Cette thèse décrit l’incorporation de fer dans l’hétérostructure InGaAsP/InP par implantation ionique à haute énergie (MeV) suivi d’un recuit thermique rapide. L’alliage quaternaire InGaAsP est tout indiqué pour fabriquer des couches photoconductrices qui peuvent absorber dans le proche-infrarouge, à 1.3 µm ou 1.55 µm. Ce procédé vise à développer de nouveaux matériaux de forte résistivité pour l’holographie photoréfractive et la spectroscopie térahertz pulsée. À notre connaissance, cette investigation représente les premiers essais détaillés de l’implantation de fer dans le matériau InGaAsP/InP. Les principaux paramètres de fabrication, tels la fluence d’ions de fer, la température d’implantation et la température de recuit ont été explorés. Les propriétés physiques des matériaux produits ont été étudiées avec des mesures électriques (résistivité et effet Hall avec l’analyse de Van der Pauw), optiques (photoluminescence, absorption et réflectivité différentielle résolue en temps) et structurales (diffraction de rayons X, canalisation de la rétrodiffusion Rutherford et microscopie électronique en transmission). Pour fabriquer des couches à forte résistivité pour des applications holographiques à 1.3 µm, nos résultats ont montré qu’il est préférable d’éviter l’amorce de l’amorphisation lors de l’implantation du quaternaire pour maintenir une bonne qualité cristalline après recuit. Ceci favoriserait une compensation par l’activation du fer comme impureté profonde. Une résistivité de l’ordre de 10[indice supérieur 4] Ωcm est mesurée après recuit. Pour fabriquer des couches à forte résistivité pour des applications de spectroscopie térahertz pulsée à 1.55 µm, nous privilégions l’amorphisation par implantation froide et la recristallisation, ce qui réduit le temps de recombinaison des photoporteurs sous la picoseconde. L’émission d’ondes térahertz par ce matériau est démontrée sur une largeur de bande de 2 THz. L’évidence expérimentale montre la formation d’une microstructure polycrystalline dans la couche d’InGaAsP, ayant une forte densité de fautes planaires et une taille de grains nanométrique qui varient avec la température de recuit, ce qui suggère une connexion avec les propriétés optoélectroniques du matériau.

Les integrons sont des systèmes de recombinaison génétique bactériens qui jouent un rôle majeur dans la dissémination des gènes de résistances aux antibiotiques. Ces plateformes génétiques sont capables de capturer des cassettes de gène et de les réorganiser afin de trouver des solutions adaptatives à un environnement changeant. Le mécanisme de recombinaison des intégrons est original. Contrairement aux autres systèmes de recombinaison spécifique de site de la même famille (catalysés par les recombinases à tyrosine), le site de recombinaison associé aux cassettes est reconnu sous forme d'ADN simple brin replié. Une large part de mon travail de thèse a été dédiée à la compréhension des mécanismes qui permettent à ces sites de recombinaison de passer de la forme stable qu'est la double hélice d'ADN à la conformation leur permettant d'être reconnu par la recombinase des intégrons. L'autre partie de ma thèse a consisté au développement d'un outil génétique utilisant les remarquables propriétés de recombinaison des intégrons. Ce nouvel outil, nommé « intégron synthétique » permet de générer un grand nombre de combinaisons de séquences hétérologues in vivo. Il pourrait être d'une grande utilité aux ingénieurs tentant d'assembler des réseaux et voies génétiques d'intérêt, par évolution dirigée.

Les génomes de bactériophages ont une capacité remarquable d'évolution. L'objectif de ma thèse a été d'étudier le rôle des recombinases de bactériophages dans cette évolution. Notre hypothèse était que les recombinases phagiques diffèrent de la recombinase bactérienne RecA par une fidélité relâchée lors de la réaction de recherche d'homologie, qui pourrait expliquer en partie la très grande plasticité des génomes de bactériophages. Nous avons tout d'abord utilisé une approche bioinformatique basée sur la recherche d'homologies lointaines pour prédire un maximum de gènes de recombinases dans les génomes entièrement séquencés, puis nous avons confirmé l'activité de recombinaison de certaines d'entre elles, par un test d'appariement d'ADN simple brin entre séquences identiques in vivo. Ceci nous a permis de conclure qu'il existait trois superfamilles de recombinases chez les bactériophages, de type Rad52, Rad51/RecA et Gp2.5, présentes dans 42% des 465 génomes analysés. Dans un deuxième temps, nous avons comparé six de ces recombinases à RecA et avons montré que toutes étaient capables de faire de l'appariement simple brin in vivo, contrairement à RecA. Pour deux d'entre elles, Redβ de Lambda (type Rad52) et Sak4 de HK620 (type Rad51/RecA), nous avons observé que l'appariement simple brin continuait à se produire, avec une efficacité diminuée, jusqu'à 13% de divergence entre les séquences. L'appariement d'ADN simple brin est donc une propriété commune aux recombinases de bactériophages qui les distingue de RecA, et semble pouvoir se maintenir pour un niveau élevé de divergence, ce qui soutient l'hypothèse d'une recombinaison homologue différente et plus relâchée dans sa fidélité chez les bactériophages.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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KplE1 est l’un des dix prophages présents sur le chromosome de la souche Escherichia coli K12. Nous avons montré in vivo que ce prophage est compétant pour s’exciser du chromosome bactérien bien qu’il soit incapable de former des particules virales et de lyser son hôte. Au laboratoire, nous avons identifié les protéines IntS (intégrase) et TorI (RDF), codées sur le prophage KplE1, et la protéine IHF (NBP) de l’hôte comme seules impliquées dans le mécanisme de recombinaison spécifique de site (RSS). Nous avons cartographié sur les régions attL et attR, les sites de fixations des protéines de recombinaison permettant l’assemblage de l’intasome, le complexe nucléoprotéique compétant pour la RSS. L’ensemble de ces sites ainsi que les gènes intS et torI qui chevauchent respectivement les régions attL et attR, ont permis de définir un module de recombinaison de type KplE1. Ce module est très conservé et se retrouve chez des phages infectant différentes souches d’E. coli et de shigella. Le modèle en terme de RSS est celui décrit pour les bactériophages de type λ. Cependant, le nombre et l’organisation des sites de recombinaison suggèrent que l’architecture de l’intasome de type KplE1 diffère de celle de λ. Nos résultats renforcent ainsi l’idée que l’assemblage de l’intasome est spécifique du module de RSS considéré même si, in fine, la réaction catalysée demeure similaire.En ce qui concerne l’expression des gènes intS et torI, le fait que ces gènes soient localisés à chacune des extrémités du prophage, rend ainsi impossible leur couplage transcriptionnel à partir d’un promoteur commun au moment de la commutation lyse/lysogénie, tel qu’il est connu pour les phages lambdoïdes. De part son orientation atypique sur attL, la présence de sites de fixations des protéines IntS et TorI au niveau du promoteur du gène intS, nous ont logiquement amené à étudier sa régulation. Nous avons ainsi montré que le gène intS est négativement régulé par son propre produit ainsi que par la protéine RDF TorI. Nos résultats in vivo et in vitro indiquent que l’efficacité de la réaction de recombinaison excisive est intimement liée à la quantité d’intégrase présente, pouvant alors justifier la raison d’être de ce contrôle strict de l’expression du gène intS. En parallèle, une approche in silico a révélé que cette orientation atypique du gène codant pour l’intégrase est largement répandue sur les génomes des prophages, nous amenant à généraliser ce mécanisme atypique de régulation négative de l’intégrase. / KplE1 is one of the 10 prophage region present on the Escherichia coli K12 chromosome. We showed in vivo that this prophage is fully competent to excise from the bacterial chromosome, although it is unable to form viral particles and lyse its host. In the laboratory, we have identified Ints (integrase) and TorI (RDF) proteins, encoded on the KplE1 prophage, and the host protein IHF (NBP) only involved in the mechanism of site-specific recombination (SSR). We have mapped on attL and attR regions, the binding sites of recombinant proteins for the assembly of the intasome, the nucleoprotein complex competent for SSR. All of these sites as well as intS and torI genes that overlap respectively attL and attR regions, have permit to define a KplE1 recombination module. This module is highly conserved and is found among phages infecting different E. coli and shigella strains. The model in terms of RSS is that described for λ bacteriophage. However, the number and organization of recombination sites suggests that the architecture of the KplE1 intasome differs from that of λ. Our findings reinforce the idea that the intasome assembly is specific to the SSR module considered even if ultimately the catalyzed reaction is similar.Regarding the intS and torI gene expressions, the fact that these genes are located at each end of the prophage, prevented the transcriptional coupling of these genes from a common promoter when the lysis/lysogeny switch occurs. Because of its atypical orientation on attL, and the presence of IntS and TorI protein binding sites that overlap its promoter region, we have logically studied the regulation of the intS gene. We have shown that intS is negatively regulated by both IntS and TorI proteins. Our in vivo and in vitro results suggest that the efficiency of the excision recombination reaction is closely related to the amount of this integrase, which can justify the strict control of the intS gene expression. In parallel, an in silico approach has revealed that the atypical orientation of the integrase gene is widespread in prophage genomes, leading us to generalize this atypical mechanism of negative regulation of integrase

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.