Leptosphaeria maculans est un Dothideomycète phytopathogène capable d’alterner des modes de vie saprophyte, hemibiotrophe endophyte et nécrotrophe durant son cycle infectieux sur le colza. Afin de comprendre cette plasticité infectieuse, une mutagenèse aléatoire à grande échelle par ATMT a permis de générer une collection de 5000 transformants. L’objectif principal de cette thèse était d’exploiter cette collection en prenant avantage de la disponibilité d’outils de génomique, pour, d’une part, comprendre les mécanismes d’intégration de l’ADN-T dans le génome, et d’autre part, identifier des déterminants du pouvoir pathogène ciblés par l’ADN-T dans des mutants affectés dans leur capacité infectieuse. Une analyse systématique de 318 pieds d’insertion a été réalisée dans le but de d’évaluer les caractéristiques de l’insertion de l’ADN-T. Ce dernier est fréquemment inséré dans les régions actives riches en gènes, et favorise des gènes impliqués dans des processus biologiques indicatifs d’une conidie germante. Un biais marqué des insertions en faveur des régions régulatrices est observé ainsi qu’une corrélation entre la densité des insertions et le skew CG près du site d’initiation de la transcription. Ces observations sont cohérentes avec le modèle de ciblage intranucléaire de l’ADN-T. Enfin, l’existence de micro-homologies entre le site de pré-insertion et la bordure gauche de l’ADN-T indique une intégration par voie de recombinaison homologue (HR) et/ou microhomologue (MMEJ). Une approche multicritère a été utilisée pour caractériser cette collection. Un test d’inoculation a permis d’identifier 166 mutants altérés dans leur pouvoir pathogène. La validation génétique de la co-ségrégation entre le phénotype altéré et la présence de l’ADN-T indique que 44% des mutants montrant un déterminisme monogénique de l’altération sont effectivement étiquetés. Parmi les mutants altérés, 35 ont été analysé pour : (i) le phénotype de croissance en conditions usuelles de culture et en réponse aux stress oxydatif, UV et nutritif, (ii) le lien entre altération de la germination et pouvoir pathogène. Les gènes affectés par l’intégration de l’ADN-T, ont été identifié et analysé dans la souche sauvage à l’aide de données de transcriptomique. Ces cribles ont permis de décomposer le phénotype d’altération in planta en plusieurs phénotypes in vitro. Le plus fréquemment, les mutants ne sont pas altérés dans leur in vitro croissance, mais la plupart sont sensibles aux ROS. Les analyses d’expression au cours de l’infection indiquent que les gènes codant pour des effecteurs et ceux impliqués dans la détoxification des ROS, ont des dynamiques d’expression inverses et bi-phasiques, en lien avec le style de vie hemibiotrophe de L. maculans. Les 42 gènes ciblés par l’ADN-T dans ces mutants ont été identifiés et leur fonction putative disséquée par bioinformatique et transcriptomique. Au final, nous avons identifié six mutants d’intérêt pour une caractérisation fonctionnelle. Deux de ceux-ci deux ont atteint un niveau de caractérisation suffisant pour l’émission d’une hypothèse de travail. Dans le mutant µ1165, l’ADN-T cible un gène codant pour une protéine ribosomale S17 (LmRPS17), dont la régulation dépendrait de la voie de signalisation du complex TORC1. Nos résultats préliminaires suggèrent, d’une part, que TORC1 est une cible potentielle de LmRPS17 et, d’autre part, que la phase biotrophe de l’infection chez L. maculans est probablement régulée par TORC1 via l’enzyme de détoxication des ROS SOD2. Dans le mutant µ444, l’ADN-T cible un gène codant pour un élément rétroviral putatif LmHYP1, largement conservé parmi les ascomycètes. Nos résultats suggèrent que LmHYP1 interviendrait dans la régulation de gènes impliqués dans le pouvoir pathogène, via la production de petits ARN interférents issus hypothétiquement du clivage de son ARN messager par la machinerie de défense anti-rétrovirale. La validation de ces deux hypothèses est en cours au laboratoire. / The Dothideomycete phytopathogen Leptosphaeria maculans is capable to alternate saprophytic, hemibiotrophic, endophytic and necrotrophic life styles during a single infectious cycle on its host plant, Brassica napus. However, little is known about the determinants of such plasticity. As part of a large-scale insertional mutagenesis project aiming at the discovery of pathogenicity factors a collection 5000 transformants has been generated by ATMT. The main objective of my PhD was to take advantage of “omics” to extract biological value from L. maculans mutants collection for a better understanding of T-DNA integration features and further identification of pathogenesis determinants in this fungus. A systematic analysis of 318 T-DNA tags was performed in a large collection of transformants in order to evaluate the features of T-DNA integration in its particular TE-rich compartmentalized genome. The T-DNA integration was mainly targeted to gene-rich, transcriptionally active regions, and favored biological processes that are consistent with the physiological status of a germinating conidia. In addition, T-DNA integration was strongly biased towards regulatory regions, and mainly promoters. Consistently with the T-DNA intranuclear targeting model, the density of T-DNA insertion correlated with CG skew near the transcription initiation site. The existence of microhomologies between promoter sequences and the T-DNA LB flanking sequence was also consistent with T-DNA integration to host DNA mediated by homologous recombination and/or the microhomology-mediated end joining pathways. Based on this data, a multi-criteria approach was used to draw the more possible information from this collection by identifying all 166 mutants reliably affected in pathogenicity, and expanding the genetic analysis. Considering single-gene segregation of the pathogenicity phenotype, our data indicate a 44% ratio of actual tagging. In parallel, for a subset of 35 isolates of the collection, we (i) described growth patterns in regular culture conditions or in response to oxidative, UV or starvation stresses, (ii) evaluated the link between altered germination and pathogenicity, (iii) identified and annotated the genes putatively affected by the T-DNA integration, and (iv) analyzed kinetics of expression of these genes in the WT isolate using available microarrays. Our results showed that pathogenicity alteration phenotype could be broken down into a pattern of phenotypes in vitro including growth, germination defect and susceptibilities to oxidative burst, starvation and UV stresses. Our results showed that most of these mutants were not altered in axenic growth but showed enhanced sensitivity to reactive oxygen species (ROS). Furthermore, our results showed that effectors and ROS scavengers have inverted dynamics during plant infection, consistently with the biphasic hemibiotrophic growth of L. maculans. Also, 42 genes targeted by the T-DNA in these mutants were recovered and dissected. This catalogue allowed us to identify a series of promising mutants for further functional studies. Based on this screening, six mutants were subjected to further analyses but only two reached sufficient advance for hypothesis building. In mutant µ1165, the T-DNA targeted a ribosomal protein S17 (LmRPS17), a downstream component of target of rapamycin complex 1 (TORC1) pathway. Our preliminary results suggested that TORC1 is a potential a target of LmRPS17. Also, biotrophic growth is probably tuned by TORC1 via Super oxide dismutase 2 (SOD2). In mutant µ444, the T-DNA targeted a retroviral-like element LmHyp1 widely conserved among ascomycetes. Our results suggest that LmHyp1 probably acts as a regulatory element during plant infection as its cleavage by the antiretroviral defences is hypothesized to generate siRNAs that silences distant genes. Work on these mutants is in progress.

Au sein du clade Splendidus, Vibrio tasmaniensis et Vibrio crassostreae sont deux populations de vibrios virulentes pour l’huître qui ont été associées au syndrome de mortalité des huîtres juvéniles. Nous nous sommes intéressés à la diversité des mécanismes d'interaction entre ces vibrios et leur hôte, l'huître creuse Crassostrea gigas. Dans un premier temps, nous avons précisé le processus de pathogénèse de la souche V. tasmaniensis LGP32 et montré qu’elle possédait une activité cytotoxique sur les cellules immunitaires de l’huître, les hémocytes, qui dépendait de sa phagocytose. Le transcriptome intracellulaire de LGP32 a révélé le rôle important des systèmes antioxydants et de l’efflux du cuivre dans la survie du vibrio à l’intérieur du phagosome. D’un point de vue fonctionnel, nous avons montré que ces mécanismes jouaient un rôle important au cours de la pathogénèse in vivo. Dans un second temps, nous avons réalisé une étude comparative des interactions entre des souches représentatives des deux populations V. tasmaniensis et V. crassostreae et l’huître. Nous avons montré que les souches virulentes des deux populations étaient cytotoxiques pour les hémocytes mais que cette cytotoxicité était indépendante de la phagocytose chez les V. crassostreae, à l’inverse des V. tasmaniensis. Le transcriptome des huîtres a montré que les souches virulentes des deux populations réprimaient l’expression de gènes impliqués dans la réponse antibactérienne. Des réponses spécifiques à chaque souche virulente ont également été identifiées, révélant la diversité des interactions. In vivo, les souches virulentes se sont montrées capables de coloniser les tissus de l'huitre, contrairement aux souches non virulentes contrôlées par les hémocytes. L’ensemble de nos travaux montre que, bien qu’il existe un degré de diversité et de spécificité des interactions entre différents vibrios du clade Splendidus et l’huître, les deux populations virulentes sont cytotoxiques pour les cellules immunitaires, et ce processus est essentiel pour leur succès infectieux. Ainsi, la capacité de dépasser les défenses hémocytaires est un phénotype conservé entre les populations virulentes du clade Splendidus. Les processus évolutifs ayant conduits à l’émergence de ces traits de virulence communs entre populations de vibrios pathogènes différentes méritent d’être explorer. / In the Splendidus clade, Vibrio tasmaniensis and Vibrio crassostreae are two populations of virulent vibrio for oysters that are associated to "juvenile oyster mortality syndrome". Here we were interested in the diversity of interaction mechanisms between the vibrios and their host, the oyster Crassostrea gigas. First, we investigated the pathogenesis process of the strain V. tasmaniensis LGP32 and showed that it exerts a cytotoxic activity against oyster immune cells, the hemocytes, which depend on its entry into the cells through phagocytosis. Transcriptomic analysis of LGP32 response during intracellular stage revealed a crucial role for antioxydant systems and copper efflux in intraphagosomal survival of the bacteria. From a functional point of view, we showed that this virulence mechanisms of LPG32 play a major role in pathogenesis in vivo. Second, we realized a comparative study of the interaction mechanisms between representative strains of the two populations V. tasmaniensis and V. crassostreae with the oyster. Virulent strains from both populations were cytotoxic for hemocytes but this cytotoxicity was independant of phagocytosis in the case of V. crassostreae, in contrary to V. tasmaniensis. Transcriptomic analysis of the oyster responses during infection showed that virulent strains of both populations repressed the expression of genes involved in antibacterial responses. However, some pecific responses were also identified for each virulent strain, highlighting some diversity of interactions. In vivo, virulent strains were able to colonize oyster tissues, in contrary to non-virulent strains, which were controlled by hemocytes. Our work show, although a certain degree of diversity and specificity exist in the interactions between different vibrios of the Splendidus clade and oysters, both virulent populations are cytotoxic for immune cells, and this process is essential for their infectious success. Thus, the capacity to overcome the hemocyte defenses is a conserved phenotype between distinct virulent populations of vibrios from the Splendidus clade. Hence, it would be of particular interest to determine the evolutionary processes that drove the emergence of common virulence traits in distinct populations of pathogens.

La muqueuse des patients atteints de cancer colorectal (CCR) est anormalement colonisée par des souches d’Escherichia coli porteuses de l’îlot pathogène pks (E. coli/pks+), responsable de la synthèse de la génotoxine colibactine. Les E. coli/pks+ induisent des cassures double brin de l’ADN, l’accumulation d’aberrations chromosomiques ainsi que la sénescence, et favorisent le développement tumoral dans des modèles murins de CCR. L’autophagie est un processus des cellules eucaryotes qui permet la dégradation d’éléments cytoplasmiques par les lysosomes et est activé pour permettre l’adaptation des cellules en réponse à un stress. Un dysfonctionnement de l’autophagie est associé à plusieurs pathologies humaines, notamment les cancers. L’objectif de ce travail de thèse était d’étudier le rôle de l’autophagie dans la défense de l’hôte suite à l’infection par les E. coli/pks+. Nous avons montré une augmentation de l’expression des gènes de l’autophagie dans la muqueuse colique des patients atteints de CCR colonisée par des E. coli/pks+ comparativement à celle colonisée par des E. coli ne portant pas l’îlot pks. L’infection des cellules épithéliales intestinales humaines HCT-116 par des souches d’E. coli isolées de patients atteints de CCR entraîne l’activation de l’autophagie de façon dépendante de la présence de l’îlot pks. Les cellules déficientes pour l’autophagie présentent une augmentation des dommages à l’ADN induits par les E. coli/pks+, associée à un défaut de recrutement au niveau du noyau de la protéine de réparation des dommages à l’ADN, RAD51, ainsi qu’une augmentation de la sénescence et de la prolifération cellulaire induites par ces souches. Dans un modèle murin de CCR, le modèle de souris Apc Min/+ , déficient pour le gène de l’autophagie Atg16l1 spécifiquement dans les cellules épithéliales intestinales, nous avons montré un rôle complexe de l’autophagie dans la carcinogenèse colorectale. En effet, en condition non infectée, chez les souris Apc Min/+ , l’autophagie joue un rôle pro-tumoral. Cependant, suite à l’infection par la souche d’E. coli/pks+, 11G5, les souris déficientes pour l’autophagie présentent une augmentation de la tumorigénèse, accompagnée par une augmentation des dommages à l’ADN, de la prolifération cellulaire et de l’inflammation. Ces résultats suggèrent que l’autophagie est nécessaire pour inhiber les effets pro-tumoraux des souches d’E. coli/pks+ et ainsi limiter la carcinogenèse colorectale induite par ces dernières. De nombreuses perspectives d’études sur les mécanismes sous-jacents impliqués dans la progression tumorale induite par les souches d’E. coli/pks+ feront suite à ce projet. Notamment, l’impact du microenvironnement immunitaire et du microbiote sur la carcinogenèse colorectale seront analysés. Plus largement, cette étude permettra de mieux comprendre le rôle de l’autophagie dans la défense de l’hôte pour lutter contre les E. coli associés au CCR. À plus long terme, ce travail pourrait également contribuer au développement de nouvelles stratégies thérapeutiques basées sur la modulation de l’autophagie chez les patients présentant une colonisation par les souches d’E. coli/pks+. / Several studies have shown a role of intestinal microbiota in CRC etiology, which is the third cause of death by cancer in the world. Especially, colonic mucosa of CRC patient is abnormally colonized with E. coli strains which often carry the pathogenic pks island, leading to the synthesis of a genotoxin called by colibactin. Colibactin-producing E. coli strains induce DNA double strand breaks, chromosomic aberration and senescence in host cells enhancing the cellular proliferation and tumorigenesis in mouse models of CRC. The aim of this study is to investigate the role of autophagy, a key process in cellular homeostasis, in host defense against infection by pks-harboring E. coli (E. coli/pks+). We showed the increased expression of different autophagy-related genes in the mucosa of CRC patients colonized with E. coli/pks+ compared to that of patients colonized with E. coli without the pks island. In vitro and in vivo, we showed that autophagy is activated in intestinal epithelial cells upon infection in order to limit the pro-tumoral effects of E. coli/pks+. In a murine model of CRC, the ApcMin/+ mouse model, deficient for the Atg16l1 autophagy gene specifically in intestinal epithelial cells, we have shown a complex role of autophagy in colorectal carcinogenesis. Indeed, in uninfected conditions, autophagy plays a pro-tumoral role. However, following infection with the E. coli/pks+ 11G5 strain, mice deficient for autophagy exhibit increased tumorigenesis, accompanied by increased DNA damage, cell proliferation, and inflammation. These results suggest that autophagy is necessary to inhibit the pro-tumoral effects of E. coli/pks+ strains and thus limit the colorectal carcinogenesis induced by the latter. Future works using mouse models of CRC are required to study the role of autophagy in colonic tumorigenesis suppression following infection with E. coli/pks+. Different mechanism such as inhibition of cellular proliferation and immune response, modification of the composition of the gut microbiota will be analyzed. Together, those results will highlight the role of autophagy as a host defense mechanism against the pro-tumoral effects of pks-harboring E. coli strains. This work could also open the door to new therapeutic options in the treatment of CRC and therefore have a great impact on public health.

Le complexe Burkholderia cepacia (Bcc) englobe 17 espèces retrouvées dans les infections pulmonaires d'individus atteints de mucoviscidose. Les bactéries de ce complexe sont présentes dans les sols, la rhizosphère de grandes cultures, les eaux usées et peuvent également être rencontrées dans le cadre d'infections nosocomiales. En France, les espèces B. multivorans et B. cenocepacia (Bcen) sont les espèces majoritaires au niveau des infections de patients atteints de mucoviscidose. Divers clones épidémiques ont été décrits au sein de l'espèce Bcen dont le clone ET12 associé au "syndrome cepacia". En 2004, une épidémie nosocomiale impliquant un clone du Bcc est survenue dans un hôpital de l'Ain. Durant ce travail, l'origine de ce clone (B&B), sa classification au sein du Bcc et certains phénomènes génétiques liés à son émergence ont été étudiés. Cela a permis d'identifier ce clone comme appartenant à l'espèce Bcen et une forte proximité de celui-ci avec la lignée ET12. L'étude des facteurs transcriptionnels de la famille σ70 au sein du Bcc a mis en évidence une structure génétique similaire entre la lignée ET12 et ce clone, mais différente de celle observée chez les autres espèces du Bcc. L'analyse d'éléments génétiques répétés de la famille des séquences d'insertion (IS) a cependant permis d'observer une organisation génomique distincte de la lignée ET12. Celle-ci a été reliée à des phénomènes d'instabilité génétique notamment à des phénomènes d'acquisition d'éléments génétiques mobiles de type îlot génomique. L'ensemble de ce travail a permis de caractériser un ensemble de phénomènes génétiques pouvant expliquer l'émergence de clones épidémiques tels que le clone B&B.

Darwin a révélé au monde que les espèces vivantes ne cessent jamais d'évoluer, mais les mécanismes moléculaires de cette évolution restent le sujet de recherches intenses. La biologie systémique propose que les relations entre génotype, environnement et phénotype soient sous-tendues par un ensemble de réseaux moléculaires dynamiques au sein de la cellule, mais l'organisation de ces réseaux demeure mystérieuse. En combinant des concepts établis en biologie évolutive et systémique avec la cartographie d'interactions protéiques et l'étude des méthodologies d'annotation de génomes, j'ai développé de nouvelles approches bioinformatiques qui ont en partie dévoilé la composition et l'organisation des systèmes cellulaires de trois organismes eucaryotes : la levure de boulanger, le nématode Caenorhabditis elegans et la plante Arabidopsis thaliana. L'analyse de ces systèmes m'a conduit à proposer des hypothèses sur les principes évolutifs des systèmes biologiques. En premier lieu, je propose une théorie selon laquelle la traduction fortuite de régions intergéniques produirait des peptides sur lesquels la sélection naturelle agirait pour aboutir occasionnellement à la création de protéines de novo. De plus, je montre que l'évolution de protéines apparues par duplication de gènes est corrélée avec celle de leurs profils d'interactions. Enfin, j'ai mis en évidence des signatures de la co-évolution ancestrale hôte-pathogène dans l'organisation topologique du réseau d'interactions entre protéines de l'hôte. Mes travaux confortent l'hypothèse que les systèmes moléculaires évoluent, eux aussi, de manière darwinienne.

Une consommation élevée de sel a été associée à beaucoup de maladies et à un risque accru de décès. Plusieurs mécanismes sous-jacents, y compris le stress oxydatif, ont été étudiés. Mais la salinité dans l'intestin et l'altération possiblement associée de son microbiote, récemment identifiées comme un symbiote critique de la santé et de la maladie, n'ont pas encore été explorées chez l'homme. En testant 1334 prélèvements de selles, nous avons montré qu'une salinité élevée était associée à une diminution de la diversité globale et à l'émergence de populations microbiennes halophiles dans l'intestin. La salinité fécale était associée au régime alimentaire salé et à l'obésité, conformément aux données épidémiologiques. Aucun procaryote halophile n’a été cultivé en dessous d'un seuil de salinité fécale de 1,5 %. Au-delà de ce seuil, nous avons découvert une diversité inattendue de microbiote halophile humain dont la richesse était corrélée avec les concentrations de sel; 64 espèces différentes ont été isolées, dont 21 nouvelles espèces et 43 espèces connues dans l'environnement mais non chez les humains. Trois procaryotes extrêmement halophiles ont été isolés, dont deux Archaea appartenant au genre Haloferax, avec une nouvelle espèce Haloferax massiliensis, et un nouveau genre bactérien, Halophilibacterium massiliense. D'autres études devraient spécifier les facteurs qui conduisent à la salinité intestinale et préciser si les altérations de microbiota intestinal associées à des niveaux élevés de sel peuvent être liées à des causes humaines / High salt intake has been linked with many diseases and an increased risk of death. Several underlying mechanisms, including oxidative stress, have been investigated, but salinity in human gut and the possible associated alteration of its microbiota recently identified as a critical symbiote of health and disease, have not yet been investigated in humans. Here, by testing 1,334 stools, we have shown that high salinity is associated with a decrease in overall diversity but the emergence of halophilic microbial populations in the intestine. Fecal salinity was associated with saline diet and obesity, according to epidemiological data. No halophilic prokaryote can be grown below a fecal salinity threshold of 1.5%. Beyond this threshold, we discovered an unexpected diversity of human cultured halophilic microbiota whose richness was correlated with salt concentrations; 64 different species were isolated, including 21 new unknown species and 43 known species in the environment but not in humans. Three extremely halophilic prokaryotes were isolated, including two Archaea belonging to the genus Haloferax, with a new species Haloferax massiliensis, and a new bacterial genus, Halophilibacteriums massiliense. Further studies should specify the factors driving gut salinity, and clarify if the gut microbiota alterations associated with high salt levels could be causally related to human diseas

La détection et l’identification de micro-organismes pathogènes est un réel enjeu de santé public tant au niveau alimentaire, que clinique ou d’intérêt national tel qu’illustré en biodéfense. Dans tous ces domaines, il est important d‘avoir des méthodes d’identification et de détection qui soient à la fois rapide, sensible et robuste. Cette thèse a pour objectif de contribuer au développement d’une approche rapide d’identification de micro-organismes sans a priori par spectrométrie de masse en tandem. Cette approche innovante, appelée phylopeptidomique, repose sur l’alliance de la peptidomique, i.e. analyse à large échelle des peptides provenant de la digestion enzymatique d’un échantillon biologique, et de la phylogénie des organismes cellulaires. Après extraction des protéines présentes dans l’échantillon à ausculter, des peptides sont générés et analysés par spectrométrie de masse en tandem. La déconvolution des signaux MS/MS à l’aide du logiciel « µOrg.ID » développé en propre au laboratoire permet d’identifier et quantifier les organismes présents dans l’échantillon en fonction des organismes indexés dans les bases de données. L’étude du protéome de Bacillus atrophaeus, agent simulant de l’anthrax, sous forme sporulée et végétative a permis d’illustrer une méthode d’identification de biomarqueurs protéiques permettant de déterminer le ratio entre les deux formes dans un échantillon. La limite de détection de la phylopeptidomique dans des échantillons purs et des échantillons en mélange équimolaire a été établie sur des bactéries modèles d’intérêts médical et environnemental. La limite de détection de spores de Bacillus atrophaeus en présence de 14 matrices interférentes (alimentaires, environnementales et autres) a permis de mettre en évidence les avantages et limitations de l’approche. Enfin, un mélange artificiel standardisé de 24 organismes a été développé afin d’évaluer les outils de bio-informatique en métaprotéomique. / The detection and identification of pathogenic microorganisms is a real public health issue for the food industry and the clinics or national interest as illustrated in the biodefense field. Thus, it is important to have identification and detection methods that are fast, sensitive and robust. This PhD thesis aims at contributing to the development of a rapid approach to identify microorganisms without any a priori by tandem mass spectrometry. This innovative approach, called phylopeptidomics, is based on the combination of peptidomics, i.e. large scale analysis of peptides derived from the enzymatic digestion of a biological sample, and the phylogeny of cellular organisms. After extraction of the proteins from the sample of interest, peptides are generated and analyzed by tandem mass spectrometry. The deconvolution of MS/MS signals using the "μOrg.ID" software developed in the laboratory enables the identification and quantification of organisms present in the sample according to the organisms indexed in generalist databases. The study of the proteome of Bacillus atrophaeus, a simulant agent of anthrax, in sporulated and vegetative form, has provided an illustration of a new method of identification of protein biomarkers, which allows determining the ratio between both forms. The limit of detection of phylopeptidomics in pure samples and equimolar mixtures was established with model bacteria of medical and environmental interests. The limit of detection of B. atrophaeus spores in the presence of 14 interfering matrices (food, environmental and others) has highlighted the advantages and limitations of the approach. Finally, a standardized artificial mixture of 24 organisms was developed in order to evaluate bioinformatics tools in metaproteomics.

Nous avons adapté avec succès un protocole de transformation médiée par PEG pour D. coniospora. En collaboration avec le ccdB et la méthode de construction de plasmide à base de Gibson, nous avons établi un système pour manipuler génétiquement ce champignon qui sert comme un outil important pour l'hôte-pathogène étude d'interaction. Nous avons identifié le mode de vie pathogène spécifique de D. coniospora sur la base de sa séquence génomique. analyse génomique comparative a révélé une liste des effecteurs fongiques potentiels qui se livrent à l'immunité de l'hôte, par exemple SAPA (G3895). Nous avons également construit une souche rapporteuse pour SAPA et identifié sa cible hôte SPP-5, un peptide antimicrobien. Notre étude se concentrant particulièrement sur l'agent pathogène fournit un aperçu de l'interaction hôte-pathogène entre C. elegans et D. coniospora.En dépit de la génération réussie de 5 D. coniospora souches transgéniques. Néanmoins, les problèmes qui subsistent, tels que le transfert multiple lors de protoplastes préparation et la croissance lente de D. coniospora après transformation doivent encore être résolus. L'une des solutions est de remplacer le moyen général avec un milieu qui ressemble à l'environnement hôte. / We have successfully adapted a PEG-mediated transformation protocol for D. coniospora. Together with the ccdB and Gibson based plasmid construction method, we established a system to genetically manipulate this fungus which serves as an important tool for host-pathogen interaction study. We identified the specific pathogenic lifestyle of D. coniospora based on its genomic sequence. Comparative genomic analysis revealed a list of potential fungal effectors which engage with the host immunity, for instance SapA (G3895). We further constructed a reporter strain for SapA and identified its host target SPP-5, an antimicrobial peptide. Our study focusing particularly on the pathogen provides an insight for the host-pathogen interaction between C. elegans and D. coniospora. Despite the successful generation of 5 D. coniospora transgenic strains. Nevertheless, the remaining problems such as multiple transferring during protoplasts preparation and slow growth of D. coniospora after transformation still need to be resolved. One of the solutions is to substitute the general medium with a medium resembling the host environment.We show that D. coniospora SapA protein interacts with worm immune effector, SPP-5 in vitro indicating its potential role to suppress the host immunity. Due to the fact that SapA is also highly expressed at the late stage of infection, we cannot rule out the other possible functions of this protein. We could employ Mass spectrometry technique to identify other host proteins which interact with SapA in vivo.

Le genre Aeromonas regroupe des bactéries ubiquitaires vivant essentiellement dans les environnements hydriques. Ces pathogènes opportunistes de l’homme et de nombreux animaux possèdent un large répertoire de facteurs associés à la virulence. Bien que des pathotypes aient été proposés et que certaines espèces semblent plus fréquemment isolées en clinique humaine et vétérinaire, leur pouvoir pathogène demeure mal compris, notamment en raison du faible nombre d’études fonctionnelles et du manque d’investigations tenant compte de la diversité génétique et de la complexité des comportements biologiques du genre Aeromonas.Nous avons émis l’hypothèse que chez un pathogène opportuniste d’origine environnementale aussi polyvalent et ubiquitaire qu’Aeromonas, la structuration en complexes d’espèces avec une remarquable diversité génétique/génomique des populations, le polymorphisme des facteurs de virulence et les interactions au sein de communautés « pathogènes » puissent être des facteurs d’adaptation au comportement pathogène. Afin de vérifier cette hypothèse, nous avons étudié i) la diversification au sein d’un complexe d’espèces, « A. media », utilisé comme modèle au moyen d’une étude de population intégrant la génétique et la phylogénie multilocus, les mécanismes d’évolution, la génomique comparative mais également les données phénotypiques, de modes de vie et d’habitats et, ii) la patho-génomique de facteurs de virulence reconnus (aérolysine, entérotoxines thermostable et thermolabile, exotoxine A, protéase à sérine, composants et effecteurs du système de sécrétion de type III, et flagelline latérale) pour une population représentative de la diversité des espèces actuellement connue dans le genre (30 espèces) et iii) le comportement pathogène in vivo (modèle Caenorhabditis elegans) et in vitro (cytotoxicité et cytoadhésion, production de biofilm, motilité) et la signalisation intercellulaire (quorum-sensing de type I) à l’échelle de populations impliquées dans les aéromonoses mixtes (5% des aéromonoses humaines) définies par l’isolement d’au moins 2 clones distincts d’Aeromonas.Le phénomène de spéciation décrit avec l’exemple du complexe A. media, agrégeant 3 espèces génomiques, démontre qu’Aeromonas possède une structure de population en complexes d’espèces dont la diversité génétique et génomique ainsi que les modes d’évolution (mutations et recombinaisons) révèlent divers potentiels adaptatifs et patho-adaptatifs associés à l’émergence de lignées. Au sein du complexe A. media, l’espèce A. rivipollensis semble plus adaptée à un mode de vie associé à des hôtes et possède des gènes spécifiques de résistance à des stress environnementaux. Aeromonas possède de nombreux facteurs de virulence présentant diverses histoires évolutives. Certains montrent une phylogénie dépendante de l’évolution du core-génome, suggérant l’implication de ces gènes dans des processus de spéciation en relation avec l’adaptation à diverses niches. L’étude des performances de PCRs de virulence a révélé des insuffisances majeures dans la sensibilité des méthodes évaluées principalement liées au polymorphisme génétique des facteurs de virulence. Nous avons également montré que des populations mixtes d’Aeromonas isolées d’échantillons cliniques pouvaient modifier le déroulement de l’infection en modèles in vivo et in vitro probablement par mécanisme de coopération ou de compétition avec mise en jeu de signaux de communication cellule-cellule.L’importante complexité d’Aeromonas retrouvée à travers la structure de population, le polymorphisme des facteurs de virulence et les comportements de multicellularité sont autant de facteurs potentiels d’adaptation au comportement infectieux qui permettent d’expliquer au moins en partie les difficultés rencontrées dans l’élucidation de pouvoir pathogène de ces bactéries. / Aeromonas groups ubiquitous bacteria mainly living in aquatic environments. These opportunistic pathogens for human and numerous animals have a large repertoire of virulence-associated factors. Although pathotypes were proposed and despite some species are more frequently isolated in human and animal infections, their pathogenicity is still poorly understood, mostly because very few comprehensive functional studies are available and because investigations taking into account the genetic diversity and the biological complexity within the genus are lacking.We assumed that for an opportunistic bacterial pathogen of environmental origin as versatile and ubiquitous as Aeromonas, the population structure in complex of species, the outstanding genetic/genomic diversity, the polymorphism of virulence factors and the interactions within pathogenic populations can act as factors driving the adaptation to a pathogenic behaviour. To test this hypothesis, we studied i) the diversification within “A. media”, a complex of species used as a model by a population study that included multilocus genetics, phylogenetics, evolutionary features, comparative genomics, as well as phenotypics, lifestyle and habitat ii) the patho-genomics of well-known virulence factors in aeromonads (aerolysin, thermolabile and thermostable enterotoxins, exotoxin A, serine protease, components and effectors of type III secretion system, and lateral flagellin) in a population that is representative of the known taxonomic diversity in the genus (30 species) and iii) the pathogenic behaviour using an in vivo model (Caenorhabditis elegans), an in vitro model (cytotoxicity, cytoadhesion, biofilm production, motility), and intercellular signals production (type I quorum-sensing) for populations involved in mixed aeromonosis, i.e. 5% of human aeromonosis defined by the isolation of at least 2 distinct clones.The phenomenon of speciation described in the complex “A. media” that aggregates 3 genomic species demonstrates that Aeromonas harbours a population structured in complexes of closely related species whose genetic and genomic diversity, as well as evolution mode (mutations and recombinations) reveal a wide adaptative and patho-adaptative potential linked to lineage emergence. Among the complex “A. media”, the species A. rivipollensis seems to be more adapted to a host-associated lifestyle and harbours specific genes for the resistance to environmental stress. Aeromonas has a wide range of virulence-associated genes, which presented diverse evolutive history. Some of them display a phylogeny linked to the core-genome evolution. These results suggest that these genes are involved in speciation processes probably related to niches adaptation. The evaluation of performances of virulence PCRs revealed major lacks of sensitivity of tested methods mainly due to the genetic polymorphism of the virulence factors. By using in vivo models and in vitro models, we also showed that Aeromonas mixed populations recovered from clinical samples could change the course of infection, likely through a cooperative or competitive mechanism that involves cell-to-cell signalling.The high complexity of Aeromonas results from its population structure, virulence factors polymorphism and multicellular behaviours. They are all putative adaptation factors to a pathogenic behaviour that may explain at least partially the difficulties encountered to elucidate pathogenicity of these bacteria.

Des souches de Vibrio appartenant au clade Splendidus sont retrouvées de manière récurrente lors des mortalités estivales d’huîtres juvéniles. La souche V. tasmaniensis LGP32 est un pathogène intracellulaire facultatif des hémocytes d’huître, dont elle altère les fonctions de défense. Nous nous intéressons ici aux interactions entre les phagocytes et V. tasmaniensis LGP32, à diverses échelles (moléculaire, cellulaire et environnementale). Dans une première partie, nous avons découvert un mécanisme antimicrobien, encore inconnu chez C. gigas : la formation de pièges d'ADN extracellulaire (ETs). Ces ETs sont associés à des histones antimicrobiennes et sont capables de piéger des bactéries. Comme chez les vertébrés, la formation de ces ETs est dépendante de la production d'espèces réactives de l'oxygène. De plus, la présence de ces ETs a été confirmée in vivo et a été associée à une accumulation d'histones antimicrobiennes dans les tissus, suite à une blessure ou à une infection. Dans une seconde partie,nous avons étudié les interactions entre V. tasmaniensis LGP32 et des protistes hétérotrophes présents dans l’environnement des huîtres, tels que les amibes et les ciliés, qui se nourrissent de micro-organismes par phagocytose. Un résultat important de cette thèse a été de montrer que V. tasmaniensis LGP32 résiste également à la phagocytose des protistes hétérotrophes environnementaux, de manière intracellulaire. C'est à notre connaissance la première fois que les mécanismes d’interaction entre des bactéries pathogènes d'origine marine et des amibes marines sont décrits. Les amibes que nous avons isolées étant présentes dans l'environnement direct des huîtres, nous pouvons donc supposer que la pression de sélection exercée par les phagocytes environnementaux pourrait favoriser l’émergence de traits de virulence et/ou de résistance à la phagocytose parmi les bactéries marines, comme c’est le cas pour V. tasmaniensis LGP32. / Vibrio strains belonging to the Splendidus clade have been repeatedly found in juvenile diseased oysters affected by summer mortalities. V. tasmaniensis LGP32 is an intracellular pathogen of oyster hemocytes which has been reported to alter the oxidative burst and inhibit phagosome maturation.We here focus on the interactions between phagocytes and V. tasmaniensis LGP32, at molecular, cellular and environmental scales. In the first part of this work, we uncover anunknown antimicrobial mechanism of C. gigas hemocytes: the formation of DNA extracellular traps (ETs). These ETs are associated with antimicrobial histones and are able to entrap bacteria. As in vertebrates, ETs formation depends on reactive oxygen species production. In addition, the presence of ETs was confirmed in vivo and has been associated with antimicrobial histones accumulation in tissues, in response to injury or infection. In the second part of this work, we studied the interactions between V. tasmaniensis LGP32 and heterotrophic protists found in the oyster’s environment, such as amoebae and ciliates, which feed on microorganisms by phagocytosis. An important result of this workwas that V. tasmaniensis LGP32 resists to phagocytosis by environmental heterotrophic protists, as well as to oyster hemocytes. To our knowledge, this is the first mechanical description of an interaction between marine amoebae and marine pathogenic bacteria. As the amoebae were isolated from the direct environment of oysters, we can presume that the selective pressure exerted by environmental phagocytes could select for virulence and/or phagocytosis resistance traits in marine bacteria as in the case of V. tasmaniensis LGP32.