Escherichia coli est le commensal aérobie le plus fréquent du tube digestif de l’homme et des animaux à sang chaud et le bacille à Gram négatif pathogène opportuniste le plus souvent impliqué dans les infections intestinales et extra intestinales de l’homme. C’est une espèce clonale chez laquelle 4 groupes phylogénétiques principaux, A, B1, B2 et D ont été décrits. L’objectif de cette thèse est d’étudier l’adaptation de E. coli et les rapports de cette adaptation avec la structure génétique de l’espèce caractérisée par les 4 groupes phylogénétiques dans deux circonstances : le commensalisme intestinal de l’homme et de plusieurs espèces animales sauvages et domestiques, herbivores et omnivores d’une part et la virulence extra-intestinale mesurée par l’expression des gènes codants pour un sidérophore, la yersiniabactine, dont les gènes sont situés au sein de l’ilot de pathogénicité HPI (PAI IV). La répartition dans les 4 groupes phylogénétiques des souches commensales du tube digestif de 100 hommes et de 137 animaux a été étudiée par une technique de PCR en temps réel originale. Trois principaux entérocolitypes, correspondant à des associations préférentielles de phylogroupes ont été ainsi décrits comme plus fréquents en fonction de la nature des hôtes.Chez l’homme, les souches du groupe B2 ont été retrouvés exclusives chez 15 % des individus et ont été clairement distinctes des souches B2 des animaux sauvages par la plus grande fréquence de leurs facteurs de virulences (sfa/foc et pks). L’effet du fond génétique des sous groupes II, III et IX du groupe B2 sur l’expression de la virulence liée au HPI a été étudié dans un modèle murin de virulence extra-intestinale et dans un modèle d’amibe sociale Dictyostelium discoideum, pouvant être assimilé à un macrophage. Le HPI chez E. coli interagît avec la clonalité de l’espèce qui s’exprime par l’existence des sous-groupes de B2. Dans les modèles de virulence que nous avons développés, les mêmes gènes ont, en fonction du fond génétique des différents isolats naturels, des effets différents. / Escherichia coli is the most abundant aerobic bacteria of the human microbiota, and a major opportunistic pathogen in humans. It is the clonal species for wich main phylogenetic groups have been described. The aim of this thesis is to study E. coli adaptation through the genetic structure of the specis in two circumstances : the intestinal comensalism, and the extra-intestinal virulence estimated via expression of genes encoding for yersiniabactin, a major siderophore, located on a high patogenicity island (HPI). The repartition of the 4 phylogroups has been studied in faecal microbiota of 100 humans and 137 animals thanks to an original quantitative PCR assay. Three main enterocolitypes, corresponding to associations of phylogroups, have been described. In humans, B2 phylogroup strains were exclusive in 15% of individuals and were shown to be clearly distinct from animal B2 strains on the base of the presence of two virulence factors (sfa/foc and pks). The impact of the genetic background of the B2 sub-groups II, III an IX on the virulence based on HPI was studied in a mice model and in an amoeba model Dictyostelium discoideum. The HPI interacts with the clonality of the species represented by the existence of the B2 subgroups.

L'appareil respiratoire des porcs est colonisé par plusieurs bactéries, parmi lesquelles trois espèces de mycoplasmes : Mycoplasma flocculare, Mycoplasma hyopneumoniae et Mycoplasma hyorhinis. Lors de ce doctorat, notre principal objectif était de mieux comprendre le métabolisme différentiel dans chacune des espèces à l'aide de différentes approches. Nous avons reconstruit les réseaux métaboliques complets pour toutes les souches séquencées de ces trois espèces de mycoplasmes afin d'y détecter des caractéristiques distinctes. Nous avons pu montrer que, bien que les trois espèces de mycoplasmes du porc ont des capacités métaboliques semblables, certaines différences existent qui incluent, d'une part, le catabolisme de myo-inositol et un système plus complet pour l'absorption du glycérol, et d'autre part, une large gamme de moyens d'absorption de carbohydrates chez M. hyorhinis. L'utilisation de glycérol comme source de carbone, une activité qui est absente uniquement dans M. flocculare, produit du peroxyde d'hydrogène qui est toxique, ce qui peut expliquer l'absence de pathogénicité de cette espèce. L'absorption d'un plus large éventail de sources de carbone chez M. hyorhinis peut également expliquer pourquoi cette espèce est un contaminant largement connu des cultures cellulaires. Des expériences de croissance ont montré que les milieux définis décrits pour d'autres espèces de mycoplasmes ne sont pas appropriés pour la croissance de mycoplasmes du tractues respiratoire de porcs, et que la peptone est essentielle pour le maintien de la viabilité des cellules à la fois de M. hyopneumoniae et de M. flocculare dans des milieux définis. Dans ce travail, nous proposons également de nouveaux média définis qui, in silico, sont extrêmement appropriés pour les mycoplasmes du porc. Les données de métabolomique suggèrent que même si ces espèces sont extrêmement similaires du point de vue de leurs génomes et des métabolismes, les produits et les taux de réaction diffèrent et la régulation des gènes peuvent interférer directement dans le métabolisme. Pour expliquer ces différences ainsi que d'autres décrits dans la littérature qui suggèrent que certains types de régulation de l'expression du gène existent en effet dans ces espèces, nous avons également essayé de recueillir des informations sur de nouvelles séquences promotrices. Ainsi, cette thèse servira de base pour l'étude du métabolisme différentiel et des pathologies causées par les mycoplasmes du tractus respiratoire du porc et pourra aider à proposer des façons de prévenir à l'avenir le développement des maladies associées / In this PhD thesis, we presented three main types of analyses of metabolism, and in most cases involving symbiosis: metabolic dialogue between a trypanosomatid and its symbiont, comparative analyses of metabolic networks and exploration of metabolomics data. The respiratory tract of swines is colonized by several pathogenic bacteria, among which are three mycoplasma species: Mycoplasma flocculare, Mycoplasma hyopneumoniae, and Mycoplasma hyorhinis. In this work, we created whole-genome metabolic network reconstructions for all sequenced strains from these three Mycoplasma species. Similar to other Mycoplasma models all reconstructed networks exhibit low connectivity due to the simplicity of the biological model. We were able to show that the three swine mycoplasma species have similar metabolic capabilities. Interesting metabolic differences include the myo-inositol catabolism and a more complete system for glycerol uptake in M. hyopneumoniae and a wide range of carbohydrate uptake in M. hyorhinis. Glycerol conversion to DHAP, a missing activity only in M. flocculare, produces toxic hydrogen peroxide and may explain the lack of pathogenicity of this species. The uptake of a wider range of carbon sources in M. hyorhinis may also explain why this species is a wide-known contaminant in cell cultures. Growth experiments showed that defined media described for other Mycoplasma species are not suitable for the growth of respiratory tract swine mycoplasmas and that peptone is essential for the maintenance of cell viability of both M. hyopneumoniae and M. flocculare in defined media. Metabolomic data suggests that even though these species are extremely similar from a genomic and metabolic point of views, the products and reaction rates differ and gene regulation may interfere directly in metabolism. This, in turn, may account for many aspects still unknown that influence directly different levels of pathogenicity in each of them

Le virus H5N1 hautement pathogène a été à l'origine d'importantes pertes humaines, animales et économiques dans tous les pays affectés. Nos études ont été pensées afin d'appréhender le problème complexe de la circulation et de la dissémination du virus H5N1 hautement pathogène de manière intégrée et transdisciplinaire en envisageant les problèmes sous des angles différents mais complémentaires. La première partie de ce manuscrit est consacrée à l'analyse de la dynamique de circulation du virus H5N1 en Asie du sud-est ainsi que dans la région du Cambodge et du Vietnam ce qui a permis de mieux comprendre la structure, la diversité, et l'origine des populations virales retrouvées au Cambodge. Cela a permis de décrire la succession des lignées virales introduites successivement dans le pays et d'en retracer les origines. Ce travail a aussi montré que depuis 2010 une nouvelle lignée endémique au Cambodge avait émergé et évolué à partir d'une lignée mère avant de donner naissance à un nouveau sous-clade (1.1.A). Ce travail s'est également concentré sur l'impact des mouvements de volailles sur la diffusion du virus au Cambodge ainsi que sur l'analyse des marchés de volailles vivantes comme réservoir potentiel du virus H5N1. Le rôle potentiel de l'environnement comme source d'infection humaine et animale a également été exploré dans ce travail. En effet, nos résultats montrent clairement que l'environnement des fermes à la suite d'épidémies ou que les échantillons environnementaux prélevés dans les marchés aux volailles vivantes étaient fortement contaminés par le virus aviaire. L'impact sur la survenue d'épidémies d'une évolution des pratiques des éleveurs, en particulier dans la manipulation des volailles et dans la déclaration de la mortalité, a été évalué et nous avons montré que des progrès avaient été réalisés avec le temps mais qu'il restait encore des progrès à réaliser, en particulier dans la manipulation des volailles. Nous avons également décrit la survenue d'épidémie chez des oiseaux sauvages et des chats au Cambodge et démontré le rôle que pourrait jouer dans la dissémination du virus et dans la contamination humaine une pratique bouddhiste qui consiste à relâcher des passereaux captifs. Mots-clés : virus H5N1, évolution virale, environnement, marchés aux volailles vivantes, Cambodge, Asie du sud-est, oiseaux sauvages, chats, transmission. / The Highly Pathogenic Avian Influenza (HPAI) virus, subtype H5N1, has caused important human, animal and economical losses in all countries affected. This work was designed as a somehow transdisciplinary and integrative project to try addressing the complex problem of HPAI H5N1 virus circulation and spread through different complementary but related angles. The first domain to be addressed was that of the dynamics and evolution of the virus which allowed us to better understand the structure, diversity and origin of the viral populations found in Cambodia. It also allowed to determine the succession of lineages that were introduced in the country and to identify their origin. This work also demonstrated that since 2010 a novel lineage, endemic to Cambodia, has emerged and evolved from the mother lineage to become a genetically distinct sub-clade (1.1.A). This work also focused on the impact of poultry movement networks in the spread of avian influenza in Cambodia and on the analysis of live markets as potential HPAI H5N1 reservoirs. The potential role of the environment as a source of infection for both animals and humans was also explored in the work. Indeed, our data clearly demonstrated that the environment of the farms following an outbreak or the environmental samples collected from life bird markets were highly contaminated by H5N1 virus. The evolution in poultry workers behavior, especially poultry handling and poultry mortality report and their influence on the epidemics in Cambodia was analyzed and data demonstrated some improvements over the time but some key issues, especially in regards poultry handling, should still be addressed. The occurrence of outbreaks in captive wild birds and cats in Cambodia was also observed, whereas the final part of the manuscript demonstrated the potential role of the Merit Release Birds, used during some common Buddhist ritual in Asia, in the dissemination of virus to avian and human population. Key-Words: H5N1 virus, virus evolution, environment, Live Poultry Market, Cambodia, Southeast Asia, wild birds, cats, transmission.

La maladie de Crohn (Crohn’s disease; CD) et la colite ulcéreuse (Ulcerative colitis ;CU) représentent deux formes distinctes de maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI), qui sont associées à une réponse immunitaire aberrante des tissus intestinaux à la flore intestinale. Les phagocytes mononucléés (MNPs) qui dialoguent, via les cytokines qu'ils produisent, avec les cellules immunitaires innées et adaptatives sont impliqués dans l’induction, la perpétuation et le maintien de la réponse inflammatoire des MICI. Chez la souris, les MNPs sont stratifiées en cellules dendritiques conventionnelles (cDCs), macrophages (M) et cellules dérivées de monocytes, une entité qui regroupe dans le tissu des cellules dendritiques dérivées de monocytes (Mo-DC), des M dérivés de monocytes et des « monocyte-like ». Toutefois, la diversité phénotypique, moléculaire et fonctionnelle des monocytes et des MNPs ainsi que la plasticité des monocytes restent à élucider dans les MICI. Les anticorps bloquant les cytokines IL12 et IL23 contrôlent la pathogénicité et la plasticité des cellules Th17, réduisant l'inflammation intestinale chez les patients atteints de MII. Cependant, il n’existe à ce jour aucun traitement curatif. L’étude approfondie de la plasticité des cellules T et du site tissulaire où elle pourrait se produire ne sont toujours pas clarifiés. Dans le premier chapitre, nous avons révélé l’existence de deux sous-populations distinctes de CD14+MNPs dans le colon de patients atteints de CU. Les cellules de type « inflammatory monocyte-like » CD14+CD163-CD64+ (P3) à l’opposé des CD14+CD163+CD64+ M (P4) s'accumulent dans le côlon inflammatoire. Nos résultats ont de plus établi un lien entre les P3 MNPs, l’IL12, l’IL1β et la détection de cellules Th17 mémoires produisant de l'IFN et de l'IL8, qui contribueraient collectivement à la pathogenèse de la CU. De plus, deux sous-populations CD14+ MNPs similaires sur le plan fonctionnel et moléculaire a ceux trouvés en CU, ont été détectées dans le côlon de patients atteints de CD. En revanche, dans le deuxième chapitre, nous fournissons des évidences que la sous-population monocytaire Slan+ pourrait contribuer à l’immunopathogenèse de la CD, mais pas à celle de la CU. La fréquence, le phénotype et la fonction des cellules Slan+ ont été examinés dans le sang, les ganglions mésentériques (MLN) et le côlon de patients atteints de MICI. Nous proposons que les cellules pro-inflammatoires CD14hiCD172α+Slan+ discriminent les tissus de CD et CU. En effet, elles ne s'accumulent que dans les MLNs et la muqueuse colique des patients atteints de CD. Dans le troisième chapitre, nous avons montré que les MLNs de CD et de CU, qui sont des tissus difficiles d'accès pour leur étude fonctionnelle en recherche, peuvent également être distingués par la distribution et le profil moléculaire des cellules T mémoire effectrices CXCR3-CCR6+ (Th17TEM). Nos données suggèrent également que la plasticité de Th17 se produit dans les MLNs avant leur migration vers l'intestin. Cette étude pourrait avoir des implications pour améliorer notre compréhension de la maladie. Enfin, il a été démontré qu’à l’homéostasie chez la souris, les monocytes sont continuellement recrutés dans la muqueuse intestinale où ils se différencient progressivement en M anti-inflammatoires. Ce processus de maturation est interrompu dans le contexte d'une inflammation. Les signaux environnementaux qui régulent la « cascade » de maturation d’un monocyte classique tissulaire demeurent inconnus chez l'homme. Dans le quatrième chapitre, nous avons récapitulé in vitro la cascade de différenciation des monocytes humains de «CD163- P3-like» en «CD163+P4-like» et avons montré leurs similitudes moléculaires avec les CD14+ MNP tissulaires. La manipulation de cette voie de différentiation pourrait ouvrir des pistes thérapeutiques pour restaurer l'homéostasie intestinale dans les MICI. En conclusion, une meilleure compréhension des sous-populations de MNPs, leurs fonction et plasticité dans la pathogenèse des MICI aidera à identifier des nouvelles cibles thérapeutiques et contribuera à augmenter les connaissances pour la mise au point de traitements personnalisés. / Crohn’s disease (CD) and ulcerative colitis (UC), the two forms of inflammatory bowel diseases (IBD), are associated with dysregulated immune response in the intestinal tissue. It is mediated by mononuclear phagocytes (MNPs) that dialogue via the cytokine they produce with innate and adaptive immune cells. In mice, MNPs are stratified into conventional dendritic cells (DCs), macrophages (M) and monocyte-derived cells that regroup tissue monocyte-derived DCs, monocyte-derived M and monocytes-like cells. However, the phenotypic, molecular and functional diversity of MNPs and their plasticity remain to be elucidated in IBD patients. Therapies in IBD employ antibodies that block IL12 and IL23, thus control Th17 pathogenicity and plasticity and decrease intestinal inflammation. However, no cure exist nowadays for the treatment of IBD. In-depth study of T cell plasticity and the tissue where it occurs remain to be investigated. In the first chapter, we revealed the existence of two distinct CD14+ MNP subsets in colon of UC patients. Only, CD163-CD64+ inflammatory monocyte-like cells (P3) but not anti-inflammatory CD163+CD64+ M (P4) accumulate in inflamed UC colon. Our findings further established a link between monocyte-like CD14hiCD172α+ CD163- MNPs, IL12, IL1β and the detection of colonic memory Th17 cells that produce IFN and IL8, which might all contribute to UC pathogenesis. Two CD14+ MNP subsets, resembling their counterparts in UC mucosa at the functional and molecular level, were also detected in CD colon. In contrast, in the second chapter, we provide evidence that Slan+ monocyte subset may contribute to CD but not UC immunopathogenesis. Frequency, phenotype, and function of Slan+ cells were examined in blood, colon, and mesenteric lymph nodes (MLN) of patients with IBD. We showed that pro-inflammatory CD14hiCD172α+Slan+ cells are a distinguishing feature between CD and UC, as they only accumulate in MLNs and colonic mucosa of CD patients. In the third chapter, we showed that MLNs of CD and UC, tissues that were hard to access for research use, can also be distinguished by frequencies of CXCR3−CCR6+ Th17 effector memory T cells (TEM) and their molecular profile. Our data further suggested that Th17 plasticity is taking place in MLN, before T cell homing to gut tissues. This investigation has clear implications in furthering our understanding of the disease. Finally, it has been demonstrated that monocytes are continuously recruited into murine gut mucosa and progressively differentiate into macrophages under homeostatic conditions, a maturation process interrupted in the context of inflammation. However, the environmental cues that regulate tissue inflammatory monocyte “waterfall” remain to be investigated in humans. In the fourth chapter we recapitulated in vitro human monocyte differentiation cascade, from CD163- inflammatory monocyte-like cells (P3) towards anti-inflammatory CD163+ macrophages (P4) and showed their molecular similarities to tissue CD14+ MNPs. Manipulating this pathway might open therapeutic avenues to restore tissue homeostasis. In conclusion, a better understanding of MNP subsets, function and plasticity in IBD pathogenesis would help identify novel therapeutic targets and shed light for the development of personalized treatments.