Plus de quarante ans après la découverte de constituants ponctuels dans le nucléon, sa structure en quarks et gluons (partons) fait toujours l'objet d'études intenses. Certains processus exclusifs (où tous les produits de l'état final sont connus) de leptoproduction ou de photoproduction exclusive de photon ou de méson sur le nucléon permettent d'accéder aux Distributions de Parton Généralisées (GPDs). Ces fonctions paramétrisent la structure complexe du nucléon et contiennent des informations sur l'impulsion longitudinale et la position transverse des partons dans le nucléon. De tels processus exclusifs sont la Diffusion Compton Profondément Virtuelle "genre espace" et "genre temps" (DVCS et TCS respectivement) qui correspondent à la diffusion d'un photon de haute énergie sur un quark du nucléon et sont mesurés respectivement à partir des réactions lN⇾l'N'γ (N = proton ou neutron, l = lepton) et γN⇾N'l+l-. La première partie de cette thèse est une étude expérimentale du DVCS avec les données 2009 de l'expérience COMPASS au CERN. Dans un premier temps, la section efficace de diffusion profondément inélastique est mesurée, de façon à valider la mesure du flux de muons et à déterminer certains effets systématiques dans la recontruction des traces. Ensuite, la section efficace de production exclusive d'un photon est mesurée. Elle contient le processus DVCS (photon émis par un quark du nucléon) et le processus Bethe-Heitler (photon émis par le lepton diffusé) qui ont le même état final. L'étude des bruits de fond a aussi conduit à estimer une limite à la section efficace de production exclusive d'un pion neutre. La seconde partie de la thèse est dédiée à une étude phénoménologique du TCS aux énergies typiques de JLab 12 GeV. Les amplitudes du TCS et du Bethe-Heitler associé sont d'abord calculées. Puis, toutes les asymétries de simple et de double polarisation de la cible et/ou du faisceau linéairement ou circulairement polarisé sont calculées en fonction de diverses contributions de GPDs. Enfin, une méthode d'ajustement est présentée pour extraire les Facteurs de Forme Compton (qui sont des fonctions des GPDs) avec des données et/ou des simulations de DVCS et/ou de TCS. / More than forty years after the discovery of pointlike constituents inside the nucleon, its quarks and gluons structure is still intensively studied. Some exclusive processes (where all the final state products are known) of leptoproduction or of photoproduction of photon or meson off the nucleon provide access to the Generalized Parton Distributions (GPDs). These functions parameterize the complex structure of the nucleon and contain informations about the longitudinal momentum and the spatial transverse distribution of partons inside the nucleon. Such exclusive processes are the "Spacelike" and the "Timelike" Deeply Virtual Compton Scattering processes (DVCS and TCS respectively) which correspond to the scattering of a high-energy photon off a quark in the nucleon and are respectively measured in the reactions lN⇾l'N'γ (N = proton or neutron, l' = lepton) and γN⇾N'l+l- The first part of this thesis is devoted to the experimental study of DVCS, using the 2009 data from the COMPASS experiment at CERN. In a first step, the Deep Inelastic Scattering cross section is measured in order to check the muon flux measurement and to evaluate some systematic effects. Then, the cross section for the exclusive production of a photon is measured. It is made up of the DVCS process (the photon is emitted by a quark) and of the Bethe-Heitler process (the photon is emitted by the scattered lepton) which has the same final state. The study of the background has allowed to estimate in parallel an upper limit for the cross section of the exclusive production of a π° meson. The second part of the thesis is devoted to a phenomenological study of TCS at typical energies for the JLab 12 GeV upgrade. Firstly, the amplitudes for the TCS and for the associated Bethe-Heitler process are derived. Then, all single and double polarization (beam and/or target) observables are calculated as a function of different GPD contributions. Finally, a method is presented to extract the Compton Form Factors (functions of GPDs) from fits on DVCS and/or TCS data and/or simulations.

Background: Subtilin is a peptide antibiotic (lantibiotic) natively produced by Bacillus subtilis ATCC6633. It is encoded in a gene cluster spaBTCSIFEGRK (spa-locus) consisting of four transcriptional units: spaS (subtilin pre-peptide), spaBTC (modification and export), spaIFEG (immunity) and spaRK (regulation). Despite the pioneer understanding on subtilin biosynthesis, a robust platform to facilitate subtilin research and improve subtilin production is still a poorly explored spot. Results: In this work, the intact spa-locus was successfully integrated into the chromosome of Bacillus subtilis W168, which is the by far best-characterized Gram-positive model organism with powerful genetics and many advantages in industrial use. Through systematic analysis of spa-promoter activities in B. subtilis W168 wild type and mutant strains, our work demonstrates that subtilin is basally expressed in B. subtilis W168, and the transition state regulator AbrB strongly represses subtilin biosynthesis in a growth phase-dependent manner. The deletion of AbrB remarkably enhanced subtilin gene expression, resulting in comparable yield of bioactive subtilin production as for B. subtilis ATCC6633. However, while in B. subtilis ATCC6633 AbrB regulates subtilin gene expression via SigH, which in turn activates spaRK, AbrB of B. subtilis W168 controls subtilin gene expression in SigH-independent manner, except for the regulation of spaBTC. Furthermore, the work shows that subtilin biosynthesis in B. subtilis W168 is regulated by the two-component regulatory system SpaRK and strictly relies on subtilin itself as inducer to fulfill the autoregulatory circuit. In addition, by incorporating the subtilin-producing system (spa-locus) and subtilin-reporting system (PpsdA-lux) together, we developed “online” reporter strains to efficiently monitor the dynamics of subtilin biosynthesis. Conclusions: Within this study, the model organism B. subtilis W168 was successfully established as a novel platform for subtilin biosynthesis and the underlying regulatory mechanism was comprehensively characterized. This work will not only facilitate genetic (engineering) studies on subtilin, but also pave the way for its industrial production. More broadly, this work will shed new light on the heterologous production of other lantibiotics.

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Pseudomonas aeruginosa is a Gram-negative, metabolically versatile, opportunistic pathogen that exhibits a multitude of virulence factors, and is extraordinarily resistant to a gamut of clinically significant antibiotics. This ability is in part mediated by two-component systems (TCS) that play a crucial role in regulating virulence mechanisms, metabolism and antibiotic resistance. Our sequence analysis of the P. aeruginosa PAO1 genome revealed the presence of two open reading frames, mifS and mifR, which encodes putative TCS proteins, a histidine sensor kinase MifS and a response regulator MifR, respectively. This two-gene operon was found immediately upstream of the poxAB operon, where poxB encodes a chromosomal ß-lactamase, hinting at the role of MifSR TCS in regulating antibiotic resistance. However, loss of mifSR had no effect on the antibiotic resistance profile when compared to P. aeruginosa parent PAO1 strain. Subsequently, our phenotypic microarray data (BioLOG) and growth profile studies indicated the inability of mifSR mutants to grow in α-ketoglutarate (α-KG), a key tricarboxylic acid (TCA) cycle intermediate, as a sole carbon source. To date, very little is known about the physiology of P. aeruginosa when provided with α-KG as its sole carbon source and the role of MifS and MifR TCS in virulence. Importantly, in the recent years, α-KG has gained notoriety for its newly identified role as a signaling molecule in addition to its conventional role in metabolism. This led us to hypothesize that MifSR TCS is involved in α-KG utilization and virulence in P. aeruginosa. Using mifS, mifR and mifSR clean in-frame deletion strains, our study demonstrates that the MifSR TCS modulates the expression P. aeruginosa kgtP (PA5530) and pcaT (PA0229) genes encoding putative α-KG permeases. In addition, our study shows that the MifSR-regulation of these transporters requires functional sigma factor RpoN (σ54). Loss of mifSR in the presence of α-KG, resulted in differential regulation of P. aeruginosa key virulence determinants including biofilm formation, motility, cell cytoxicity and the production of pyocyanin and pyoverdine. Involvement of multiple regulators and transporters suggests the presence of an intricate circuitry in the transport of α-KG and its importance in P. aeruginosa survival. This is further supported by the α-KG-dependent MifSR regulation of multiple virulence mechanisms. Simultaneous regulation of multiple mechanisms involved in P. aeruginosa pathogenesis suggests a complex mechanism of MifSR action. Understanding the physiological cues and regulation would provide a better stratagem to fight often indomitable P. aeruginosa infections.

Le sous-courant équatorial (EUC), en alimentant l'upwelling équatorial, peut avoir une forte influence sur la température de surface (SST) du Pacifique équatorial Est et donc sur la variabilité associée à El Niño. L'EUC et les cellules de circulation méridienne (shallow subtropical/tropical overturning cells, STCs/TCs) l'alimentant sont étudiés en combinant données in situ et modélisation. Les trajectoires de masses d'eau sont calculées dans des simulations réalistes (le modèle OPA forcé par les vents des réanalyses NCEP sur 1948-1999 ou des satellites ERS sur 1992-1999). Leur analyse met en évidence des cheminements des masses d'eaux propres aux évènements El Niño-La Niña de 1997-1998, avec des recharges et décharges de la bande équatoriale complexes et asymétriques. Cette analyse montre aussi l'apport d'eaux froides par les STCs et l'EUC lors de la brusque transition vers La Niña en mai 1998. Les données de courant et de température des mouillages TAO/TRITON le long de l'équateur à 170°W, 140°W et 110°W sont méthodiquement bouchées sur 1980-2002. On montre que des séries continues du débit, de la température, de la profondeur et de l'énergie cinétique de l'EUC sur toute son extension méridienne peuvent alors être construites. Leur analyse révèle que la forte variabilité interannuelle du débit de l'EUC est une réponse linéaire et quasi-stationnaire à la tension de vent zonale équatoriale intégrée zonalement dans le Pacifique Ouest et central. La température de l'EUC, indispensable pour l'estimation du transport de chaleur, varie elle linéairement avec la différence des profondeurs de la thermocline et de l'EUC dans le Pacifique central. Le modèle numérique, validé entre autre à l'aide des séries de l'EUC, est utilisé pour étudier sur 1951-1999 la circulation équatoriale associée à l'EUC: la convergence dans la pycnocline, l'upwelling équatorial et la divergence en surface à 5°N et 5°S. Leurs variabilités en débit sont quasi-égales à celle de l'EUC, qui est donc un bon indicateur de la force des STCs. Ces variabilités sont principalement causées par la tension de vent zonale intégrée zonalement sur tout le bassin, en accord avec des théories linéaires. Des déphasages avec la SST équatoriale, notamment l'avance de 5 mois de l'upwelling et de la divergence sur la SST, révèlent des relations de cause à effet très intéressantes, confirmées par les bilans de chaleur. La différence de température entre la divergence et la convergence a des variations interannuelles et à plus long-terme égales à celles de la SST équatoriale. Les conséquences sur les bilans et échanges de masse et de chaleur dans la bande équatoriale sont ensuite quantifiées. La variabilité du transport de chaleur méridien associé à la convergence/divergence est due aussi bien aux variations de débit que de température de la convergence et de la divergence. Ainsi, pendant un événement El Niño, la baisse des débits aura tendance à réchauffer la bande équatoriale (recharge), alors que l'augmentation de la différence entre les températures de la divergence et de la convergence aura l'effet contraire (décharge). Pour le Pacifique Est, les variations interannuelles du débit dominent celles de la température de l'EUC pour le transport de chaleur de l'EUC. Les liens avec les théories d'El Niño et sa variabilité décennale sont discutés.