Les représentants de l'ordre des Thermotogales se trouvent généralement dans les puits pétroliers et les sources hydrothermales aquatiques et terrestres. Récemment, des études moléculaires basées sur l'analyse des gènes codant l'ARNr 16S ont prouvé l'existence de représentants thermophiles, mais également mésophiles de cet ordre dans les boues de bioréacteurs et dans les sédiments contaminés par des composés toxiques. Les expériences que nous avons conduites pour traiter notamment le lactosérum en présence de phosphogypse ou de sulfate dans des bioréacteurs anaérobies mésothermiques nous ont permis de mettre en évidence de nouvelles populations de bactéries et plus précisément de Thermotogales par des approches moléculaires et culturales, avec la description de deux nouveaux genres, « Mesotoga sulfurireducens » et Defluviitoga tunisiensis. En ce qui concerne « M. sulfurireducens», il correspond à la première bactérie mésophile isolée chez les Thermotogales avec un métabolisme original centré sur la sulfo-réduction. Toujours dans le but de traiter le phosphogypse, mais cette fois-ci en utilisant les margines comme composantes organiques dans le procédé anaérobie, une nouvelle espèce du genre Fusibacter a pu être isolée, F. tunisiensis. Globalement, nos résultats démontrent le rôle important joué par les Firmicutes fermentaires et sulfato-réductrices (ordre des Clostridiales) et celui des Proteobacteria sulfato-réductrices (deltaproteobacteria) chez les Bacteria, mais également par les Methanoarchaea acétoclastes aux côtés des Thermotogales dans la digestion anaérobie de la matière organique lorsque les effluents sont riches en sulfate. / The representatives of the order Thermotogales are usually found in oil reservoirs and hot aquatic and terrestrial springs. Recently, the existence of thermophilic and mesophilic representatives of the Thermotogales was proved by analysis of SSU rRNA genes of clones from bioreactors sludges and sediments contaminated by toxic compounds.Experiments which were led to treat lactoserum in the presence of phosphogypsum or sulphate in the mesothermic anaerobic digesters permitted to detect new populations of bacteria, in particular, Thermotogales by molecular and cultural approaches, with the description of two new genera, “Mesotoga sulfurireducens” and “Defluviitoga tunisiensis”. “Mesotoga sulfurireducens” is the first mesophilic bacterium isolated in the order of Thermotogales with an original metabolism axed on sulfo-reduction. During the treatment of phosphogypsum in the presence of margines as organic compounds in the anaerobic processus, a new species of Fusibacter was isolated: F.tunisiensis, sp. nov.Our results show the important role played by fermentative and sulphate-reducing Firmicutes (order Clostridiales) and sulphate-reducing Proteobacteria (deltaproteobacteria) within the Bacteria, but also by the acetoclastic Methanoarchaea beside Thermotogales in the anaerobic digestion of organic matter when the effluents are rich in sulphate.

Notre connaissance de la diversité virale associée aux microorganismes procaryotiques issus des sources hydrothermales océaniques profondes demeure encore limitée. Peu d’études se sont intéressées à l’abondance virale ou à l’impact des virus sur la mortalité microbienne au sein de ces écosystèmes. Le nombre de virus caractérisés, issus de ces environnements, reste faible. Deux virus, PAV1 et TPV1, associés à des archées hyperthermophiles anaérobies appartenant à l’ordre des Thermococcales ont été décrits dans notre laboratoire. Afin de poursuivre nos recherches sur la diversité virale infectant les microorganismes hydrothermaux marins, l’ordre bactérien des Thermotogales a été ciblé. Cet ordre est composé de bactéries chimioorganotrophes anaérobies pour la plupart hyper/thermophiles. Elles partagent la même niche écologique que les Thermococcales et sont métaboliquement proches. De nombreux transferts latéraux de gènes ont, par ailleurs, contribué à l’histoire évolutive des Thermotogales, subodorant l’implication potentielle de virus. La présence de séquences CRISPR a également été rapportée au sein de plusieurs génomes de Thermotogales, suggérant que les Thermotogales sont ou ont certainement déjà été exposées à des infections virales. Pour autant, à ce jour, les seuls éléments génétiques mobiles à avoir réellement été décrits chez les Thermotogales sont 3 miniplasmides et aucun virus. Une cinquantaine de souches de Thermotogales provenant majoritairement de la collection de notre laboratoire (Souchothèque de Bretagne et Collection Ifremer) a été passée au crible quant à la présence d’éventuels bactériovirus associés. A l’issue de ce criblage, des éléments à ADN extra-chromosomiques, incluant 2 plasmides et 7 bactériovirus (du type Siphoviridae) ont été découverts au sein de souches appartenant aux genres Thermosipho et Marnitoga. Des analyses préliminaires ont été réalisées sur ces différents éléments et l’un des nouveaux systèmes hôte/virus a été caractérisé en détail. MPV1 (Marinitoga piezophila virus 1) est un siphovirus-like tempéré isolé d’une bactérie piezophile, il constitue le premier bactériovirus associé à l’ordre des Thermotogales. La souche hôte est piezophile mais aisément cultivable à pression atmosphérique au terme de plusieurs repiquages. Si l’essentiel des analyses a été mené à pression atmosphérique, la production virale s’est avérée tout à fait effective à pression hydrostatique. Nous avons réalisé les analyses de la séquence complète du génome MPV1 (43,7 kb, extrait des capsides virales purifiées) et sa comparaison avec le provirus présent au sein du génome séquencé de Marinitoga piezophila KA3. Les analyses de ce génome viral ont suggéré une proximité évolutive de MPV1 avec les bactériovirus de Firmicutes. Nous avons également mis en évidence que le bactériovirus partage son hôte avec un élément génétique extra chromosomique circulaire de 13,3 kb (pMP1). Ce « ménage à 3 » est surprenant dans le sens où l’élément de 13,3 kb, contenant 13 ORF de fonctions majoritairement inconnues, utilise les capsides virales afin de se propager. Ceci pourrait, ainsi, illustrer un nouvel exemple de piratage moléculaire. / Our knowledge of the viral diversity associated to procaryotic microorganisms inhabiting the deep sea hydrothermal vents is still limited. Only few studies have focused on viral abundance and impact on microbial mortality within these ecosystems. A limited number of viruses from these environments were isolated and characterized. Two viruses, PAV1 and TPV1, associated to hyperthermophilic anaerobic Archaea, Thermococcales order, have ever been described in our laboratory. The topic of this phD thesis was to extend our investigation to other deep sea vent microorganisms in order to deepen our knowledge on the marine hydrothermal virosphere. We decided to focus more precisely on the bacterial order of Thermotogales. This order is composed of anaerobic chemoorganotrophic bacteria that are, for almost, hyper/thermophilic. They share the same ecological niche as the Thermococcales and are metabolically close. Numerous lateral gene transfers have contributed to the evolutionary history of the Thermotogales, implying the potential involvement of viruses. The presence of CRISPRs has also been reported in many genomes, suggesting that Thermotogales certainly are or have been exposed to viral infections. However, up till now, only 3 miniplasmids have been described within Thermotogales and no viruses. Fifty strains of Thermotogales, mostly from the LM2E culture collection (Ifremer and “UBOCC”), were screened for the presence of potential bacteriovirus. Extrachromosomal DNA elements, including 2 plasmids and 7 bacterioviruses (siphovirus-like), were discovered amongst strains belonging to both Thermosipho and Marinitoga genera. Preliminary studies were performed on these elements and one of the new virus-host systems was characterized in details. MPV1 (Marinitoga piezophila virus 1) is a temperate siphovirus-like isolated from a piezophilic bacterium, it is the first bacteriovirus associated to the Thermotogales order. This host strain is piezophilic but easily cultivable at atmospheric pressure after several subcultures. Whether most experiments were performed at atmospheric pressure, the viral production appeared to be effective at hydrostatic pressure. We reported the analyses of the complete sequence of the MPV1 genome (43.7 kb, extracted from purified virions) and its comparison to the provirus present in the sequenced genome of Marinitoga piezophila KA3. Analyses of the viral genome suggested a close evolutionary relationship of MPV1 to Firmicutes bacterioviruses .We also reported that this bacteriovirus shares its host with a circular extrachromosomal genetic element of 13.3 kb (pMP1). This ‘ménage à trois’ is surprising in the sense where the 13.3kb element, that contains 13 ORFs of mostly unknown function, uses the viral capsid to propagate. Therefore, it would likely correspond to a new example of molecular piracy.

Nos connaissances sur la diversité virale associée aux micro-organismes présents dans les sources hydrothermales océaniques profondes restent encore limitées. Seules quelques études concernant l’abondance virale et l’impact de ceux-ci sur la mortalité microbienne dans ces écosystèmes sont disponibles. En effet, seuls 6 bactériovirus et 2 archéovirus provenant de ces écosystèmes ont été caractérisés à l’heure actuelle. Les deux archéovirus infectent des archées anaérobies hyperthermophiles appartenant à l’ordre des Thermococcales et ont été décrits au laboratoire.Afin d’étendre nos connaissances sur la diversité virale associée aux micro-organismes colonisant ces environnements, il a été décidé d’élargir les recherches à l’ordre bactérien des Thermotogales. Cet ordre bactérien est composé de bactéries chimio-organotrophes anaérobies en majorité thermophiles ou hyperthermophiles. De nombreux transferts latéraux de gènes ont contribué à l’histoire évolutive des Thermotogales supposant une forte implication des virus dans celle-ci. Ces travaux de thèse ont permis la caractérisation fonctionnelle et génomique de deux nouveaux siphovirus, MCV1 et MCV2, infectant deux souches de Marinitoga camini. Ces souches ont été isolées de deux sites hydrothermaux profonds (Menez Gwen et Lucky Strike) au niveau de la dorsale médio-atlantique. Ces virus mettent en oeuvre un cycle lysogénique avec une production basale sans induction relativement haute (>107 virions/ml). Une comparaison de ces deux génomes viraux à celui de MPV1, virus précédemment isolé de Marinitoga piezophila, a été réalisée, révélant la présence de nombreuses similarités. Un core genome de 35 ORFs partagé par ces trois génomes a été identifié, incluant des protéines impliquées dans le métabolisme de l’ADN, l’assemblage des virions et le cycle lysogénique. Des protéines hypothétiques ont aussi été identifiées parmi ces gènes communs, elles portent donc probablement des fonctions importantes pour ces bactériovirus. Par ailleurs, 60% des gènes de ces virus ayant une correspondance dans les bases de données, après exclusion des Thermotogales, partagent des similarités avec lesFirmicutes et les bactériovirus qui leurs sont associés. Le génome d’une autre Thermotogales, Thermosipho sp. AT1244-VC14 a été étudié ainsi que son système CRISPR-cas. Ces résultats indiquent que cette souche, qui porte un système CRISPR-cas qui semble complet et fonctionnel, a probablement déjà été infectée par MCV1, MCV2 ou un virus similaire. Ces travaux permettent d’étendre nos connaissances sur les virus portés par les bactéries du phylum Thermotogae, encore peu décrits à ce jour. Les éléments génétiques mobiles associés à ce phylum sont particulièrement intéressants car ils ont probablement eu un impact important dans l’évolution de ces communautés microbiennes ainsi que dans leur adaptation aux conditions physico-chimiques extrêmes et fluctuantes présentes dans les écosystèmes qu’elles colonisent. / Our knowledge of the viral diversity associated to microorganisms inhabiting the deep-sea hydrothermal vents is still limited. Only a few studies have focused on viral abundance and impact on microbial mortality within these ecosystems. A limited number of viruses (6 bacterioviruses and 2 archaeoviruses) were isolated from these environments and characterized. Two viruses associated to hyperthermophilic anaerobic Archaea, from the Thermococcales order, have been described in our laboratory. In order to deepen our knowledge on the viral diversity of these extreme environments, we have extended our investigation to the bacterial order of Thermotogales. This order is composed of anaerobic chemoorganotrophic bacteria that are, for the most part, hyper/thermophilic. Numerous lateral gene transfers have contributed to the evolutionary history of the Thermotogales, implying the potential involvement of viruses. Here, we will report the characterization of two new siphoviruses MCV1 and MCV2 that infect two strains of Marinitoga camini. Those bacterial strains were isolated from two deep-sea hydrothermal vents sites (Menez Gwen and Lucky strike) in the Mid Atlantic Ridge. These viruses are temperate with a high basal production of virions (>107 virions/mL). Comparative genomics with MPV1, a virus isolated from M. piezophila, was performed and show that those bacterioviruses share numerous similarities. A set of “core genes” shared by all these three viruses was identified and includes proteins involved in DNA metabolism, head and tail assembly and lysogenic cycle. Shared hypothetical proteins were also identified, suggesting that these unknown proteins probably provide important functions for these viruses. Interestingly, for genes with blastp matches in Genbank, over 60% have their top matches, outside the Thermotoga, to genes from Firmicutes and bacterioviruses associated to Firmicutes. We also analyzed the genome of Thermosipho sp. 1244 and studied his CRISPR-cas system. Our results indicated that thisThermosipho strain, with a complete and functional CRISPR-cas system, had already been infected by MCV1, MCV2 or a similar virus. The analyses presented here extend our knowledges about these newly discovered viruses in the deeply branching bacterial phylum Thermotogae. This bacterial order and associated mobile genetic elements are significant for addressing long-term evolutionary adaptation to fluctuant and extreme physicochemical conditions.