La théorie de l’évolution repose sur la biologie moderne. Toutes les nouvelles espèces émergent d’une espèce existante. Il en résulte que différentes espèces partagent une ascendance commune, telle que représentée dans la classification phylogénétique. L’ascendance commune peut expliquer les similitudes entre tous les organismes vivants, tels que la chimie générale, la structure cellulaire, l’ADN comme matériau génétique et le code génétique. Les individus d’une espèce partagent les mêmes gènes mais (d’ordinaire) différentes séquences d’allèles de ces gènes. Un individu hérite des allèles de leur ascendance ou de leurs parents. Le but des études phylogénétiques est d’analyser les changements qui se produisent dans différents organismes pendant l’évolution en identifiant les relations entre les séquences génomiques et en déterminant les séquences ancestrales et leurs descendants. Une étude de phylogénie peut également estimer le temps de divergence entre les groupes d’organismes qui partagent un ancêtre commun. Les arbres phylogénétiques sont utiles dans les domaines de la biologie, comme la bio informatique, pour une phylogénétique systématique et comparative. L’arbre évolutif ou l’arbre phylogénétique est une exposition ramifiée les relations évolutives entre divers organismes biologiques ou autre existence en fonction des différences et des similitudes dans leurs caractéristiques génétiques. Les arbres phylogénétiques sont construits à partir de données moléculaires comme les séquences d’ADN et les séquences de protéines. Dans un arbre phylogénétique, les nœuds représentent des séquences génomiques et s’appellent des unités taxonomiques. Chaque branche relie deux nœuds adjacents. Chaque séquence similaire sera un voisin sur les branches extérieures, et une branche interne commune les reliera à un ancêtre commun. Les branches internes sont appelées unités taxonomiques hypothétiques. Ainsi, les unités taxonomiques réunies dans l’arbre impliquent d’être descendues d’un ancêtre commun. Notre recherche réalisée dans cette dissertation met l’accent sur l’amélioration des prototypes évolutifs appropriés et des algorithmes robustes pour résoudre les problèmes d’inférence phylogénétiques et ancestrales sur l’ordre des gènes et les données ADN dans l’évolution du génome complet, ainsi que leurs applications.[...] / The theory of evolution is based on modern biology. All new species emerge of an existing species. As a result, different species share common ancestry,as represented in the phylogenetic classification. Common ancestry may explainthe similarities between all living organisms, such as general chemistry, cell structure,DNA as genetic material and genetic code. Individuals of one species share the same genes but (usually) different allele sequences of these genes. An individual inheritsalleles of their ancestry or their parents. The goal of phylogenetic studies is to analyzethe changes that occur in different organisms during evolution by identifying therelationships between genomic sequences and determining the ancestral sequences and theirdescendants. A phylogeny study can also estimate the time of divergence betweengroups of organisms that share a common ancestor. Phylogenetic trees are usefulin the fields of biology, such as bioinformatics, for systematic phylogeneticsand comparative. The evolutionary tree or the phylogenetic tree is a branched exposure the relationsevolutionary between various biological organisms or other existence depending on the differences andsimilarities in their genetic characteristics. Phylogenetic trees are built infrom molecular data such as DNA sequences and protein sequences. Ina phylogenetic tree, the nodes represent genomic sequences and are calledtaxonomic units. Each branch connects two adjacent nodes. Each similar sequencewill be a neighbor on the outer branches, and a common internal branch will link them to acommon ancestor. Internal branches are called hypothetical taxonomic units. Thus,Taxonomic units gathered in the tree involve being descended from a common ancestor. Ourresearch conducted in this dissertation focuses on improving evolutionary prototypesappropriate and robust algorithms to solve phylogenetic inference problems andancestral information about the order of genes and DNA data in the evolution of the complete genome, as well astheir applications.

La puissance de la biopile enzymatique à glucose/oxygène est limitée par sa partiecathodique. Afin de contourner cette limitation, nous avons étudié les enzymescathodiques : les Bilirubine oxydases (BODs). Dans le but de mieux appréhender ces BODs, lemécanisme réactionnel, la nature de l’étape limitante et l’effet des sels ont alors été étudiés.Deux mécanismes différents sont retrouvés en fonction du mode de transfert des protons etdes électrons (4 fois 1H+/1e- ou 2 fois 2H+/2e-). De plus, nous avons démontré que l’étapelimitante est l’oxydation du substrat pour les trois substrats testés et que les sels agissent auniveau du cuivre T1. Les principales limitations des BODs sont leur stabilité à 37 °C ainsi queleur inhibition par le NaCl. Deux techniques ont alors été utilisées pour identifier des BODsplus résistantes. La première méthode est l’extraction de nouvelles enzymes à partird’organismes extremophiles. Elle a permis d’isoler la BOD d’Anaerophaga thermohalophilaqui possède une bonne résistance au NaCl mais une densité de courant faible. Dans unsecond temps, afin de reconstruire des séquences ancestrales, la phylogénie de la familledes Bacillus Bacterium a été effectuée. Cette technique a permis l’identification de troisBODs possédant des caractéristiques très intéressantes : la BOD de Bacillus nakamurai etdeux BODs ancestrales (Noeud 10 et Noeud 13). Par exemple, après une heure à 37°C et 140mM de NaCl, le Noeud 10 possède une meilleure densité de courant que la BOD de Bacilluspumilus, qui est l’enzyme utilisée comme base de la phylogénie. La seconde technique estdonc une méthode de choix permettant la découverte de nouvelles enzymes à la fois plusstables et plus résistantes que les enzymes actuelles. Elle ouvre de grandes perspectivespour l’utilisation des BODs comme enzymes cathodiques ou pour d’autres applicationsbiotechnologiques. Enfin, nous avons montré que l’immobilisation de la BOD de B. pumilusdans le matériau Si-(HIPE) permet la décoloration cyclique de colorants chimiques surplusieurs mois. / Power of glucose/oxygen enzymatic biofuel cell is limited by the cathodic part. In order to prevent this limitation, we studied cathodic enzymes: Bilirubin oxidases (BODs). For this purpose, the kinetic mechanism, rate-limiting step and salts effect were determined. Two different mechanisms are observed depending on the electron/proton transfer (4 times1H+/1e- or 2 times 2H+/2e-). We also demonstrated that the rate-limiting step is the substrate oxidation for the three substrates tested and salts act around the T1 copper. Main BODs limitations are their stability at 37°C and their inhibition by NaCl. Two methods were used toidentify the most resistant BODs. The first one was the identification of new enzymes from extremophile organisms. It allows to isolate BOD from Anaerophaga thermohalophila whichhas good NaCl resistance but low current density. In addition, in order to reconstructancestral sequences, phylogeny of Bacillus Bacterium family was performed. This methodidentified three BODs with interesting features: BOD from Bacillus nakamurai and twoancestral BODs (Noeud 10 and Noeud 13). For example, after one hour at 37°C and 140 mMNaCl, Noeud 10 has a better current density than the BOD from Bacillus pumilus, which is theenzyme used as basis for the phylogeny. This second method allowed the discovery of newenzymes that were both more stable and more resistant than actual enzymes. Thistechnique opens up valuable prospects for the use of BODs as cathodic enzymes or for otherbiotechnological applications. In the end, we demonstrated that BOD from B. pumilusimmobilization in Si-(HIPE) materials allows cyclic discoloration of chemical dyes duringseveral months.

En bio-informatique, comprendre comment les molécules d’ADN ont évolué au cours du temps reste un problème ouvert etcomplexe. Des algorithmes ont été proposés pour résoudre ce problème, mais ils se limitent soit à l’évolution d’un caractèredonné (par exemple, un nucléotide précis), ou se focalisent a contrario sur de gros génomes nucléaires (plusieurs milliardsde paires de base), ces derniers ayant connus de multiples événements de recombinaison – le problème étant NP completquand on considère l’ensemble de toutes les opérations possibles sur ces séquences, aucune solution n’existe à l’heureactuelle. Dans cette thèse, nous nous attaquons au problème de reconstruction des séquences ADN ancestrales en nousfocalisant sur des chaînes nucléotidiques de taille intermédiaire, et ayant connu assez peu de recombinaison au coursdu temps : les génomes de chloroplastes. Nous montrons qu’à cette échelle le problème de la reconstruction d’ancêtrespeut être résolu, même quand on considère l’ensemble de tous les génomes chloroplastiques complets actuellementdisponibles. Nous nous concentrons plus précisément sur l’ordre et le contenu ancestral en gènes, ainsi que sur lesproblèmes techniques que cette reconstruction soulève dans le cas des chloroplastes. Nous montrons comment obtenirune prédiction des séquences codantes d’une qualité telle qu’elle permette ladite reconstruction, puis comment obtenir unarbre phylogénétique en accord avec le plus grand nombre possible de gènes, sur lesquels nous pouvons ensuite appuyernotre remontée dans le temps – cette dernière étant en cours de finalisation. Ces méthodes, combinant l’utilisation d’outilsdéjà disponibles (dont la qualité a été évaluée) à du calcul haute performance, de l’intelligence artificielle et de la biostatistique,ont été appliquées à une collection de plus de 450 génomes chloroplastiques. / In Bioinformatics, understanding how DNA molecules have evolved over time remains an open and complex problem.Algorithms have been proposed to solve this problem, but they are limited either to the evolution of a given character (forexample, a specific nucleotide), or conversely focus on large nuclear genomes (several billion base pairs ), the latter havingknown multiple recombination events - the problem is NP complete when you consider the set of all possible operationson these sequences, no solution exists at present. In this thesis, we tackle the problem of reconstruction of ancestral DNAsequences by focusing on the nucleotide chains of intermediate size, and have experienced relatively little recombinationover time: chloroplast genomes. We show that at this level the problem of the reconstruction of ancestors can be resolved,even when you consider the set of all complete chloroplast genomes currently available. We focus specifically on the orderand ancestral gene content, as well as the technical problems this raises reconstruction in the case of chloroplasts. Weshow how to obtain a prediction of the coding sequences of a quality such as to allow said reconstruction and how toobtain a phylogenetic tree in agreement with the largest number of genes, on which we can then support our back in time- the latter being finalized. These methods, combining the use of tools already available (the quality of which has beenassessed) in high performance computing, artificial intelligence and bio-statistics were applied to a collection of more than450 chloroplast genomes.