Les alcanes sont les composés principaux des cires cuticulaires et de ce fait, jouent un rôle prépondérant dans l’organisation et dans les fonctions protectrices de la cuticule, la couche lipidique recouvrant les parties aériennes des plantes. La caractérisation du mutant cer1 d’Arabidopsis, présentant une réduction drastique des alcanes et des molécules qui en dérivent, a permis de suggérer l’implication de la protéine CER1 dans la formation de ces composés. Au cours de notre étude, la génération de plantes transgéniques exprimant CER1 de manière ectopique a permis de démontrer une corrélation positive entre le niveau d’expression du gène et la quantité d’alcanes présents à la surface des plantes indiquant le rôle crucial de CER1 dans la synthèse de ces molécules. Le jeu de plantes transgéniques obtenues a également permis d’explorer la fonction de CER1 et le rôle des alcanes au cours du développement ainsi que dans la réponse des plantes aux contraintes de l’environnement, révélant leur implication prépondérante pour la résistance au stress hydrique. D’autre part l’absence de complémentation fonctionnelle du mutant cer1 par des formes de CER1 mutées au niveau des clusters d’histidines a montré qu’ils constituent, au moins en partie, le site catalytique de l’enzyme. Afin de caractériser la fonction biochimique de CER1, la recherche de ses partenaires métaboliques a été menée par une approche de double hybride split-ubiquitine chez la levure. Cette étude a révélé l’interaction physique de CER1 avec CER3, une protéine de fonction inconnue impliquée dans le métabolisme des cires. La co-expression des deux protéines dans des cellules de levures manipulées pour produire des acyl-CoAs à très longues chaînes a abouti à la première reconstitution de la voie de synthèse des alcanes à très longues chaînes décrite à ce jour, établissant que CER1 et CER3 forment un complexe enzymatique capable de produire des alcanes à partir des acyl-CoAs. D’autre part, l’étude des autres partenaires protéiques de CER1 a permis de commencer à déchiffrer les mécanismes enzymatiques associés au complexe CER1/CER3 ainsi que de mettre en évidence de nouveaux acteurs potentiels du métabolisme et du transport des cires. / Protective functions of the cuticle, the hydrophobic layer covering aerial parts of terrestrial plants. The characterisation of the Arabidopsis cer1 mutant, showing a dramatic decrease of alkanes and its derivates, suggested that CER1 is involved in alkane formation. In our study, the generation of transgenic plants misexpressing CER1 showed a positive correlation between the gene expression level and the alkane amount, strongly sustaining the presumed role of CER1 as an alkane-forming component. Further analyses of the set of transgenic plants provided information about CER1 and alkanes roles during plant development as well as plant/environment interactions, demonstrating their crucial involvement in the resistance to hydric stress. Moreover, the inability of histidines mutated form of CER1 to functionally complement the cer1 mutant indicated that histidine-clusters are part of the catalytic site of this enzyme. To characterize the biochemical function of CER1, a search for its metabolic protein partners was conducted in the yeast two-hybrid split-ubiquitin system for membrane proteins. This approach revealed a physical interaction of CER1 with CER3, a protein of unknown function involved in wax metabolism. Co-expression of the two proteins in yeast cells manipulated to produce very long chain (VLC) acyl-CoAs allows the first reconstitution of the VLC-alkane synthesis pathway described so far, demonstrating that CER1 and CER3 form an enzymatic complex catalyzing the conversion of VLC-acyl-CoAs to VLC-alkanes. In addition, the characterisation of CER1 partners began to address the enzymatic mechanisms associated to the CER1/CER3 complex activity and revealed new putative actors of wax synthesis and transport.

Diese Arbeit charakterisiert die Solvatation des organischen Farbstoffes Coumarin 153 in Gemischen aus jeweils einem Alkan und einem Alkohol. Dabei werden Methoden der statischen und zeitaufgeloesten optischen Spektroskopie sowie klassische molekulardynamische Simulationen fuer die Untersuchungen angewendet. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass der Farbstoff im Gemisch selektiv durch den Alkohol solvatisiert ist. Die Staerke dieser Solvatation ist für den elektronischen Grund- und Anregungszustand des Farbstoffes unterschiedlich. Aus diesem Grund wird die Solvatationsdynamik in Alkohol/Alkan Gemischen durch einen Translationsdiffusionsprozess bestimmt. Die molekulardynamischen Simulationen veranschaulichen die selektive Solvatation des Coumarin 153 in einem Methanol/Hexan Gemisch. Die Solvathuelle enhaelt im Anregungszustand des Farbstoffes bis zu dreimal mehr Molekuele als im Grundzustand. Im Unterschied zur Solvatation in reinem Methanol spielen spezifische Bindungen wie Wasserstoffbrueckenbindungen in einem Methanol/Hexan Gemisch eine wesentliche Rolle.

Unspecific peroxygenase (EC 1.11.2.1) represents a group of secreted hemethiolate proteins that are capable of catalyzing the selective mono-oxygenation of diverse organic compounds using only H2O2 as a cosubstrate. In this study, the peroxygenase from Agrocybe aegerita (AaeUPO) was found to catalyze the hydroxylation of various linear (e.g n-hexane), branched (e.g. 2,3-dimethylbutane) and cyclic alkanes (e.g. cyclohexane). The size of n-alkane substrates converted by AaeUPO ranged from gaseous propane (C3) to n-hexadecane (C16). They were mono-hydroxylated mainly at the C2 and C3 position, rather than at the terminal carbon, and the corresponding ketones were formed as a result of overoxidation. In addition, a number of alkenes were epoxidized by AaeUPO, including linear terminal (e.g. 1-heptene), branched (2-methyl-2-butene) and cyclic alkenes (e.g. cyclopentene), as well as linear and cyclic dienes (buta-1,3-diene, cyclohexa-1,4-diene). Furthermore, the conversion of terminal alkynes (e.g. 1- octyne) gave the corresponding 1-alkyn-3-ol in low yield. Some of the reactions proceeded with complete regioselectivity and - in the case of linear alkanes, terminal linear alkenes and alkynes - with moderate to high stereoselectivity. The conversion of n-octane gave (R)-3-octanol with 99% enantiomeric excess (ee) and the preponderance of the (S)-enantiomer reached up to 72% ee of the epoxide product for the conversion of 1-heptene. Catalytic efficiencies (kcat/ Km) determined for the hydroxylation and respectively epoxidation of the model compounds cyclohexane and 2-methyl-2-butene were 2.0 × 103 M-1 s-1 and 2.5 × 105 M−1 s−1. The results obtained in the deuterium isotope effect experiment with semideuterated n-hexane and the radical clock experiment with norcarane clearly demonstrated that the hydroxylation of alkanes proceeds via hydrogen abstraction, the formation of a substrate radical and a subsequent oxygen rebound mechanism. Moreover, stopped-flow experiments and substrate kinetics proved the involvement of a porphyrin radical cation species (compound I; AaeUPO-I) as reactive intermediate in the catalytic cycle of AaeUPO, similar to other hemethiolate enzymes (e.g. cytochrome P450 monooxygenases, P450s). / Die Gruppe der Unspezifischen Peroxygenasen (EC 1.11.2.1) umfasst extrazelluläre Häm-Thiolat-Enzyme, die mittels H2O2 als Cosubstrat die selektive Monooxygenierung unterschiedlicher organischer Verbindungen katalysieren. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die von Agrocybe aegerita sekretierte Peroxygenase (AaeUPO) verschiedene lineare (z. B. n-Hexan), verzweigte (z. B. 2,3-Dimethylbutan) und zyklische Alkane (z. B. Cyclohexan) hydroxyliert. Die Größe der von der AaeUPO umgesetzten Substrate reichte vom gasförmigen Propan (C3) bis hin zu n-Hexadekan (C16). Die Alkane wurden bevorzugt am zweiten und dritten Kohlenstoffatom (C2 und C3) hydroxyliert; eine Hydroxylierung am terminalen Kohlenstoff konnte nur vereinzelt und in geringem Umfang beobachtet werden. Die Überoxidationen der primär gebildeten, sekundären Alkohole führte außerdem zur Entstehung der entsprechenden Ketonderivate. Darüber hinaus wurde eine Vielzahl linearer terminaler (z. B. 1-Hepten), verzweigter (z. B. 2-Methyl-2-Buten) und zyklischer Alkene (z. B. Cyclopenten) sowie linearer und zyklischer Diene (1,3-Butadien, 1,4-Cyclohexadien) durch die AaeUPO epoxidiert. Die Umsetzung terminaler Alkine (z. B. 1-Octin) führte zur Entstehung der jeweiligen 1-Alkin-3-ole. Manche dieser Reaktionen verliefen ausgeprägt regioselektiv und, im Falle der linearen Alkane sowie der linearen terminalen Alkene und Alkine, mit mittlerer bis hoher Stereoselektivität. So ergab beispielsweise die Umsetzung von n-Octan einen Enantiomerenüberschuss größer 99% für (R)-3-Octanol; die Epoxidierung von 1-Hepten lieferte einen Enatiomeerenüberschuss (ee) von bis zu 72% für das (S)-Enantiomer. Die katalytischen Effizienzen, die für die Hydroxylierung bzw. Epoxidierung der Modellverbindungen Cyclohexan und 2-Methyl-2-Buten ermittelt wurden, betragen 2.0 × 103 M-1 s-1 und 2.5 × 105 M−1 s−1. Der ausgeprägte Deuterium-Isotopen-Effekt, der im Zuge der Umsetzung von semideuteriertem n-Hexan beobachtet wurde sowie die Ergebnisse des Radical-Clock-Experiments mit Norcarane als Substrat bestätigten, dass die Hydroxylierung von Alkanen über Wasserstoffabstraktion, die Bildung eines Substratradikals und anschließende direkte Sauerstoffrückbindung verläuft. Die Stopped-Flow-Experimente belegen zudem das Auftreten eines Porphyrin-Kationradikal-Intermediates (Compound I; AaeUPO-I) im katalytischen Zyklus der AaeUPO (vergleichbar mit dem reaktiven Intermediat der P450-Monooxygenasen).

Cette thèse a pour but de développer de nouveaux procédés catalytiques en combinant de réactifs de l’iode hypervalent avec des complexes de rhodium(II).Le premier chapitre concerne l’observation de l’époxyde comme produit secondaire inatendu dans les conditions de transfert de nitrène catalytique, et le développement d’une nouvelle méthode de préparation d’époxydes qui combine un réactif de l’iode hypervalent(III) et un complexe de dirhodium(II). Le second chapitre vise le développement d’une méthode d’amination C(sp³)–H benzylique intermoléculaire énantiosélective,en utilisant un nouveau complexe de rhodium chiral et un nouveau sulfamate benzylique et l’application de cette méthode à grande échelle et sur des produits complexes.Le dernier chapitre du manuscrit décrit une réaction d’amination régiosélective de liaisons C(sp³)–H non activées d’alcanes par catalyse au rhodium (II), en utilisant une quantité stoechiométrique d’alcanes comme substrats. / This thesis describes the development of new catalytic processes by combining hypervalent iodine reagents with rhodium (II) complexes.The first chapter concerns the observation of the epoxide as a unexpected product under catalytic nitrene transfer conditions, and the development of a new method to promote the epoxidation of alkenes by combining a reagent of hypervalent iodine (III) and a complex of dirhodium (II).The second chapter is centered on the development of a general method forasymmetric intermolecular benzylic C(sp³)–H amination by combining a chiral rhodium (II) catalyst and a benzyl sulfamate, and the application of this method on large scale.The third part of this work show the development of a regioselective C(sp³)–H amination of unactivated alkane by rhodium (II) catalysis, using a stoichiometric amount of alkane as the substrate.

<p>The present work is focused on the synthesis of small-scale (modular processes) to produce olefins from light alkane resources in shale gas.</p> <p>Olefins, which are widely used to produce important chemicals and everyday consumer products, can be produced from light alkanes - ethane, propane, butanes etc. Shale gas is comprised of light alkanes in significant proportion; and is available in abundance. Meanwhile, shale gas wells are small sized in nature and are distributed over many different areas or regions. In this regard, using shale gas as raw material for olefin production would require expensive transportation infrastructure to move the gas from the wells or local gas gathering stations to large central processing facilities. This is because existing technologies for natural gas conversions are particularly suited for large-scale processing. One possible way to take advantage of the abundance of shale resource for olefins production is to place small-sized or modular processing plants at the well sites or local gas gathering stations.</p> <p>In this work, new process concepts are synthesized and studied towards developing simple technologies for on-site and modular processing of light alkane resources in shale gas for olefin production. Replacing steam with methane as diluent in conventional thermal cracking processes is proposed to eliminate front-end separation of methane from the shale gas processing scheme. Results from modeling studies showed that this is a promising approach. To eliminate the huge firebox volume associated with thermal cracking furnaces and allow for a compact cracking reactor system, the use of electricity to supply heat to the cracking reactor is considered. Synthesis efforts led to the development of two electrically powered reactor configurations that have improved energy efficiency and reduced carbon footprints over and compare to conventional thermal cracking furnace configurations.</p> <p>The ideas and results in the present work are radical in nature and could lead to a transformation in the utilization of light alkanes, natural gas and shale resources for the commercial production of fuels and chemicals.</p>

Afin de réduire la quantité d’hydrocarbures déversés dans le milieu marin, les navires de la flotte marchande et, depuis peu, les navires militaires sont tenus de contrôler leurs rejets huileux. Par exemple, seules les eaux de cales dont la concentration en huile (indice hydrocarbure) est inférieure à 15 ppmv peuvent être déversées en mer (Marpol 73/78). Au-delà de cette teneur, et si le stockage à bord n’est pas envisageable, un traitement avant rejet devient alors inévitable. Cependant, les traitements actuels des eaux de cales se sont avérés jusqu’ici insuffisants. La photocatalyse hétérogène, méthode largement utilisée dans le cas du traitement d’effluents gazeux et liquides, a ainsi été proposée dans ce travail. L’abattement de l’indice hydrocarbure a été suivi par analyse GC-MS. Dès lors, après avoir mis en évidence la faisabilité et les limites du procédé batch, un réacteur photocatalytique à aération diffusée (DAPR) a été développé afin de remédier au manque d’oxygène dissous de l’effluent réel. Comparativement au traitement dans le réacteur batch, une meilleure efficacité de la dégradation a été observée dans le DAPR. Cependant, l’analyse parallèle (ATD-GC-MS) de l’évolution de la composition de la phase gazeuse a montré qu’une quantité non négligeable de composés organiques volatils (COV) y étaient alors émis. Enfin, les nalcanes ont été identifiés comme étant les composés les plus réfractaires au traitement photocatalytique et le pentadécane a alors été choisi comme polluant modèle des eaux de cales pour une analyse cinétique. / In order to reduce the marine oil pollution, ships have to control their hydrocarbon dumping at sea. For example, only bilge water that has a hydrocarbon oil index less than 15 ppmv can be discharged at sea (Marpol 73/78). Otherwise, effluents have to be stored on board or treated. In this study, heterogeneous photocatalysis was proposed as an alternative method to the current treatments that are still not efficient enough. Oil removal was monitored by GC-MS analysis. Then, by demonstrating the feasibility and limitations of the batch process, we developed a diffused aeration photocatalytic reactor (DAPR). In this case, better results were obtained than in the batch reactor because the problem of the lack of dissolved oxygen in the real effluent was solved by supplying air continuously. However, volatile organic compounds were then found by monitoring (ATD-GC-MS) the evolution of the gaseous phase composition. Finally, we showed that linear alkanes were the most resistant compounds to the photocatalytic treatment and thereby, pentadecane was chosen as a model pollutant of bilge water for a kinetic study.

L'activation de molécules inertes telles que les alcanes constitue l'un des défis les plus difficiles en catalyse, du fait de la grande stabilité de la liaison C-H. Pour répondre aux principes de la chimie verte, les méthodes de fonctionnalisation doivent respecter un certain nombre d'exigences, telles que l'utilisation de solvants et de réactifs non toxiques, la réduction des apports énergétiques, en association avec une activité élevée. Afin de satisfaire ces conditions, nous nous sommes dirigés vers l'utilisation d'un système enzymatique. En effet, les liaisons C-H non activées peuvent être fonctionnalisées en conditions douces par des monooxygénases, telles que les cytochromes P450, mais leur activité est relativement faible. Dans le but de disposer de cytochromes P450 plus actifs sur les alcanes, nous décrivons la fusion entre un membre de la famille des CYP153 et un partenaire donneur d'électrons. Cette protéine de fusion a été caractérisée, et ses propriétés catalytiques étudiées. Nous avons montré que la fusion augmente de manière considérable l'activité alcane hydroxylase. Nous avons, dans un second temps, continué d'exploiter le fort potentiel de ce biocatalyseur en tentant de réduire le volume de son site actif par mutagénèse dirigée, en vue de l'hydroxylation des alcanes gazeux, notamment le méthane. Enfin, différentes modifications des conditions réactionnelles nous ont permis d'atteindre une activité non égalée pour l'hydroxylation terminale de l'octane. / Activation of inert molecules such as alkanes is considered as one of the most difficult challenges in catalysis, due to the high stability of the C-H bond. To comply with the principles of green chemistry, functionalization methods must respect multiple requirements, such as the use of non-toxic solvents and reagents, in addition to reducing energy usage whilst maintaining maximal activity. To satisfy these conditions, we decided to focus on the use of an enzymatic system. Indeed, unactivated C-H bonds can be functionalized under mild conditions by monooxygenases, such as cytochrome P450s, but their activity is relatively limited. In order to have cytochrome P450s more active on alkanes, we describe the fusion between a member of the CYP153 family and an electron donor partner. This fusion protein has been characterized and its catalytic properties studied. We have shown that the fusion increases significantly the alkane hydroxylase activity. Our second step was to continue to exploit the potential of this biocatalyst by attempting to reduce the volume of its active site using site-directed mutagenesis for the hydroxylation of gaseous alkanes, including methane. Finally, various modifications of the reaction conditions allowed us to achieve the terminal hydroxylation of octane with a previously unequalled activity.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese von Pincer-Ligandenvor-läufern mit fluorierten Alkylketten –(CH2)2Rf6 (Rf6 = C6F13) an Sauerstoff- bzw. Phosphorhaftatomen. Darüber hinaus stehen die Bildung hochfluorierter Lithium-, Palladium-, Ruthenium- sowie Aluminium-Pincer-Komplexe und die Reaktivitäts-studien für diese neuartigen Komplexe im Fokus. Für vergleichende Untersuchungen war ebenso die Synthese der analogen, nicht fluorierten Verbindungen von Interesse. Eine Mischung aus in situ hergestelltem (NC5H3)-1,3-(CH2P((CH2)2(CF2)5CF3)2)2 (13) und [Ru(2Me-C3H4)2(cod)] kann die Dehydrogenierung von Cyclooctan bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen von 80 °C katalysieren. Interessant ist die je nach Lösungsmittel unterschiedliche Produktbildung. Die Lithium- und Aluminiumkomplexe [Li(C6H3-2,6-(CH2O(CH2)2(CF2)5CF3)2)] (21), [Li(C6H3 2,6 (CH2OCH3)2)] (22), [Al((C6H3)-2,6-(CH2O(CH2)2(CF2)5CF3)2)(CH3)2] (28), [Al((C6H3)-2,6-(CH2OCH3)2)I2] (29), [Al((C6H3)-2,6-(CH2O(CH2)2(CF2)5CF3)2)I2] (31) wurden erfolgreich synthetisiert und charakterisiert. Mittels [Al((C6H3)-2,6-(CH2O(CH2)2(CF2)5CF3)2)I2] (31) konnten diverse aromatische Verbindungen wie Benzol, Toluol oder Pentafluorbenzol dehydrogenierend gekuppelt werden. Weiterhin wurden die Palladiumkomplexe [Pd(Cl)((C6H3)-2,6-(CH2O(CH2)2(CF2)5CF3)2)] (34) und [Pd(NCCH3)((C6H3)-2,6-(CH2O(CH2)2(CF2)5CF3)2)][PF6] (36), [Pd(Cl)((C6H3)-2,6-(CH2OCH3)2] (37) und [Pd(NCCH3)((C6H3)-2,6-(CH2OCH3)2][PF6] (38) hergestellt und charakterisiert. / The current thesis is concerned with the syntheses of pincer ligand precursors with fluorinated alkyl chains –(CH2)2Rf6 (Rf6 = C6F13), the so called „ponytails“, at oxygen or phosphorous donor atoms. Furthermore, this work focuses on the formation of highly fluorinated lithium, palladium, ruthenium or alumina pincer complexes and considering reactivity studies of these novel compounds. For comparative investigations the syntheses of the analog non-fluorinated compounds was of great interest. A mixture of in situ synthesized (NC5H3)-1,3-(CH2P((CH2)2(CF2)5CF3)2)2 (13) and [Ru(2Me-C3H4)2(cod)] catalyses the dehydrogenation of cyclooctane at relatively low temperatures of 80 °C. Depending on the used solvent cyclooctene or cyclooctatriene can be received as the single product, respectively. The lithium and alumina complexes [Li(C6H3-2,6-(CH2O(CH2)2(CF2)5CF3)2)] (21), [Li(C6H3 2,6 (CH2OCH3)2)] (22), [Al((C6H3)-2,6-(CH2O(CH2)2(CF2)5CF3)2)(CH3)2] (28), [Al((C6H3)-2,6-(CH2OCH3)2)I2] (29), and [Al((C6H3)-2,6-(CH2O(CH2)2(CF2)5CF3)2)I2] (31) were synthesized and characterized succesfully. With the complex [Al((C6H3)-2,6-(CH2O(CH2)2(CF2)5CF3)2)I2] (31) a diversity of aromatic compounds like benzene, toluene or pentafluorobenzene can be coupled after dehydrogenation. Moreover, the palladium complexes [Pd(Cl)((C6H3)-2,6-(CH2O(CH2)2(CF2)5CF3)2)] (34), [Pd(NCCH3)((C6H3)-2,6-(CH2O(CH2)2(CF2)5CF3)2)][PF6] (36), [Pd(Cl)((C6H3)-2,6-(CH2OCH3)2] (37) and [Pd(NCCH3)((C6H3)-2,6-(CH2OCH3)2][PF6] (38) were synthesized and characterized.

Les composés organiques hydrophobes (HOCs), lipides et hydrocarbures, représentent une part significative de la matière organique dans l’environnement marin. Leur faible solubilité dans l’eau exige de la part des bactéries qui les dégradent des adaptations physiologiques permettant de stimuler leur transfert de masse de la phase organique vers la phase aqueuse où ils sont assimilés. La formation de biofilm à l’interface HOC-eau est l’une de ces adaptations. La bactérie marine Marinobacter hydrocarbonoclasticus (Mh), qui est capable d’utiliser un catalogue assez large de HOCs comme les alcanes, les alcools gras et les triglycérides, a été utilisée comme modèle d’étude de la formation de biofilms aux interfaces HOCs-eau. Le but de mes recherches était de : (i) mener la caractérisation fonctionnelle des gènes aupA et aupB, qui sont surexprimés en condition de biofilm sur hexadécane et (ii) dresser, par une étude de transcriptomique, une liste de gènes potentiellement impliqués dans l’adhésion et la formation de biofilm aux interfaces HOCs-eau dans le but d’appréhender les mécanismes moléculaires mis en jeu. L’étude fonctionnelle de aupA et aupB a révélé que ces deux gènes forment un opéron dont l’expression est activée par divers types de HOCs. Il a aussi été démontré qu’ils sont impliqués dans le transport de l’hexadécane et dans la formation de biofilm sur alcanes. La protéine AupA est localisée dans la membrane externe de Mh et AupB, une lipoprotéine présumée, est située dans la membrane interne. AupA appartient à une sous-famille de transporteurs FadL-like, spécifique des bactéries marines hydrocarbonoclastes (HCB). La distribution phylogénétique de l'opéron aupAB limitée aux bactéries marines ayant la capacité de dégrader les alcanes et sa présence en nombreuses copies chez certaines souches d’Alcanivorax sp. suggèrent fortement que les protéines Aup joueraient un rôle primordial dans l’adaptation des HCB à l’utilisation d’alcanes comme sources de carbone et d’énergie. L’analyse transcriptomique des cellules de Mh adhérées (après 15 min ou 3 h de contact) ou formant un biofilm aux interfaces HOCs-eau a révélé une modification importante et précoce de leur transcriptome. De nombreux gènes intervenant dans le métabolisme des HOCs, la production de polysaccharides, la synthèse d’acides aminés et de protéines ribosomales présentent une expression modulée dès 15 min d’adhésion. La surexpression des gènes de flagelle et du chimiotactisme conjointement avec celle de gènes de pili en condition d’adhésion évoquent une possible mobilité des cellules de Mh à l’interface dans les étapes précoces du développement du biofilm. De plus, il semblerait que le facteur de transcription RpoN soit impliqué dans la régulation de la formation de biofilm chez Mh et que les prophages puissent intervenir dans la structure et/ou la dispersion du biofilm. Enfin, le rôle potentiel d’un îlot génomique dans la formation de biofilm sur trioléine a été suggéré. / Hydrophobic organic compounds (HOCs), such as lipids and hydrocarbons, represent a significant part of the organic matter in the marine environment. Their low solubility in water requires from bacteria that degrade them physiological adaptations to stimulate their mass transfer from the organic to the aqueous phase where they are assimilated. Biofilm formation at the HOC-water interface is one of those adaptations. The marine bacterium Marinobacter hydrocarbonoclasticus (Mh) which is able to use a broad range of HOCs such as alkanes, fatty alcohols and triglycerides, was used as a model to study the biofilm formation at HOCs-water interfaces. The aim of my research was to (i) conduct the functional characterization of aupA and aupB genes which are overexpressed in biofilm on hexadecane, (ii) draw up a list of genes, through a transcriptomic study, that are potentially involved in adhesion and biofilm formation at HOCs-water interfaces in order to understand the molecular mechanisms involved.Functional study of aupA and aupB revealed that these two genes form an operon whose expression is activated by various types of HOCs. They have also been shown to be involved in the transport of hexadecane and in biofilm formation on alkanes. The AupA protein is localized in the outer membrane and the predicted lipoprotein AupB is located at the inner membrane. AupA belongs to a subfamily of the FadL-like transporters, specific to marine hydrocarbonoclastic bacteria (HCB). The phylogenetic distribution of the aupAB operon restricted to marine bacteria having the ability to degrade alkanes and its presence in multiple copies in somestrains of Alcanivorax sp. strongly suggest that Aup proteins play a key role in the adaptation of HCB to use alkanes as carbon and energy sources. The transcriptomic analysis of Mh cells adhering (after 15 min or 3 h of contact) or forming a biofilm at HOCs-water interfaces revealed significant and early changes in their transcriptome. The expression of many genes involved in the metabolism of HOCs, polysaccharides production, amino acids and ribosomal proteins synthesis is modulated as early as 15 min of adhesion. The overexpression of flagella and chemotaxis genes together with that of pili in adhesion condition suggest a possible motility at the interface during the early stages of biofilm development. In addition, it appears that the transcription factor RpoN is involved in the regulation of biofilm formation in Mh and that prophages could play a role in the structure and/or dispersal of the biofilm. Finally, a potential role of a genomic island in biofilm formation ontriolein was suggested

Fluorotelomer alcohols (FTOHs, F(CF2)nCH2CH2OH) are emerging contaminants in the environment. Biodegradation of 6:2 and 8:2 FTOHs has been intensively studied using soils and activated sludge. However, little is known about the bacteria responsible for biotransformation of FTOHs. This study deciphered factors affecting biodefluorination of FTOHs and their metabolites, and developed three effective FTOH-degrading consortia. Two alkane-degrading Pseudomonas strains (P. oleovorans and P. butanovora) can defluorinate 4:2, 6:2 and 8:2 FTOHs, with a higher degree of defluorination for 4:2 FTOH. According to the identified metabolites, P. oleovorans transformed FTOHs via two pathways I and II. Pathway I led to formation of x:2 ketone (x = n-1), x:2 sFTOH and perfluorinated carboxylic acids (PFCAs). Pathway II resulted in the formation of x:3 polyfluorinated acid and relatively minor shorter-chain PFCAs. Conversely, P. butanovora transformed FTOHs by pathway I only. Mycobacterium vaccae JOB5 (a C1-C22alkane-degrading bacterium) and P. fluorescens DSM 8341 (a fluoroacetate-degrading bacterium) can transform 6:2 FTOH via both pathways I and II with the formation of odd-numbered short-chain PFCAs. In the presence of dicyclopropylketone or formate, P. oleovorans transformed 6:2 FTOH six times faster and produced odd-numbered PFCAs. P. butanovora, utilized both pathways I and II in the presence of lactate, and it also produced odd-numbered PFCAs. Unlike P. oleovorans, P. fluorescens DSM 8341 could slightly convert 5:3 polyfluorinated acid (a key metabolite during 6:2 FTOH degradation, [F(CF2)5CH2CH2COOH]) to 4:3 acid and PFPeA via one-carbon removal pathways. Three FTOH-degrading consortia transformed FTOHs, with enhanced removal of FTOHs in the presence of n-octane. A higher copy number of alkB gene was found to correspond to better removal of FTOHs, suggesting that alkane-degrading bacteria might be the key degraders in the enrichments. The three enrichment cultures showed a similar microbial community structure. This is the first study reporting that pure strains of alkane- and fluoroacetate-degrading bacteria can bio-transform FTOHs via different or preferred transformation pathways to remove multiple –CF2– groups from FTOHs to form shorter-chain PFCAs, and to other perfluorinated acids. The results of this study also suggest that enhanced FTOH biodegradation is possible through co-substrate addition and/or using enrichment cultures.