well-known phenomenon leading to difficulties in the treatment of infectious diseases. The genetic determinants of such resistance are in general well understood: plasmids, transposons, insertion sequences and integrons are the most frequently related genetic elements. The word epigenetics refers to changes in the phenotype or in the gene expression caused by mechanisms other than underlying DNA sequence. In some cases these changes can remain for generations. Serratia marcescens is an enterobacterium characterized by its natural (intrinsic) resistance to most antibiotics. It is also a relevant opportunistic pathogen which has been involved in several pathologies such as urinary tract infections, prostheses infections, cellulitis, bacteremia and others. P. aeruginosa is a Gram-negative bacterium considered one of the major nosocomial pathogens worldwide. It causes several infections such as wound and burn infections as well as respiratory tract infections mostly affecting cystic fibrosis patients. An increasing prevalence of infections caused by multidrug-resistant (MDR) isolates has been reported in many countries and is actually a cause of concern. Both, P. aeruginosa and S. marcescens are relevant nosocomial pathogens. Some of the classic antimicrobials used to treat these pathogens are out-of-date and several of the new drugs available have already become targets for bacterial mechanism of resistance. Environmental conditions exert high pressure not only in the selection of genes encoding resistance to antibiotics or integron fixation in bacterial genomes or plasmids and other mobile elements transmission, but also in the expression of these potentialities that leads to resistance. Thus the role of epigenetics remains to be investigated. In addition it is well known that bacteria causing infections are naturally forming part of biofilms instead the planktonic way of life normally assumed to be in laboratory conditions. The aim of this thesis was the study of unconventional mechanisms of antimicrobial resistance contributing to MDR phenotypes in both S.marcescens and P. aeruginosa. Also the exploration of changes in antimicrobial susceptibilities of Serratia marcescens in the last 50 years by comparing isolates collected between 1945 and 1950, and current isolates. ¬The main conclusions obtained from this study are: 1. The resistome of Serratia marcescens did not change significantly during the antibiotic era. 2. Antibiotic withdrawing tends to restore original susceptible phenotypes, irrespective to the molecular mechanism involved in resistance. 3. None of Serratia strains studied presented integrons, any extended spectrum ß-lactamases. 4. Phenotypically determination of susceptibilities of old strains inactive during the last 60 years have confirmed results obtained by metagenomics i.e. the genes of resistance already existed before antibiotics discovery and use. 5. Multiresistant Pseudomonas aeruginosa harbored class 1 integrons containing a cassette encoding aminoglycoside adenylyltransferase (aadB). 6. Multiresistant Pseudomonas aeruginosa overexpressed MexAB-OprM and MexXY efflux machinery. 7. CCCP use should be avoided in experiments performed with P. aeruginosa and probably in other aerobic bacteria. 8. Meropenem induces the formation of aberrant long rods which can survive, accumulate less antibiotic than normal bacteria, and can revert to normal forma when antibiotic pressure disappears. 9. Colistin, the last therapeutic option to fight against Pseudomonas infections in cystic fibrosis patients, is normally active although cases of resistance have arisen recently. 10. Resistance to colistin seems to be mediated by lipopolysaccharide singular properties. 11. Colistin induces injuries in lipid bilayers, which can be studied by means of planar black lipid bilayer techniques. Preliminary results showed the ability of colistin to induce transient channels in the bilayers, with some dependence to voltage. 12. Recovery of susceptibility to imipenem is slower than acquision of resistance, since the selective advantage conferred by imipenem resistance in the presence of the antimicrobial is strong whereas OprD expression is likely evolutionarily advantageous only under certain and unknown environmental conditions. / Es van explorar els mecanismes no convencionals de resistència als agents antimicrobians que contribueixen a l’aparició de fenotips multiresistents en els bacteris Gram-negatius Serratia marcescens i Pseudomonas aeruginosa. Es van examinar també els canvis en la susceptibilitat als agents antimicrobians en S. marcescens durant els darrers 50 anys, comparant soques aïllades entre els anys 1945-1950 y soques actuals. ¬Les principals conclusions obtingudes d’aquest estudi són les següents: 1. El resistoma de Serratia marcescens no ha canviat significativament des de l’era pre-antibiòtica fins l’actualitat. 2. La retirada dels antibiòtics tendeix a recuperar els fenotips de susceptibilitat originals, independentment del mecanisme molecular implicat en la resistència. 3. Cap de las soques de Serratia estudiades va presentar integrons ni tampoc ß-lactamases d’espectre estès. 4. La determinació fenotípica de les susceptibilitats de las soques “antigues” de Serratia inactives durant 60 anys ha confirmat els resultats obtinguts mitjançant metagenòmica, és a dir, els gens de resistència als antibiòtics ja existien amb anterioritat al descobriment i ús dels antibiòtics. 5. En les soques clíniques de P. aeruginosa multiresistents es va detectar un integró de classe 1 que contenia el cassette gènic aadB, que codifica l’enzim aminoglicòsid 2’-O- adeniltransferasa, que confereix resistència a gentamicina, tobramicina i kanamicina. 6. Les soques multiresistents de P. aeruginosa van sobreexpressar els sistemes de reflux MexAB-OprM i MexXY-OprM. 7. L’ús de l’inhibidor de bombes de reflux CCCP s’hauria d’evitar als experiments realitzats amb P. aeruginosa i probablement amb altres bacteris de metabolisme aeròbic. 8. El meropenem indueix la formació de llargs bacils aberrants capaços de sobreviure en presència de l’antibiòtic. Aquests bacils acumulen menys antibiòtic que els bacteris normals, i poden revertir a la forma normal quan s’elimina la pressió selectiva. 9. La colistina, la última alternativa terapèutica per lluitar contra P. aeruginosa en pacients amb fibrosis quística, és normalment efectiva, encara que recentment han sorgit casos de resistència a aquest agent antimicrobià. 10. La resistència a colistina sembla estar causada per propietats singulars del lipopolisacàrid. 11. La colistina produeix danys en les membranes lipídiques que poden ser estudiats mitjançant tècniques de Black lipid bilayer. Estudis preliminars van mostrar la capacitat de la colistina para induir canals transitoris en les bicapes lipídiques, amb certa dependència de voltatge. 12. La recuperació de la susceptibilitat a l’imipenem en P. aeruginosa és més lenta que l’adquisició de resistència, donat que l’avantatge selectiva conferida per la resistència a l’imipenem en presència de l’agent antimicrobià és forta, mentre que l’expressió d’ OprD és probablement avantatjosa solament sota certes i desconegudes condicions ambientals. / Se exploraron los mecanismos no convencionales de resistencia a agentes antimicrobianos que contribuyen a la aparición de fenotipos multiresistentes en las bacterias Gram-negativas Serratia marcescens y Pseudomonas aeruginosa. Se examinaron también los cambios en la susceptibilidad a los agentes antimicrobianos en S. marcescens en los últimos 50 años, comparando cepas aisladas entre los años 1945-1950 y cepas actuales. ¬Las principales conclusiones obtenidas de este estudio son las siguientes: 1. El resistoma de Serratia marcescens no ha cambiado significativamente desde la era pre-antibiótica hasta la actualidad. 2. La retirada de los antibióticos tiende a recuperar los fenotipos de susceptibilidad originales, independientemente del mecanismo molecular implicado en la resistencia. 3. Ninguna de las cepas de Serratia estudiadas presentó integrones ni tampoco ß-lactamasas de espectro extendido. 4. La determinación fenotípica de las susceptibilidades de las cepas “antiguas” de Serratia inactivas durante 60 años ha confirmado los resultados obtenidos mediante metagenómica, es decir, los genes de resistencia a los antibióticos ya existían con anterioridad al descubrimiento y uso de los antibióticos. 5. En las cepas clínicas de P. aeruginosa multiresistentes se detectó un integrón de clase 1 que contenía el cassette génico aadB, que codifica la enzima aminoglicósido 2’-O- adeniltransferasa, que confiere resistencia a gentamicina, tobramicina y kanamicina. 6. Las cepas multiresistentes de P. aeruginosa sobreexpresaron los sistemas de reflujo MexAB-OprM y MexXY-OprM. 7. El uso del inhibidor de bombas de reflujo CCCP se debería evitar en los experimentos realizados con P. aeruginosa y probablemente con otras bacterias de metabolismo aeróbico. 8. El meropenem induce la formación de largos bacilos aberrantes capaces de sobrevivir en presencia del antibiótico. Estos bacilos acumulan menos antibiótico que las bacterias normales, y pueden revertir a la forma normal cuando se elimina la presión selectiva. 9. La colistina, la última alternativa terapéutica para luchar contra P. aeruginosa en pacientes con fibrosis quística, es normalmente efectiva, aunque recientemente han surgido casos de resistencia a este agente antimicrobiano. 10. La resistencia a colistina parece estar mediada por propiedades singulares del lipopolisacárido. 11. La colistina produce daños en las membranas lipídicas que pueden ser estudiados mediante técnicas de Black lipid bilayer. Estudios preliminares mostraron la capacidad de la colistina para inducir canales transitorios en las bicapas lipídicas, con cierta dependencia de voltaje. 12. La recuperación de la susceptibilidad al imipenem en P. aeruginosa es más lenta que la adquisición de resistencia, dado que la ventaja selectiva conferida por la resistencia al imipenem en presencia del agente antimicrobiano es fuerte, mientras que la expresión de OprD es probablemente ventajosa sólo bajo ciertas y desconocidas condiciones ambientales.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Science des agroressources : Toulouse, INPT : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 109 réf.

Les nuages sont des systèmes multiphasiques (gaz, liquide, solide) dans lesquels la matière organique dissoute est soumise à de multiples transformations chimiques. Ces transformations en phase aqueuse de l'atmosphère sont supposées être uniquement le fait de processus abiotiques, majoritairement liés aux processus photochimiques et à la réactivité des radicaux libres (*OH, NO3*, HO2*, etc.). De récentes études ont montré la présence de microorganismes (bactéries, champignons dont levures) métaboliquement actifs dans les nuages. Ceci soulève la question de leur activité, en tant que biocatalyseurs dans la transformation des molécules organiques comme alternative aux voies photochimiques. L'objectif de ce travail est d'estimer dans quelle mesure la biomasse active peut impacter la chimie du nuage. Les analyses microbiologiques (ATP, cellules totales et cultivables, identifications taxonomiques) d'échantillons d'eau nuageuse collectés au sommet du puy de Dôme (1465 m) ont été réalisées de 2003 à 2010. Le contenu total en cellules microbiennes dans l'eau nuageuse est en moyenne de l'ordre de 1×105 cellules mL-1 pour les bactéries et de 1×104cellules mL-1 pour les champignons (dont levures). Les mesures de la concentration en ATP indiquent que la majorité des cellules microbiennes de l'eau du nuage est dans un état viable (valeur moyenne: ~ 4×10-6 pmol ATP cellule-1). Afin d'étudier l'influence biocatalytique de ces microorganismes dans le nuage, des solutions d'eau nuageuse naturelles et artificielles ont été incubées en présence de microorganismes et/ou d'irradiation UV (avec ou sans ajout de H2O2). Cela a permis d'évaluer la contribution des processus biocatalytiques et photo-induits (via la production de radicaux hydroxyle *OH) sur les transformations du méthanol, du formaldéhyde et des principaux acides carboxyliques présents dans l'eau nuageuse (acétate, formiate, oxalate, succinate et malonate). Les vitesses de bio- et de photo-transformation de ces composés organiques obtenues dans nos conditions expérimentales sont du même ordre de grandeur (excepté pour l'oxalate). L'acidité du milieu, ainsi que la présence d'irradiation UV et de radicaux *OH, ne semblent pas inhiber l'activité métabolique des microorganismes du nuage ; de plus, la biodégradation du H2O2 présent dans l'eau nuageuse naturelle par sa microflore endogène a également été observée. Cela implique que les microorganismes peuvent modifier le bilan carboné, mais aussi la capacité oxydante au sein de la phase aqueuse du nuage et par conséquent influer sur la chimie atmosphérique.

Les plantes prélèvent des ressources dans leur environnement. Elles sont également exposées à de nombreux signaux, dont des molécules qui modifient profondément leur comportement et leur morphologie. La prédiction des flux de nutriments du sol vers la plante requiert une intégration de la régulation des flux par les signaux qui déterminent la cinétique des adaptations des plantes. Au cours de cette thèse, différentes approches expérimentales et analytiques (split-root, marquage isotopique, analyse racinaire) ont permis d’étudier le couplage signaux-flux dans les interactions entre plantes, microorganismes et vers de terre. Nous avons démontré dans un premier temps, que les vers de terre ont un effet systémique sur la croissance et le développement des plantes (Hordeum Vulgare L. et Oryza sativa L.) et que cet effet est dépendant de l’abondance des vers. Un travail méthodologique d’optimisation du dispositif split-root (séparation des racines d’une même plante entre deux compartiments) nous a permis d’améliorer la survie des plantes (Brachypodium distachyon L.) et leur émission de racines. Ce dispositif a été utilisé pour déterminer l’importance de la présence de turricules et de leur localisation spatiale sur le prélèvement d’azote par la plante. L’absence d’effet observé au cours de cette expérimentation nous a conduits à aborder les mécanismes pouvant survenir en présence de vers selon leur dimension temporelle. Nous avons ainsi démontré qu’une proportion importante de turricules entraîne une adaptation du système racinaire seulement lorsque la plante y est exposée pendant une durée suffisante. Ces résultats sont la première démonstration que la cinétique des différents mécanismes ayant lieu dans les turricules est déterminante pour expliquer l’effet positif des turricules sur la croissance des plantes / Plants take up resources in their environment. They are also exposed to many signals, including molecules that profoundly alter their behavior or morphology. The prediction of the flow of nutrients from the soil to the plant requires an integration of flux regulation by signals which determine the kinetics of plant adaptations. During this thesis, different experimental and analytical approaches (split-root, isotopic labeling, root analysis) allowed us to study the coupling between signals and flows in the interactions between plants, microorganisms and earthworms. We first demonstrated that earthworms have a systemic effect on the growth and development of plants (Hordeum Vulgare L. and Oryza sativa L.) and that this effect is dependent on the abundance of earthworms. A methodological study aiming at optimizing the split-root device (the sharing of roots of a single plant into two compartments) helped us to improve plant (Brachypodium distachyon L.) survival and their emission of roots. This experimental set up was used to determine the importance of the presence of casts and their spatial localization on the N uptake by the plant. The lack of effect observed during this experiment lead us to address the mechanisms that may occur in the presence of worms according to their temporal dynamics. We then demonstrated that an important proportion of casts was responsible for root system adaptation only when the plant was exposed to casts for a sufficient period of time. These results are the first demonstration that the kinetics of the different mechanisms occurring in casts is crucial to explain the positive effect of casts on plants growth

La décomposition des résidus de culture est un processus essentiel en sols de grandes cultures car elle représente la principale source carbone (C) exogène de ces systèmes. Bien que la dégradation des végétaux de diverses quantités et qualités soit bien connue, ses conséquences sur les communautés du sol et sur les fonctions qui en découlent sont moins maîtrisées. Pour mieux comprendre ces effets, nous avons suivi à des étapes clés de la décomposition l’évolution de composantes majeures de la diversité du sol (micro-organismes, nématodes, microarthropodes et macrofaune) en lien avec les principaux flux de C, d’azote (N) et les activités enzymatiques associées pour différentes quantités et qualités de litières. Les expériences ont été menées à différentes échelles spatiales et temporelles (champ, mésocosme et microcosme).La quantité et qualité de litières ont des effets distincts sur les communautés du sol. La quantité de litière impacte les détritivores, et la qualité de litière affecte plus généralement les principaux groupes fonctionnels. La litière labile affecte plus la voie bactérienne et les macro-détritivores en début de décomposition, et la litière récalcitrante la voie fongique et les méso-détritivores en fin de décomposition. Ces évolutions sont reflétées par les dynamiques enzymatiques. Plus spécifiquement, la régulation top-down de la faune (manipulations de L.terrestris et de nématodes) a montré de forts impacts sur les enzymes. De manière similaire, la composition initiale du micro-réseau trophique du sol a fortement conditionné les dynamiques enzymatiques. Au contraire, la minéralisation du C de la litière demeure principalement dictée par sa qualité initiale. Cette thèse démontre l'importance de la gestion des litières sur les fonctions biologiques des sols agricoles. Faire varier la qualité et quantité des litières apparaît comme un levier pour moduler la santé des sols et certains services écosystémiques à long terme. / Crop residues decomposition is an essential process in cultivated lands since it constitutes the main source of organic matter in these systems. Although the underlying mechanisms of residues degradation of varying qualities and quantities are well-known, their consequences on soil biota and the related functions are less understood. To better understand this process, we chose to follow at key steps of decomposition the evolution of major components of soil diversity (microorganisms, nematodes, micro-arthropods and macrofauna), the evolution of litter quality, the main carbon (C) and nitrogen (N) fluxes and enzyme activities associated, for different quantities and qualities of litter added. The experiments were set up at different spatial and temporal scales (field, mesocosm and microcosm experiments) in function of our objectives.Litter quantity and quality have distinct effects on soil biota. Litter quantity influences the detritivores, and litter quality influences more generally the main functional groups. Labile litter impacts more the bacterial energy channel and the macrodetritivores at the first stages of decomposition, and recalcitrant litter impacts more the fungal energy channel and the mesodetritivores at the latter stage of decomposition. These evolutions are mirrored by the enzymatic dynamics. More specifically, fauna top-down regulations (L.terrestris and nematodes manipulations) exhibit high effects on soil enzymes. Similarly, soil micro-food web initial composition drives enzymatic dynamics. Contrastingly, litter C mineralization depends mainly on its initial quality. This PhD shows the importance of litter management on the biological functions of cultivated soils. Varying litter quality and quantity appear as a mean to influence soil health and some ecosystem services on the long term.

La réduction des liaisons azo (N=N) et des fonctions nitro (NO2) chez les bactéries est liée aux azoréductases et nitroréductases, enzymes catalysant ces réactions. Leur répartition homogène permet de les utiliser pour détecter les bactéries. Cette étude vise à confirmer leur intérêt comme marqueurs métaboliques, à optimiser les réactions enzymatiques pour la détection bactérienne et à approfondir la compréhension du lien entre l’activité nitroréductase et la résistance aux nitrofuranes.L’activité enzymatique est dépendante de la quantité d’enzyme, l’hypothèse d’une augmentation de la quantité de protéines pour accroitre l’activité et optimiser la détection des microorganismes a été testée. Le suivi de la transcription de gènes d’intérêt a permis d’observer une induction de leur transcription par des composés activateurs des mécanismes de régulation et certains substrats. L’ajout d’un inducteur transcriptionnel permet donc d’optimiser l’activité envers certains substrats et par conséquent la détection des bactéries. Ces études ont aussi contribué à identifier des liens entre structure moléculaire des substrats et capacité d’induction.La création et la caractérisation de différents mutants ayant des activités nitro- ou azoréductases altérées a permis de cribler de nouveaux substrats synthétiques en vue de leur utilisation dans des applications de diagnostic. Enfin, l’obtention et l’analyse génomique de souches obtenues par mutations aléatoire et ayant une résistance accrue à la nitrofurantoïne a mis en évidence un nouveau mécanisme de résistance, mécanisme qui apparaît également dans des isolats cliniques / Azo bond (N=N) and nitro reduction in bacteria is linked to the catalytic activities of azoreductase and nitoreductase enzymes, respectively. Their ubiquitous distribution enables their use for bacterial detection. This study aims to confirm their potential as metabolic markers, to optimize the enzymatic activities for improved detection and to generally enhance our understanding of azoreductase and nitroreductase activity . Enzymatic activity relies in part on protein quantity, increasing protein amount was tested as a solution for increased activity and improved bacterial detection. For that, the transcription of selected genes was followed in the presence of regulation system activators and substrates. Some of these compounds promoted an overexpression of selected enzymes and led to a better activity toward some substrates. Consequently, increasing the enzyme amount, through over transcription, can enable a better detection of bacteria. This study also contributed to the determination of structural elements required for induction by the substrate.Mutants with lowered azo or nitro reductase activity were constructed and used to screen new synthetic substrates which could be of use for in vitro diagnostic tests. Finally, strains with a high resistance to nitrofurantoin were obtained by random mutagenesis. Their genome analysis provided evidence for a new resistance mechanism, which can also be detected in clinical isolates

Les piles à combustible microbiennes (PACM) permettent la production directe d'électricité par l'oxydation de matière organique ; à l'anode les combustibles organiques sont oxydés grâce à des microorganismes adhérés qui jouent le rôle d'électro-catalyseurs. Utiliser comme combustible la matière organique issue d'effluents ou de déchets des industries agro-alimentaires présente un double bénéfice : la réduction de l'impact environnemental et la génération d'énergie. Le travail réalisé dans le cadre de la thèse comporte trois volets : tout d'abord l'évaluation des combustibles et des sources d'inoculum en termes de capacités électro-catalytiques, ensuite la recherche de conditions opératoires favorisant la génération de courant simultanément à la biodépollution. Ces deux objectifs ont été abordés en conditions électrochimiques bien contrôlées (montages à trois électrodes, contrôle potentiostatique). Le troisième volet a porté sur la validation de ces conditions en configuration de PACM. Trois résidus issus d'industries agro-alimentaires ont été testés comme combustible : des jus de pomme fermentés, des lies du vin et des déchets de laiterie, et deux environnements comme source de micro-organismes électro-actifs : des boues anaérobies et des lixiviats de terreau de jardin. Les études en cellule électrochimique ont révélé les lixiviats de terreau comme la meilleure source de biocatalyseur et les résidus de laiterie comme le meilleur combustible. En conséquence l'amélioration du procédé a été effectuée principalement sur le couple lixiviats de terreau - résidus laitiers. Une acclimatation préliminaire de la microflore des lixiviats de terreau aux déchets de laiterie s'est révélée inutile. Des concentrations élevées des déchets de laiterie ont eu un effet négatif sur la génération de courant, bien qu'une réduction de 90% en demande chimique en oxygène (DCO) ait été atteinte. Le prétraitement de la surface de l'anode par l'adsorption du substrat a permis une augmentation du courant d'un facteur 10 par rapport à une anode non prétraitée. Les tests de températures comprises entre 10°C et 60°C suggèrent l'existence d'une large diversité de microorganismes électro-actifs. Une densité de courant de 1655 mA/m² a été atteinte à 40°C à un potentiel imposé de +0,1V/ECS sur une anode en feutre de graphite prétraitée. Différentes combinaisons « source de biocatalyseur - combustible » ont été évaluées en utilisant une PACM composée de deux compartiments séparés par une membrane échangeuse de protons et équipée d'une anode en feutre de graphite. Les meilleures performances ont été obtenues avec le lixiviat de terreau comme source de micro-organismes électro-actifs et les déchets laitiers comme combustible (92 mW/m2, 636 mA/m2). Ces résultats confirment les résultats obtenus en cellule électrochimique et se situent parmi les meilleurs dans le cadre du développement émergent des PACM pour l'exploitation de déchets bruts. / In the microbial fuel cells (MFC) electricity is produced by the oxidation of organic matter. At the anode the fuel is oxidized by the microorganisms attached to it, they act as catalyst. The use of food and agricultural industry wastes carry out to a double benefit: waste treatment and energy generation. In the present work three aspects are presented: Initially fuels and inoculum sources are evaluated in terms of their electro catalytic activity, thereafter operational parameters are studied to enhance electricity production and waste treatment. These studies are achieved in three electrodes electrochemical cells under potentiostatic control. In the last part, the materials and operational conditions selected are tested in MFC. Three wastes were tested as fuel to MFC: fermented apple juice, wine lees and dairy wastes, with two electroactive inocula: anaerobic sludge and garden compost leachate. The results in electrochemical cells indicated compost leachate and dairy wastes as the best inoculum and fuel respectively. Consequently, most of subsequent experiments were achieved with these materials. Preliminary acclimation procedure of compost leachate microbial flora to dairy wastes fuel proved not to be useful. High concentration of dairy wastes was detrimental to current generation; however the COD removal was 90%. Pre-treatment of electrode by pre-adsorbing dairy waste led to a 10-fold increase in the current density. Results from temperature test (10°C to 60°C) suggest a large diversity of electrochemically active microorganisms coming from compost. A current density of 1655 mA/m² was reached at 40°C with a pre-treated graphite felt anode under polarization at +0,1V vs. ECS. Different mixtures composed by “biocatalyst-combustible” were evaluated in a two chamber membrane microbial fuel cell, with graphite felt anode. The best performance was obtained with compost leachate as biocatalyst and dairy wastes as fuel (92 mW/m² at 636 mA/m² by polarization curve). These results confirmed those obtained in electrochemical cells and they are in the high range of performances reached with this new technology using raw materials.

Les Hydrocarbures Aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants organiques persistants, dont la faible disponibilité dans les sols historiquement contaminés limite leur biodégradation. La capacité des plantes à favoriser l’élimination de ces polluants par l’action des microorganismes associés à leur rhizosphère a été montrée (rhizodégradation). Toutefois les résultats sont variables, suggérant la variabilité spatio-temporelle des processus. Des études à différentes échelles de temps et d’espace, utilisant des microcosmes et des dispositifs in situ ont été menées pour préciser ces phénomènes. L’étude de la variabilité spatiale des HAP et de la diversité bactérienne a été menée au sein de deux rhizosphères contrastées (ray-grass et luzerne), à l’échelle centimétrique après 37 jours de culture sur un sol de friche industrielle. Les résultats ont montré une spatialisation de la teneur en sucre et du pH, de la diversité bactérienne et de l’abondance microbienne, spécifique de l’espèce végétale, mais sans structuration de la teneur en HAP. L’étude de la variabilité temporelle de ces processus a révélé la dissipation en 6 jours des polluants biodisponibles ainsi qu’un effet positif des plantes par rapport au sol nu sur la dissipation des HAP et sur l’expression des gènes de HAP-dioxygénase. Une étude à plus long terme (6 ans) et in situ a montré que le couvert végétal ralentit la dissipation des HAP et influencent fortement la diversité microbienne, tout comme certains paramètres édaphiques. L’ensemble de ces résultats montre l’importance de la biodisponibilité des HAP qui conditionne leur dissipation, et de la dynamique des communautés microbiennes dans la rhizosphère / Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) are persistent organic pollutants in soil, whose degradation in aged-contaminated soil is limited by their low bioavailability. The ability of plants to promote pollutant dissipation through the action of rhizosphere microorganisms has been shown (rhizodegradation). However contrasted results were obtained suggesting spatio-temporal variability of processes. Different experiments, with different time and space scales, using microcosm and field trials were achieved to precise phenomena. Study of spatial variability of PAH and bacterial diversity were done in two-contrasted rhizospheres (ryegrass and alfalfa) at centimeter scale after 37 days of plant growth, on a wasteland aged contaminated soil Results showed spatial structuration of sugar content, pH, bacterial diversity and microbial density, depending on plant species, but no vertical gradient was observed for PAH concentration. Study of temporal variability of processes showed dissipation of bioavailable fraction of pollutant in just 6 days and in comparison with bare soil, a positive impact of plant was shown on PAH dissipation and on expression of PAH dioxygenase genes. A long-term study (over 6 years) in a field trial revealed that plant cover slowed down PAH dissipation and impacted bacterial and fungal diversity as edaphic parameters. All these results underlined the importance of PAH bioavailability for the dissipation process and of spatio-temporal dynamic of microbial community, in the rhizosphere

Des mutants issus de l'instabilité génétique chez Streptomyces ambofaciens appelés Pig-pap ont été caractérisés. L'analyse du chromosome de la souche 29C1 a révélé un nouveau type de réarrangement associé à la production d'un pigment vert. Les mutants Pig-pap dépigmentés et non sporulants sont issus de papilles sur les colonies. L'introduction du gène whiG codant un facteur sigma permet le retour à la sporulation et à la pigmentation. Ce gène n'est pas muté et est transcrit chez ces mutants. Le gène whiH dont la transcription dépend de WhiG n'est pas transcrit. WhiG ne serait pas fonctionnel et une modification post-transcriptionnelle de whiG aboutirait au phénotype Pig-pap. L'analyse de mutants issus d'un transconjugant a montré que le transgène whiG constitue une cible mutationnelle. De plus, la production de ces mutants est augmentée lors d'une carence en acides aminés et un mutant relA ne produit pas de papille, impliquant la réponse stringente dans ce phénomène.