Les amibes sont des protozoaires unicellulaires ubiquitaires dans l'environnement qui se nourrissent des microorganismes qui les entourent. Cependant plusieurs études ont déjà montré que certains de ces microorganismes (bactéries et virus) sont capables d'entrer dans les amibes et de s'y multiplier au lieu d'y être digérés. Cette capacité et l'analogie entre les amibes et les macrophages fait de ces microorganismes de potentiels pathogènes humains. L'utilisation de la technique de coculture sur amibes a donc été développée afin de permettre l'isolement de ces microorganismes. En 2001 elle a permis l'isolement d'un petit coque Gram positif qui sera identifié en 2003 comme étant le premier virus géant isolé : Acanthamoeba polyphaga Mimivirus, pour « mimiking microbe » en référence à sa coloration positive au Gram. La découverte de ce virus associé aux amibes et qualifié de « géant » il y a moins d'une décennie a bouleversé les définitions même de virus. Une taille exceptionnelle de 500 nm, un génome qui dépasse 1 Mb, une particule comportant des ADN et des ARN, autant de caractéristiques originales qui l'ont rendu exceptionnel. Depuis, d'autres virus géants ont été isolés, notamment Marseillevirus, et il est probable que la famille s'étende rapidement maintenant que l'on sait que leur isolement était impossible à cause de leur caractère non filtrable. Des études en métagénomique dans l'environnement ont suggéré une grande ubiquité de ces virus dans l'environnement, notamment hydrique. / Free living amoebas are ubiquitous in the environment and feed on microorganisms. However, several studies have already shown that some of these microorganisms (bacteria and virus) are able to enter the amoeba and multiply within the cell. This capacity and the analogy between amoebas and macrophages allow to think that these microorganisms are potentially human pathogens. The use of the amoeba coculture method was thus developed to allow the isolation of these microorganisms. In 2001 it allow the isolation of a small Gram positive coccus which will be characterized in 2003 as the first isolated giant virus : Acanthamoeba polyphaga Mimivirus. The discovery of this virus less than a decade ago challenged the definition of viruses. An exceptional size of 500 nm, a genome which exceeds 1 Mb, a particle containing DNA and ARN, so many original characteristics which made it exceptional. Since, other giant viruses were isolated, in particular Marseillevirus, and it's likely that the family quickly extends now that we know that their isolation was impossible because of their not filterable character. Environmental metagenomic studies suggested a big ubiquity, particularly into hydric environment. Furthermore the description of virophages, small viruses capable of infecting Mimivirus and behaving towards him as a bacteriophage, contribute to debate on the nature of viruses as well as on their place in the evolution.

Les virus sont ubiquitaires et abondants dans l’environnement. Ils influent fondamentalement sur l’écologie de l’ensemble des écosystèmes et du microbiote humain. Dès 2002, avec la découverte de virus géants d’amibes, la virologie s’est complexifiée. Les Megavirales (nouvel ordre au sein des grands virus nucléocytoplasmiques) ont 10% de gènes homologues aux cellules eucaryotes, et ont la caractéristique singulière d’être infectés par des virophages.Avec l’avènement de la métagénomique, le nombre de métagénomes produits ne cesse de croître de manière exponentielle. C’est ainsi que la virologie a connu un nouvel essor et a pu mieux être étudiée en s’affranchissant des difficultés de culture et d’isolement des virus dans les conditions artificielles de laboratoire. La métagénomique permet d’étudier les communautés microbiennes mais également de découvrir de nouveaux microbes. La bioinformatique est devenue incontournable dans le domaine de la biologie et essentielle pour les biologistes afin de traiter les masses de données et en extraire toute la richesse de l’information biologique nécessaire. La première partie de cette thèse consiste en une revue de la littérature décrivant la bioinformatique au service de la métagénomique virale. La deuxième partie présente la création d’un nouvel outil « MG-Digger » dédié à l’analyse rapide et automatisée de séquences d’intérêts spécifiques dans les métagénomes. La dernière partie se concentre sur l’utilisation de cet outil sur des données issues de projets métagénomiques afin de répondre à des questions biologiques précises, notamment sur les données de l’expédition scientifique TARA à travers les océans. / Viruses are ubiquitous and abundant in the environment and can influence all ecosystems ecology and the human microbiota.Since 2002, with the discovery of giant viruses of amoeba, virology has become more complex and the definition of virus has been called into question, not only because of their phenotypic sizes similar to those of bacteria but also their genomic content exceeding thousand genes. Megavirales, also known as nucleocytoplasmic large DNA viruses, have 10% homologous genes to eukaryotic cells and interestingly can be infected by virophages. With the advent of metagenomic, the number of metagenomes produced is exponentially increasing as well as our understanding of virology which has been studied. Metagenomics studies showed an efficient way to study microbial communities and identify novel viruses without the difficulties of culture and isolation of viruses in artificial laboratory conditions.Metagenomic requires considerable computational and storage resources (Big data processing). Therefore, bioinformatics has become an integral part of research and development in the biomedical sciences by providing tools that handle complex datasets and finally giving the necessary biological information. The first part of this thesis consists of an exhaustive review of the literature describing bioinformatics and viral metagenomics. The second part presents a new "MG-Digger" tool dedicated to the rapid and automated analysis of specific interest sequences in metagenomes. The third part focuses on the use of this tool on metagenomic data to answer to specific biological questions, including data from the TARA scientific expedition across the oceans.

Les virus géants sont un groupe de virus ADN double brin caractérisés par une taille géante du virion et du génome, et un répertoire de gènes qui comprend environ 450 à 2500 gènes prédits. Une proportion importante de ces gènes (jusqu'à 93%) sont des 'ORFans', ou codent pour des protéines de fonction inconnue. Acanthamoeba polyphaga mimivirus est le premier virus géant découvert, il y a une décennie, par co-culture sur Acanthamoeba spp. Il est le membre prototype de la famille Mimiviridae. Le génome de Mimivirus code pour environ 1000 protéines, parmi lesquelles ~50% n'ont pas d'homologue connu dans les banques de séquences publiques. La capside de Mimivirus a un diamètre d'environ 500 nm et est couverte par une couche dense de fibres, à l'exception de l'un de ses sommets. Ces fibres sont d'environ 130 nm de longueur et se composent d'une tige souple et d'une tête de forme globulaire.Dans ce travail de thèse, nous avons cherché à étudier les gènes impliqués dans la formation des fibres de Mimivirus. Dans ce but, nous avons notamment exprimé des gènes candidats dans E. coli, et nous avons mis au point une stratégie qui a utilisé l'interférence ARN afin d'étudier la fonction et la structure des protéines de Mimivirus. Nous avons annoté quatre protéines associées aux fibres. La stratégie utilisant les petits ARN interférant appliquée ici est originale et a été utilisée pour la première fois pour les virus géants qui infectent les amibes. Elle pourrait permettre de décrypter la fonction des gènes des mimivirus et d'annoter potentiellement des centaines de protéines présentes dans les bases de données publiques, et de différencier l'ADN poubelle des gènes réellement utilisés. / Giant viruses are a group of double stranded DNA viruses that are characterized by a giant virion and genome size, and gene repertoires encompassing approximately 450 to 2500 predicted genes. A substantial proportion of these genes (up to 93%) consists in ORFans, or encodes proteins with unknown functions. Acanthamoeba polyphaga mimivirus is the first giant virus that was discovered, a decade ago, after co-culturing on Acanthamoeba spp. It is the prototype member of the family Mimiviridae. Mimivirus encodes about 1000 proteins, among which ~50% have no known homolog in public sequence databases. The Mimivirus capsid is about 500 nm in diameter and is covered by a dense layer of fibers, except at one of its vertices. These fibers are about 130 nm in length and consist of a soft shaft and a globular shaped head.In this thesis work, we aimed to study the genes involved in the formation of the Mimivirus fibers. For this purpose, we have expressed candidate genes in E. coli, and implemented a strategy that used RNA interference to study the function and structure of Mimivirus proteins. We then succeeded in annotating four proteins as fiber associated proteins. The short interfering RNA strategy that we applied here is original and has been used for the first time in giant viruses that infect amoeba. It could allow deciphering the function of the mimivirus gene repertoires and help annotating hundreds of proteins without known function found in public databases and differentiate between junk DNA and truly used genes.