Les ARN non-codant (ARNnc) assurent différentes fonctions vitales permettant aux bactéries de s'adapter rapidement aux conditions changeantes de leur environnement L'analyse de données transcriptomiques de la souche Pseudomonas brassicacearum NFM421 en réponse à différents stress en utilisant des puces à ADN qui contiennent aussi bien les régions codantes que les régions non codantes a révélé la modulation de deux ARNnc potentiels en réponse à des métaux lourds (Cd et U), dénommés IrsZ et IrsY. De plus, le génome de P. brassicacearum a été entièrement séquencé et une centaine d'ARNnc potentiels a été identifié par l'utilisation d'outils bioinformatiques de prédiction d'ARNnc. Ce travail vise à caractériser les deux ARNnc potentiels, IrsZ et IrsY, et à déterminer leur fonction chez P. brassicacearum. L'analyse bioinformatique de leur séquence ne révèle pas d'homologue dans la base de données des ARNnc. Nous avons validé expérimentalement par différentes approches techniques l'expression des deux ARNnc candidats dans différentes conditions de cultures et sous différents stress. Ceci a conduit notamment à révéler la modulation par le fer de l'expression des deux ARNnc IrsZ et IrsY. Leur expression est fortement activée par de fortes concentrations en fer. Cependant, en réponse à un stress oxydant causé par le peroxyde d'hydrogène, l'expression des deux ARNnc est réprimée. Cette répression est exacerbée chez les bactéries surexprimant oxyR. Nos travaux semblent indiquer que IrsZ et IrsY agissent comme des senseurs du statut intracellulaire du fer. / Regulatory non-coding RNAs (ncRNA), act as regulators of translation and message stability. They modulate a wide range of physiological responses to environmental stimuli. Due to their biological interest, different bioinformatics tools and experimental approaches have been developed for detecting new ncRNA. Transcriptome analysis of the plan root-associated bacterium Pseudomonas brassicacearum NFM421 strain in response to various stresses, using microarrays containing coding as well as non-coding DNA fragments, revealed the modulation of two potentials ncRNA in response to heavy metals (Cd and U), named IrsZ and IrsY. Furthermore, P. brassicacearum genome was completely sequenced and hundreds of potentials ncRNA have been predicted by using computational tools. This work aims at characterizing the two potentials ncRNA, IrsZ and IrsY, and to determine their function in P. brassicacearum. No homologous was found in the ncRNA database. We validated the expression of the two potential ncRNA by different experimental approaches in different culture conditions and under different stresses. This led to reveal that both IrsZ and IrsY are modulated by iron. Their expression is strongly activated by high concentrations of iron. However, the expression of both Irs ncRNA is suppressed under oxidative stress generated by hydrogen peroxide. This repression is exacerbated in P. brassicacearum overexpressing oxyR. Our work suggests that IrsZ and IrsY act as sensors of intracellular iron status.

Les piles à combustible microbiennes (PCMs) sont une technologie convertissant l’énergie chimique stockée dans la matière organique en énergie électrique à l’anode à l’aide de bactéries dites électroactives. A l'inverse des bioanodes, l’intérêt porté aux cathodes biologiques dans les PCMs est récent et ces dernières sont encore peu étudiées. Les objectifs de ces recherches ont donc été d’identifier et de décrire des bactéries ainsi que les mécanismes permettant de catalyser une réduction cathodique notamment celle de l’oxygène. La première partie des travaux portant sur la réalisation d’un criblage pour la formation de biocathodes a révélé l’inefficacité du métabolisme hétérotrophe pour la conception de biocathodes performantes. De ce fait, la suite des travaux a porté sur la bactérie chimiolithoautotrophe acidophile Acidithiobacillus ferrooxidans. Deux mécanismes de transfert d’électrons dépendant du fer ont été mis en évidence générant un courant maximal de -3,8 A.m-2. Nous avons également abordé les mécanismes de transfert d’électrons en milieu neutre chez une bactérie hétérotrophe, Pseudomonas brassicacearum NFM421 bien que peu performante en terme de production de courant. Cette dernière permet une catalyse indirecte de la réduction de l’oxygène à la cathode à pH neutre via un métabolite secondaire le 2,4-diacéthylphloroglucinol associé au fer, mettant encore une fois en lumière l’importance du fer dans le transfert d’électrons. Ce travail a également porté sur la potentielle application des biopiles dans des environnements anthropisés en vue de l’extraction de métaux et plus particulièrement de terre rares qui s’avèrent être une voie de recherche prometteuse. / Microbial fuel cells (MFCs) are devices that convert chemical energy contained in organic matter into electrical energy using electroactive bacteria that act at the anode. Currently, MFCs performances are limited by the use of abiotic cathode. The interest in biological cathode has recently started and less is known about bacterial diversity and mechanism that catalyze cathodic reduction. The aims of the research work are therefor to identify and describe potential bacteria and mechanism involved in such catalysis. The first part of the work is the realization of a screening that did not show conclusive results and might indicate that heterotrophic metabolism was not an efficient choice. Next, Acidithiobacillus ferrooxidans had been used and shown two extracellular electron transfer mechanism depending on iron. A maximum current intensity of -3,8 A.m-2 had been reached. To be close to operational condition of MFC, Pseudomonas brassicacearum NFM 421 has also be use and shown capacity to indirectly catalyze the oxygen reduction at a neutral pH using the 2,4-diacethylphloroglucinol, a secondary metabolite, associated to iron. However, current reach remained weak. Considering difficulty to build efficiant biocathode at a neutral pH, the end of this work had been focused on a new application of the MFC: metal and rare earth extraction from soil and contaminated site that appeared to be a great research opportunity to follow.

Ces travaux de thèse portent sur l'analyse des mélanges réels et synthétiques complexes composés de petites molécules à l'aide de la RMN HRMAS. Dans une première partie, une approche RMN HRMAS basée sur l'analyse métabolomique en combinaison avec des techniques de reconnaissance des formes (PCA et O-PLS-DA) a été appliquée pour le diagnostic des lésions thyroïdiennes indéterminées et étudier également les effets biologiques négatifs des nanoparticules d'aluminium sur pseudomonas brassicacearum. Dans une seconde partie, nous avons étudié la RMN chromatographique en utilisant la silice comme matrice de support qui pourrait fournir une alternative rapide et complète de la LC pour la caractérisation de mélanges complexes. En outre, l'exigence de la suppression du signal dans l'extrait de plantes naturelles et d'hydrocarbures aromatiques conduit à l'élaboration d'une méthode rapide et précise en utilisant des polymères à empreintes moléculaires avec une excellente sélectivité. La sélectivité des polymères à empreintes moléculaires à travers la capture d'une cible moléculaire spécifique est exploitée ici pour éliminer efficacement les signaux RMN. / This thesis work deals with the analysis of natural and synthetic complex mixtures composed of small molecules using HRMAS NMR. In a first part, an integrated HRMAS-NMR based metabolomic analysis in combination with pattern recognition techniques (PCA and O-PLS-DA) has been applied for the diagnosis of indeterminate thyroid lesions and also studied the potential adverse biological effects of aluminium nanoparticles on pseudomonas brassicacearum. In a second part we investigated that chromatographic NMR using silica as the matrix support could provide a quick alternative and complement to LC for the characterization of complex mixtures. In addition, requirement for signal suppression in natural plant extract and aromatic hydrocarbons led to the development of a rapid and accurate method using molecularly imprinted polymers with excellent selectivity. The selectivity of Molecularly Imprinted polymers towards capturing a specific molecular target is exploited here to efficiently remove NMR signals.

Aujourd’hui, les difficultés pour établir des liens entre caractéristiques des nanomatériaux et réponses biologiques sont principalement issues du manque de contrôle de la synthèse des nanomatériaux, ne permettant pas de faire varier leurs paramètres physico-chimiques clés une à une.Pour identifier certains mécanismes gouvernant la toxicité des nanomatériaux nous avons utilisé un nanotube inorganique modèle dont la synthèse est bien contrôlée : les Ge-imogolites. Les effets de la longueur, du nombre de parois, de la cristallinité et de la composition chimique des Ge-imogolites ont été étudiés sur une bactérie des sols: Pseudomonas brassicacearum. Il a été identifié que la présence de sites réactifs (en bordure de tubes) induit une toxicité due à une interaction forte des nanotubes avec les cellules bactériennes, ainsi que la génération d’espèces réactives de l’oxygène. Ajouter des sites réactifs via la présence de défauts structuraux augmente la dégradation des tubes ainsi que la rétention d’éléments nutritifs essentiels, ce qui augmente leur toxicité. Enfin, l’ajout de fer dans leur structure transforme les Ge-imogolites en source de fer, qui sont dégradées et deviennent promoteurs de croissance. Dans tous ces cas, les interactions entre nanomatériaux et cellules ont été identifiées comme cruciales pour comprendre et prévenir les effets des nanomatériaux. Ce travail de thèse a également permis de mettre en avant la capacité de nouveaux outils pour le suivi de l’internalisation de nanomatériaux dans les organismes. / Only a few studies of (eco)toxicology linked the physico-chemical properties of nanoparticles to the toxicity mechanisms or the stress they induce. Moreover, no clear conclusions can be drawn at present because of the variability of nanoparticles used in studies. The present study used the inorganic Ge-imogolite nanotubes as a model compound. The toxic effects of length, number of walls, structural defects, and chemical composition were assessed towards the soil bacteria Pseudomonas brassicacearum. Several mechanisms modulating the toxicity of Ge-imogolite were then identified. Indeed, reactive sites at the tube ends induce a slight toxicity via a strong cell interaction and the generation of reactive oxygen species. Creating vacant sites on the surface of Ge-imogolite (ant thus increasing the number of reactive sites), appears to cause a deficiency of nutrients in the culture media correlated with a higher degradation of the tubes, leading to a high bacterial growth decrease. Finally, structural iron incorporation into Ge-imogolite transforms them into an iron source, being degraded and becoming growth promoters. In this work, the new tools capacities for the study of nanomaterials/cells interaction have been studied.