Le virus de la grippe infecte les muqueuses du tractus respiratoire. Un vaccin intranasal induit une réponse immunitaire proche de celle faisant suite à une infection naturelle en bloquant le virus directement sur le site de l'infection et permet une vaccination sans aiguille. Par ailleurs, les vaccins à base de pseudo-particules virales ou Virus-like Particles (VLP) produites sur cellules représentent une alternative intéressante au vaccin classique produit sur oeufs. Les VLP sont des particules non-réplicatives qui ressemblent au virus et qui peuvent être immunogènes même sans adjuvant, en particulier par voie intranasale. Au cours de ma thèse, une plateforme de production de VLP grippales composées d'hémagglutinine, de neuraminidase et de protéine de matrice M1 a été développée par transfection transitoire des cellules de mammifères. Des immunisations de souris BALB/c ont montré que les VLP de type A et B, purifiées et caractérisées, étaient immunogènes à de faibles doses par voie intramusculaire. L'administration par voie intranasale de VLP avec la sous-unité B de la toxine cholérique, comme adjuvant muqueux, a permis d'obtenir des taux d'anticorps sériques comparables à ceux obtenus par immunisation en intramusculaire mais également une forte réponse IgA au niveau des muqueuses. Par ailleurs, le rendement des VLP s'est révélé souche-dépendant et lié aux protéines HA et NA à la surface de la particule. Pour contourner ce problème, un vaccin quadrivalent composé de deux VLP bivalentes exprimant chacune deux HA et NA différentes à la surface a été produit montrant ainsi la flexibilité de cette plateforme / The influenza virus infects the mucous membranes of the respiratory tract. An intranasal vaccine induces an immune response close to the one induced by the natural infection by blocking the virus directly at the site of infection and allows needle-free vaccination. In addition, vaccines based on Virus-like Particles (VLP) produced in cells represent an interesting alternative to the traditional egg-based vaccine. VLPs are non-replicative particles that mimic the virus. Studies on influenza VLPs have shown protection by the intranasal route without adding an adjuvant. During my thesis, a platform for the production of influenza VLPs composed of the hemagglutinin, the neuraminidase and the M1 matrix proteins was developed by transient transfection of mammalian cells. Immunizations of BALB/c mice showed that the purified and characterized type A and B VLPs were immunogenic at low doses by the intramuscular route. The intranasal administration of VLPs with the B subunit of cholera toxin as a mucosal adjuvant resulted in serum antibody levels comparable to those obtained by intramuscular immunization but also a strong IgA response in the mucosal secretions. In addition, VLP yield was found to be strain-dependent and linked to the HA and NA proteins on the surface of the particle. To overcome this problem, a quadrivalent vaccine based on two bivalent VLPs each expressing two different HAs and NAs at the surface was produced, demonstrating the flexibility of this platform

Les virus bactériens (bactériophages), durant leur co-évolution avec les bactéries, ont su trouver de nombreuses voies pour détourner les machineries cellulaires dans le but de se multiplier efficacement. L’infection par le phage dès son entrée dans le cytoplasme est un bouleversement pour la bactérie en termes de ressources monopolisées à ses dépens et probablement de restructuration de l’espace cytoplasmique. Dans ce travail de thèse, l’impact de l’infection de la bactérie Gram-positive Bacillus subtilis par le bactériophage SPP1 a été étudié.La réplication de l’ADN est initiée par des protéines précoces virales. Elle mène au chargement de l’hélicase virale gp40 sur l’origine de réplication de SPP1 dont les brins d’ADN ont été ouverts par la protéine de liaison à l’origine, gp38. Le réplisome bactérien est ensuite recruté de manière massive au sein de l’usine de réplication formant un foyer défini dans le cytoplasme bactérien. L’interaction de gp40 avec les protéines cellulaires DnaX et DnaG assure fort probablement le recrutement du complexe cellulaire au foyer de réplication. La quantité d’ADN viral synthétisée représente presque 500 copies d’ADN viral par bactérie après 30 minutes d’infection, ce qui est équivalent à la taille de 5 génomes de B. subtilis. Des études de FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching) montrent que l’usine de réplication est très dynamique. Ce comportement est inhibé par la présence de HPUra montrant qu’il dépend de la présence d’un réplisome actif.Les concatémères résultant de la réplication de l’ADN viral sont le substrat pour l’encapsidation du génome de SPP1 dans des procapsides préformées. La maturation de ces procapsides en particules virales infectieuses suit une voie d’assemblage spécifique. Deux protéines rapportrices de différentes étapes de cette voie ont été suivies : la protéine d’échafaudage gp11, présente à l’intérieur de la procapside avant encapsidation de l’ADN, et la protéine auxiliaire gp12, qui se fixe à la surface de la capside pendant l’encapsidation. Les procapsides colocalisent partiellement avec l’usine de réplication du génome viral. Après encapsidation de l’ADN, les capsides vont s’accumuler dans des foyers de stockage qui ont une localisation indépendante du foyer de réplication. Cette organisation est également observée dans des bactéries très allongées où deux régions de stockage sont retrouvées situées de part et d’autre de l’usine de réplication mais éloignées des pôles cellulaires. La microscopie électronique combinée à des immuno-marquages révèlent que cette compartimentation corrèle avec une réorganisation majeure de l’ultrastructure du cytoplasme bactérien.L’assemblage et la dynamique des foyers viraux dans la bactérie ont été suivis pendant toute la durée du cycle viral dans un système de microfluidique. Elle montre que les étapes de réplication de l’ADN viral et la formation de la particule du phage sont des processus compartimentés dans le cytoplasme de la bactérie tant spatialement que temporellement. Bien que la croissance cellulaire soit retardée, les bactéries continuent de s’allonger et de se diviser pendant l’infection par SPP1. Le virus exploite donc de manière efficace les machineries cellulaires et l’architecture de la bactérie pour une multiplication optimale. Ces stratégies sont probablement utilisées par de nombreux phages pour remodeler la cellule bactérienne à leur avantage. / During the co-evolution of viruses and cells, viruses exploited numerous ways to hijack cell machineries for their optimal multiplication and dissemination. Phage infection is a major challenge to bacteria, exploiting extensively cellular biosynthetic ressources and possibly re-organizing the cytoplasm space. The work in this thesis investigated the cellular impact of infection by SPP1, a well-characterized model tailed bacteriophage that infects the Gram-positive bacterium Bacillus subtilis.Viral DNA replication is initiated by early phage proteins whose activity culminates in loading of the SPP1 helicase gp40 at the melted phage origin of replication. The bacterial replisome is then massively recruited to the phage replication factory that is localized at a defined position of the cytoplasm. The interaction of gp40 with its two cellular partners DnaX and DnaG mediates most likely the hijacking of the B. subtilis replication machinery. More than 500 copies of the viral genome are synthesized within 30 minutes after initiation of infection, which is roughly the equivalent to five B. subtilis genomes. FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching) experiments showed that the viral DNA factory is highly dynamic, a behavior that depends on active DNA replication.The concatemers resulting from DNA replication are the substrate for encapsidation of the SPP1 genome into preformed procapsids. Maturation of procapsids to infectious viral particles follows a defined pathway. The SPP1 scaffolding protein gp11, that occupies the interior of the procapsid before DNA packaging, and gp12, that binds to capsids during DNA packaging, were followed to dissect the steps of this process. Procapsids partially co-localize with DNA replication factories. After packaging the DNA-filled capsids fully segregate to spatially distinct warehouses where viral particles accumulate. Recruitment of SPP1 proteins to these compartments recapitulates the sequential order of their assembly to build the viral particle. The replication factory is most frequently flanked by two warehouses. Such pattern is also observed in very elongated cells where the viral compartments remain localized nearby each others and far from the bacterial poles. Immuno-electron microscopy of cryo-sections from infected cells highlights a complete remodelling of the bacterial cytoplasm dedicated to virus multiplication.The assembly and dynamics of the SPP1 replication factory and virions warehouses were visualized during the complete phage infection cycle in microfluidics experiments. The viral compartments are well individualized in the cytoplasm both in terms of space and time. Although bacterial growth is retarded, cells continue to elongate and to divide during SPP1 infection. Structuration of viral factories appears as a very efficient way for SPP1 to exploit bacterial resources and cytoplasmic space to optimize its multiplication. This strategy might be widely used by phages for remodelling the bacterial cell.

Les tourbières couvrent 3 % des surfaces continentales et jouent un rôle important dans le cycle du carbone en stockant le tiers du carbone des sols. L'accumulation de tourbe est liée au déséquilibre production primaire/décomposition du à une activité microbienne limitée par les conditions environnementales. L'infection et la lyse virale ont un impact sur la diversité et l'activité des communautés microbiennes, et influent sur le cycle du carbone. Cependant, le fonctionnement de ce compartiment viral n'avait jamais été pris en compte dans les études de fonctionnement des tourbières. Le but de ce travail de thèse était d'analyser et comprendre la dynamique spatiale et temporelle de l'abondance et de la diversité virale des tourbières à Sphagnum. L'analyse de l'abondance virale et procaryote et de 12 metaviromes en lien avec la physico-chimie d'une tourbière tempérée en France montre une forte variation saisonnière des communautés virales. Cette variation semble très liée aux conditions environnementales générées par la fluctuation de la nappe d'eau. Dans cette même tourbière, l'analyse de la diversité taxonomique et fonctionnelle des communautés de microorganismes présents (métagénomes) et métaboliquement actifs (métatranscriptomes) indique que la structure taxonomique est différente entre les des deux principaux stades, le fen et le bog, mais que ces communautés présentent une diversité fonctionnelle similaire, dont l'expression est liée aux changements des conditions environnementales avec la profondeur. L'abondance des particules virales étudiées dans 5 tourbières à Sphagnum réparties en Finlande, au Canada, en France, et sur l'île subantarctique d'Amsterdam varie fortement avec les sites. L'analyse de la diversité virale de la matrice et de l'eau de tourbe du Canada et de Finlande montre que la diversité virale est structurée par le site, puis le stade dynamique, puis la profondeur, avec un rôle important de la saturation en eau au niveau du site. Ces résultats valident le fonctionnement proposé du compartiment viral et de la communauté d'hôtes procaryotes. Ces connaissances ont été utilisées pour analyser le fonctionnement du compartiment microbien de tourbières à Sphagnum soumises à des perturbations d'origine anthropique. Les 31 métaviromes produits pour cette thèse constituent l'une des plus grandes bases de données sur la diversité virale des écosystèmes alors que la diversité virale des sols n'avait presque jamais été étudiée auparavant. / Peatlands cover 3 % of the continental surfaces but represent up to a third of the soil carbon stock. Peat accumulation results from the imbalance between primary production and decomposition due to the limitation of the prokaryote activity caused by the environmental conditions. Viral infection and lysis impact the diversity and the activity of the microbial communities and influence the carbon cycle. However, the functioning of the viral compartment had never been taken into account in peatlands. The aim of this thesis was to gain knowledge about the spatio-temporal dynamic of viral abundance and diversity in Sphagnum-dominated peatlands. Spatio-temporal analysis of viral and prokaryote abundance and of 12 metaviromes (viral diversity) in relation to the physico-chemical features in a temperate Sphagnum-dominated peatland in France revealed the high seasonal variability of the viral communities. This dynamic appeared mainly related to the environmental conditions shaped by the fluctuation of the water-table level. In the same peatland the taxonomic diversity of the present microorganisms (metagenomes) differed between the fen and the bog, but these communities present a similar functional diversity, which expression in selected in the same way in the two dynamic stages, in relation to depth-related environmental conditions. Viral abundance analyzed in 5 Sphagnum-dominated peatlands from Finland, Canada, France and subantarctic Amsterdam Isle presented a high geographical variability. Investigation of the diversity of the viral communities from the peat matrix and the pore-water in Finland and Canada emphasized the structuration of the viral communities by the site, then the dynamic stage, and finally depth. These results confirm the first hypotheses about the functioning of the viral compartment depending on environmental conditions and prokaryote activity. Effects of human-derived disturbances on viral ecology in peatlands were investigated based on this knowledge. While soil viral diversity was poorly documented at the start of this thesis, the collection of 31 metaviromes from Sphagnum-dominated peatlands produced for this project represents the second largest dataset representing the viral diversity from environmental samples.