Les potentialités Fibrobacter succinogenes, l'espèce majeure du rumen, ont été utilisées pour la dégradation de végétaux et dans le cadre du projet MELiSSa créé par l'ESA. Dans un premier temps des cultures sur glucose nous ont permis de maîtriser notre procédé et de valider les techniques utilisées. Les cultures sur déchets végétaux (chou, soja et paille) par Fibrobacter succinogenes ont permis de mettre en évidence des cinétiques de dégradation différentes selon le substrat utilisé. Ensuite, les cultures sur un substrat issu d'une première dégradation par biométhanogenèse (projet MELiSSA), ont permis une amélioration du système et ont révélé des rendements de dégradation importants. La recherche d'un contaminant par biologie moléculaire a été menée pour expliquer la production de butyrate dans nos cultures. Enfin le programme "Anaerobic Waste Compartment Modelling and Simulation" nous a montré une très grande similitude avec les résultats expérimentaux

L'objectif de cette thèse est l'étude du métabolisme de Corynebacterium glutamicum, et de ses potentialités, au cours de procédés aéro-anaérobies. Après une première phase avec apport d'oxygène pour permettre la croissance bactérienne, une phase anaérobie est induite par arrêt de l'aération et réduction de la vitesse d'agitation. Dans ces conditions, le lactate est le principal métabolite produit. La synthèse de ce dernier a été améliorée en jouant, essentiellement, sur le moment de la transition entre les 2 phases. C. glutamicum 2262 peut ainsi produire 27 g/l de lactate en mode discontinu et 55 g/l en mode semi-continu, suite à un arrêt de l'aération lorsque la concentration en biomasse est d'environ 2,6 g/l. Afin d'exploiter la voie de synthèse d'acide lactique chez C. glutamicum pour la production d'éthanol, les gènes PDC et ADH de Zymomonas mobilis ont été exprimés sous le contrôle du promoteur ldhA endogène de C. glutamicum 2262 et d'une souche de C. glutamicum 2262 sans ldhA. Bien que les productivités en éthanol de ces souches aient été relativement faibles, la suppression de ldhA a entraîné des augmentations de la concentration en éthanol d'environ 15 fois. Une stratégie similaire a été utilisée pour la production d'itaconate. Comme dans le cas de l'éthanol, la concentration en itaconate obtenue est demeurée très faible malgré des essais d'amélioration du procédé de mise en oeuvre de la souche productrice d'itaconate / The objective of this work is the study of Corynebacterium glutamicum metabolism, and of its potentialities, during an aero-anaerobic process. After a first phase during which the oxygen was supplied to favor the bacterial growth, the anaerobic phase was induced by the stopping of the oxygen supply and the decreasing of the agitation speed. In these culture conditions, lactate was the main metabolite produced. The production of this organic acid has been increased by modifying the transition time between the aerobic and the anaerobic phases. C. glutamicum 2262 was able to produce up to 27 g/l lactate during a batch process and up to 55 g/l during a fed batch process. To exploit the lactic acid synthesis pathway of C. glutamicum for ethanol production, the PDC and ADH genes from Zymomonas mobilis were expressed under the control of the endogenous promoter of ldhA, in the wild-type strain and in a ldhA-disrupted strain of C. glutamicum 2262. Although the ethanol productivities of these engineered strains were relatively low, the depletion of ldhA resulted in the increases of ethanol final concentration up to 15 times. A similar strategy was applied for the production of itaconate. As previously for the ethanol production, the final concentration of itaconate remained very low despite of some modifications of the process

L’effet de la température et de la composition du milieu en nutriments sur les propriétés des spores (résistance et germination) de B. cereus a été largement étudié contrairement à l'effet de l'anaérobiose. Or, les cellules végétatives de B. cereus peuvent se retrouver dans une grande variété de milieux naturels avec un faible niveau d'oxygène (intestin, sol, lignes de traitement des aliments…) où la sporulation peut avoir lieu. Les spores produites dans ces conditions anaérobies pourraient donc avoir des propriétés particulières. Dans ce travail, un panel de 18 souches de B. cereus appartenant aux groupes phylogénétiques de II à VII a été étudié pour sa capacité à sporuler en anaérobiose dans un milieu de sporulation approprié que nous avons développé (MODS). En anaérobiose, la capacité de sporulation a été plus faible et plus hétérogène qu’en aérobiose. La souche AH187 a produit le niveau de spores le plus important en anaérobiose, elle a donc été choisie pour étudier les propriétés de ces spores. Les spores produites en anaérobiose étaient plus résistantes à la chaleur humide entre 90°C et 100°C, à 1M de NaOH, 1M d'acide nitreux et à la lumière pulsée. Aucune différence dans la résistance à 5 % de peroxyde d'hydrogène ou à 0.25 mM de formaldéhyde, ni aux UV-C, n'a été observée entre les deux conditions. En présence de L- alanine, les spores produites en anaérobiose germaient plus efficacement que celles produites en aérobiose tandis qu’aucune différence dans la germination n’a été observée en présence d'inosine. Aucune différence dans la taille des spores produites dans les deux conditions n’a été observée par microscopie électronique à transmission. Toutefois, les spores obtenues dans des conditions anaérobies avaient un exosporium endommagé ou dans certains cas un exosporium complètement détaché, contrairement aux spores produites dans des conditions aérobies. Afin de comprendre les différences dans la capacité de sporulation de B.cereus entre les 2 conditions, des PCR en temps réel (RT-PCR) ont été utilisées pour étudier l'expression des gènes de l'initiation de la sporulation spo0A, spo0B, spo0F, KinA et kinB. Les cinétiques d'expressions des gènes spo0A, spo0B, spo0F et KinA avaient la même tendance. Ils étaient caractérisés par une expression plus élevée en anaérobiose par rapport à l’aérobiose au début et à la fin de la phase exponentielle de croissance. En outre, l'expression du gène kinB était caractérisée par une augmentation en anaérobiose par rapport à l’aérobiose pour atteindre un pic entre 4 h (milieu de phase exponentielle) et 6 h (début de phase stationnaire) de croissance. Les gènes spo0A, spo0B, spo0F, KinA et kinB sont exprimés de manière différentielle entre l’aérobiose et l’anaérobiose. Ces données pourraient aider à comprendre la différence de capacité de sporulation de B. cereus entre la condition aérobie et anaérobie / The effect of temperature and nutrient composition of the medium on B. cereus spore properties (resistance and germination) has been extensively studied unlike to the effect of anaerobiosis. Nevertheless, B. cereus vegetative cells can be found in a large variety of natural environments with low oxygen level (intestine, soil, food processing line) where sporulation take place. Spores produced in these anaerobic environments could have particular properties. In this work, a panel of B. cereus strains belonging to phylogenetic groups II to VII was studied for their capacity to sporulate in anaerobiosis in an appropriate sporulation medium we developed (MODS). In anaerobiosis, sporulation ability was lower and more heterogeneous than in aerobiosis. The B. cereus AH187 strain produced the highest level of spores in anaerobiosis, it was therefore chosen to study spore properties. Spores produced in anaerobiosis were more resistant to wet heat from 90°C to 100 °C, 1M NaOH, 1M nitrous acid and pulsed light. No difference in resistance to 5 % hydrogen peroxide or 0.25 mM formaldehyde or UV-C was observed between these two conditions. In the presence of L-alanine, spores produced in anaerobiosis germinated more efficiently than spore produced in aerobiosis. No difference in germination was observed with inosine. No difference in the spores size produced in the two conditions was observed by transmission electron microscopy. However, spores obtained under anaerobic conditions had a damaged exosporium, or in some cases a completely detached exosporium, unlike spores produced under aerobic conditions. To understand differences in sporulation ability between both conditions, Real-time reverse transcription-PCR was used to study the expression the expression of sporulation initiation genes spo0A, spo0B, spo0F, kinA and kinB. The kinetics of gene expression spo0A, spo0B, spo0F and kinA had the same trend. They were characterized by a higher expression in anaerobiosis compared to aerobiosis at the beginning and the end of exponential growth phase. Furthermore, kinB gene expression was characterized by an increase in anaerobiosis compared to aerobiosis to achieve a peak between 4 (middle exponential phase) and 6 (early stationary phase) hours of growth. The spo0A, spo0B, spo0F, kinA and kinB genes are differentially expressed between aerobiosis and anaerobiosis. These data may help to understand the difference in B. cereus sporulation capacity between aerobic and anaerobic condition

L’adaptabilité des cellules aux changements environnementaux repose sur leur capacité à mettre en place des complexes enzymatiques qui régulent leurs différentes voies métaboliques. Ces complexes protéiques nécessitent des cofacteurs (hème et métaux) comme le cuivre. En effet, le cuivre est un oligoélément essentiel pour la survie des organismes vivants, il est notamment présent dans des complexes tels que la cytochrome c oxydase de la chaine respiratoire aérobie. Cependant, l’excès de Cu est aussi néfaste pour la cellule. Il génère du stress oxydatif responsable de divers dommages cellulaires. Il est donc nécessaire aux cellules de contrôler la prise en charge du cuivre afin d’assurer la régulation de sa concentration intracellulaire. Dans ce travail, nous avons étudié le système de tolérance au cuivre chez Rubrivivax gelatinosus. J’ai identifié plusieurs gènes impliqués dans ce système, un de ces gènes code pour un transporteur de cuivre CopA (homologue aux ATP7A/ATP7B de l’homme). Les autres gènes codent pour : un régulateur de ce système sensible aux variations du cuivre CopR et deux protéines solubles (CopI et CopJ) fortement induites dans des conditions d’excès de cuivre. J’ai également montré que malgré l’homologie de séquence entre les pompes à cuivre CopA et CtpA (identifiées auparavant au laboratoire) ; elles remplissent deux rôles physiologiques différents dans la cellule. CopA est vitale pour la tolérance au Cu alors que CtpA a un rôle dans l’insertion du Cu au sein des cuproprotéines. Par ailleurs, j’ai montré qu’en absence de CopA, la toxicité du cuivre est plus importante dans les conditions de croissance en microaérobie ou en photosynthèse anaérobe. En effet, l’excès du Cu affecte la voie de biosynthèse des porphyrines (hèmes et bactériochlorophylles) reflété par l’accumulation d’un intermédiaire de cette voie, la coproporphyrine III. Cette accumulation résulte de l’effet de l’excès du cuivre sur la coproporphyrine III oxydase (HemN) probablement en déstabilisant son cluster [4Fe-4S]. Ces résultats sont soutenus par le fait que l’effet toxique du cuivre sur les tétrapyrolles n’est pas observé à forte aération en raison de la substitution de HemN par une enzyme à centre bimétalliques HemF. Cette dernière tolère et utilise l’oxygène, notre étude suggère qu’elle tolère aussi le cuivre. Les résultats obtenus sur les cibles du cuivre en anaérobie au cours de cette étude ainsi que celle publiés par Macomber (Macomber and Imlay 2009), suggèrent que les métaux ont pu éventuellement jouer un rôle dans l’émergence des enzymes à clusters bimétalliques lors du passage à une atmosphère oxygénique permettant une adaptation à l’augmentation de la toxicité de certains métaux. L’ensemble des résultats obtenus à partir de l’analyse des différents mutants au cours de cette étude sur la tolérance au cuivre chez R. gelatinosus me permet de proposer un modèle d’efflux du cuivre différent de celui d’E. coli. Je propose d’attribuer un rôle crucial aux protéines solubles CopI et CopJ qui fixeraient probablement le cuivre grâce aux nombreux résidus histidines et méthionines. Leurs rôles seraient soit de séquestrer le cuivre au niveau du périplasme, soit de l’oxyder ou encore de l’excréter vers un système d’efflux de la membrane externe afin de le chasser de la cellule. / The ability of Rubrivivax to adapt to its environment (aerobic versus anaerobic) relay on its ability to assemble different complexes involved respiration or photosynthesis pathways. These complexes require cofactors such as heme or chlorophylls, and metals such as magnesium, iron and copper. In particular, copper (Cu) is an essential trace element required for the assembly and the activity of the cytochrome c oxidase in the aerobic respiratory chain. Excess Cu however, is toxic and can originate in various cellular damages. In the absence of a tight control of copper entrance in the cells, bacteria have evolved different efflux systems to control copper concentration within the cytoplasm and the membrane. Very few data are available on the copper homeostasis systems in photosynthetic bacteria. We therefore studied the copper homeostasis system in Rubrivivax gelatinosus to understand how these microorganisms can deal with excess copper. In this work, I have identified several genes involved in copper tolerance. Central to this system, the P1B-type Cu⁺-ATPase CopA plays a major role in copper tolerance and translocates copper from the cytoplasm to the periplasm. The outlet of copper in the periplasm varies depending on the species. Cu can be sequestrated, oxidized or released outside the cells. Here I describe the identification CopI, a periplasmic protein present in many proteobacteria including Pseudomonas and Cupriavidus and show its requirement for copper tolerance in Rubrivivax under both aerobic and anaerobic conditions. Expression of both CopA and CopI is induced under excess copper and is regulated by CopR, a MerR regulator sensitive to changes in copper concentration. Rubrivivax genome encodes two P1B-type Cu⁺-ATPases, CopA and CtpA. My work confirmed that despite the sequence homology between these copper ATPases, they fulifill two different physiological roles in the cell. CopA is vital for tolerance to Cu while CtpA has a role in the insertion of Cu within cuproproteines. Furthermore, I showed that excess copper in the copA⁻ null mutant resulted in a substantial decrease of the cytochrome c oxidase and the photosystem under microaerobic and anaerobic conditions together with the extrusion of coproporphyrin III. Analyses of the mutant indicated that copper targeted the tetrapyrrole biosynthesis pathway at the level of the coproporphyrinogen III oxidase HemN and thereby affects the heme and chlorophyll containing complexes, the oxidase and the photosystem. These results, as well as published work by Macomber (Macomber and Imlay 2009) suggest that Cu target the 4Fe-4S clusters and that this metal may have played a role in the emergence of bimetallic enzymes to replace 4Fe-4S clusters during the appearance of oxygen in the atmosphere.Analyses of CopI expression and the copI⁻ null mutant, demonstrate that CopI is required for copper tolerance, and in the absence of an E. coli Cus-like copper efflux system in R. gelatinosus, my results strongly suggest that CopI is the major copper handling protein within the membrane. Altogether, my results allowed me to draw a comprehensive picture of the copper tolerance system within the purple photosynthetic bacterium Rubrivivax gelatinosus and probably other proteobacteria that possess a homologue of copI gene.

Les populations humaines sont exposées à de très nombreux polluants. Il apparaît donc essentiel d'évaluer la toxicité de ces molécules au sein des compartiments récepteurs. En milieu urbain, de nombreux polluants (principalement hydrocarbures et métaux lourds) s'accumulent sur les surfaces imperméables (routes, toitures, parkings, bâtiments…). Ils sont remis en suspension et drainés par les eaux de pluie jusque dans les bassins d'infiltration. Ces structures ont été construites afin de réinfiltrer les eaux de ruissellement dans les nappes phréatiques sous-jacentes et de les détoxifier. Ces molécules toxiques sont capturées et accumulées au niveau des sédiments fins constitutifs des bassins, où elles peuvent atteindre des concentrations très élevées. Malgré cette forte contrainte, quelques rares invertébrés vivent dans les sédiments pollués des bassins d'infiltration, ce qui sous-entend des adaptations métaboliques, physiologiques et/ou comportementales spécifiques. L'un des plus répandus est l'oligochète aquatique Limnodrilus hoffmeisteri. Ce ver tubificidé construit des galeries (activité de bioturbation) dans les sédiments où il favorise l'activité des microorganismes sur la minéralisation de la matière organique et le recyclage des nutriments. Cette espèce présente donc un rôle essentiel dans le fonctionnement des bassins d'infiltration, et donc sur la qualité de l'eau des nappes phréatiques. Elle est aujourd'hui considérée à la fois comme une espèce sentinelle de l'état de santé de son biotope et comme un ingénieur des écosystèmes. Le premier objectif de ce travail de thèse a été de mettre en évidence les réponses écophysiologiques permettant à L. hoffmeisteri de survivre dans ces biotopes particulièrement anthropisés. Pour cela, nous avons exposé/élevé cet organisme pendant 1, 3 ou 6 mois dans des sédiments pollués issus de 3 bassins d'infiltration et un sédiment issu d'un milieu non urbanisé (sédiment témoin très peu pollué), en laboratoire. Nous avons ensuite analysé sur ce ver la survie, la consommation d'oxygène, l'état des réserves énergétiques, les concentrations de métaux lourds bioaccumulés, le stress oxydant engendré par les polluants (niveau de peroxydation lipidique) et enfin les mécanismes de protection associés (activités des principales enzymes antioxydantes). Le deuxième objectif a été de déterminer l'impact des polluants urbains sur les métabolismes aérobie et anaérobie chez L. hoffmeisteri. Pour cela, nous avons mesuré différents paramètres témoignant de l'activité mitochondriale (activités de la chaîne respiratoire mitochondriale et de l'ATP synthétase) ainsi que les concentrations des principaux produits terminaux du métabolisme anaérobie chez des vers exposés aux mêmes sédiments (4) pollués ou témoin. Cette étude a démontré que les contaminants induisent une transition partielle du métabolisme aérobie vers les voies anaérobies suite à un dysfonctionnement mitochondrial, et a aussi révélé que certains produits terminaux du métabolisme anaérobie (succinate et propionate) constituent des marqueurs pertinents de la pollution urbaine. Enfin, le troisième objectif de cette thèse a été d'évaluer l'impact d'une pollution d'origine anthropique sur l'activité d'ingénierie de L. hoffmeisteri (i.e. sur son rôle dans le fonctionnement des bassins d'infiltration). Pour cela, nous avons mesuré pendant 1 mois le comportement de fouissage de ce ver bioturbateur par tomographie aux rayons X dans des microcosmes contenant des sédiments pollués ou non. De plus, des mesures régulières des flux de nutriments, d'oxygène dissous, de CO2 et de CH4 au cours de l'expérimentation ont permis d'évaluer l'influence du taux de contamination sur le recyclage des nutriments dans nos systèmes expérimentaux. Ces mesures ont été effectuées à la fois dans des systèmes colonisés par L. hoffmeisteri, mais aussi dans des systèmes sans faune, afin de quantifier précisément le rôle de ces organismes ingénieurs / Human populations are exposed to numerous pollutants. It is now necessary to evaluate the toxicity of urban contaminants in receptor ecosystems. In anthropized areas, many pollutants (mainly hydrocarbons and heavy metals) accumulate on the impervious surfaces (roads, parks, buildings, rooftops…). During a rainfall event, these compounds are re-suspended and drained up to stormwater infiltration basins. These structures were built to detoxify and to infiltrate runoff water to underlying groundwater. Toxic compounds are captured and accumulated in the fine sediment layer of the infiltration basins, where their concentrations may achieve important concentrations. Despite this harsh constraint, a few invertebrates inhabit stormwater basin sediments and have developed specific metabolic, physiological and/or behavioural adaptations. One of the most spread is the oligochaeta Limnodrilus hoffmeisteri. This tubificid worm burrows galleries (bioturbation activity) in sediments where it enhances the organic matter mineralization and the nutrients recycling. This species has an essential role in the infiltration basin functioning and on groundwater quality. L. hoffmeisteri is considered both as a sentinel species of ecosystem health and an engineer species. The first aim of this work was to highlight the ecophysiological responses that allow L. hoffmeisteri to survive in these harsh conditions. We exposed this organism during 1, 3 or 6 months to polluted sediments (from 3 infiltration basins), under laboratory conditions. Then, we measured the survival, the oxygen consumption, the energy body stores, the oxidative stress induced by urban pollutants (through the lipid peroxidation level), and the antioxidant defence mechanisms (the activity of the antioxidant enzymes) in L. hoffmeisteri. The same analyses were realized on worms incubated 1 to 6 months in a sediment from a non-urbanized environment (considered as a low-polluted/control sediment). The second objective of the present work was to determine the impact of urban pollutants on aerobic and anaerobic metabolisms in L. hoffmeisteri. We measured several mitochondrial parameters (the mitochondrial respiratory chain activity and the ATP production rate) and anaerobic end product concentrations in worms exposed to the 4 same sediments (polluted or not). This study demonstrated that urban pollutants induced a shift from aerobic to the anaerobic metabolism, linked to a mitochondrial dysfunctioning. Moreover, this study also showed that two anaerobic end products (succinate and propionate) constitute relevant biomarkers of urban pollution. Lastly, the third goal of this thesis was to evaluate the impact of an anthropic pollution on the engineering activity of L. hoffmeisteri (i.e. its role in the infiltration basin functioning). To this end, we measured during 1 month the burrowing activity of this tubificid worm using X-ray tomography, in microcosms containing slightly or highly polluted sediments. We measured nutrients fluxes, dissolved oxygen, CO2 and CH4 concentrations during the experiment to determine the influence of the pollution rate on nutrients recycling. These measurements were also realized in microcosms with or without worms, to quantify the functional role of engineer organisms

L'adaptabilité des cellules aux changements environnementaux repose sur leur capacité à mettre en place des complexes enzymatiques qui régulent leurs différentes voies métaboliques. Ces complexes protéiques nécessitent des cofacteurs (hème et métaux) comme le cuivre. En effet, le cuivre est un oligoélément essentiel pour la survie des organismes vivants, il est notamment présent dans des complexes tels que la cytochrome c oxydase de la chaine respiratoire aérobie. Cependant, l'excès de Cu est aussi néfaste pour la cellule. Il génère du stress oxydatif responsable de divers dommages cellulaires. Il est donc nécessaire aux cellules de contrôler la prise en charge du cuivre afin d'assurer la régulation de sa concentration intracellulaire. Dans ce travail, nous avons étudié le système de tolérance au cuivre chez Rubrivivax gelatinosus. J'ai identifié plusieurs gènes impliqués dans ce système, un de ces gènes code pour un transporteur de cuivre CopA (homologue aux ATP7A/ATP7B de l'homme). Les autres gènes codent pour : un régulateur de ce système sensible aux variations du cuivre CopR et deux protéines solubles (CopI et CopJ) fortement induites dans des conditions d'excès de cuivre. J'ai également montré que malgré l'homologie de séquence entre les pompes à cuivre CopA et CtpA (identifiées auparavant au laboratoire) ; elles remplissent deux rôles physiologiques différents dans la cellule. CopA est vitale pour la tolérance au Cu alors que CtpA a un rôle dans l'insertion du Cu au sein des cuproprotéines. Par ailleurs, j'ai montré qu'en absence de CopA, la toxicité du cuivre est plus importante dans les conditions de croissance en microaérobie ou en photosynthèse anaérobe. En effet, l'excès du Cu affecte la voie de biosynthèse des porphyrines (hèmes et bactériochlorophylles) reflété par l'accumulation d'un intermédiaire de cette voie, la coproporphyrine III. Cette accumulation résulte de l'effet de l'excès du cuivre sur la coproporphyrine III oxydase (HemN) probablement en déstabilisant son cluster [4Fe-4S]. Ces résultats sont soutenus par le fait que l'effet toxique du cuivre sur les tétrapyrolles n'est pas observé à forte aération en raison de la substitution de HemN par une enzyme à centre bimétalliques HemF. Cette dernière tolère et utilise l'oxygène, notre étude suggère qu'elle tolère aussi le cuivre. Les résultats obtenus sur les cibles du cuivre en anaérobie au cours de cette étude ainsi que celle publiés par Macomber (Macomber and Imlay 2009), suggèrent que les métaux ont pu éventuellement jouer un rôle dans l'émergence des enzymes à clusters bimétalliques lors du passage à une atmosphère oxygénique permettant une adaptation à l'augmentation de la toxicité de certains métaux. L'ensemble des résultats obtenus à partir de l'analyse des différents mutants au cours de cette étude sur la tolérance au cuivre chez R. gelatinosus me permet de proposer un modèle d'efflux du cuivre différent de celui d'E. coli. Je propose d'attribuer un rôle crucial aux protéines solubles CopI et CopJ qui fixeraient probablement le cuivre grâce aux nombreux résidus histidines et méthionines. Leurs rôles seraient soit de séquestrer le cuivre au niveau du périplasme, soit de l'oxyder ou encore de l'excréter vers un système d'efflux de la membrane externe afin de le chasser de la cellule.

Vibrio cholerae, l’agent étiologique du choléra, est une bactérie adaptée à l’environnement aquatique et, dans le cadre infectieux, à la colonisation du petit intestin humain. L’environnement intestinal est un milieu a priori hostile aux bactéries externes, à cause de son environnement anaérobie et de la présence des effecteurs du système immunitaire. Capable de produire un biofilm dans ces deux niches écologiques, V. cholerae est capable de persister dans des conditions défavorables et de résister aux molécules antimicrobiennes, y compris les peptides antimicrobiens (PAM). J’ai d’abord étudié la résistance aux antimicrobiens de V. cholerae dans des conditions expérimentales représentatives de l’intestin. Ensuite, j’ai caractérisé, quantitativement et qualitativement, la résistance à la polymyxine B (PmB) des biofilms de V. cholerae, exposés à des concentrations sous-inhibitrices ou létales de ce PAM. Nos résultats suggèrent que la résistance aux PAM de V. cholerae est influencée par la disponibilité de l’oxygène dans le milieu. Je propose également que des concentrations létales de PmB peuvent stimuler un mécanisme de résistance exclusif aux biofilms matures. Les différences soulevées par nos investigations mettent en perspective l’importance d’adapter les conditions expérimentales aux caractéristiques réelles de l’environnement infectieux lors des études de résistances aux antimicrobiens. / Vibrio cholerae, the etiological agent of cholera, is a bacterium that is adapted to the aquatic environment and, in the infectious setting, to the colonization of the small intestine. The intestinal environment is at first glance hostile to external bacteria, due to its anaerobic conditions and the presence of the effectors of the immune system. Capable of producing a biofilm in its two ecological niches, V. cholerae is quite capable of persisting in unfavorable conditions and of resisting antimicrobial molecules, including antimicrobial peptides (AMPs). I first investigated the antimicrobial resistance of V. cholerae under experimental conditions representative of the intestine. Then, I characterized, quantitatively and qualitatively, the antimicrobial resistance of V. cholerae biofilms to Polymyxin B (PmB), at sub-inhibitory or lethal concentrations of this AMP. Our results suggest that resistance to PmB in V. cholerae is influenced by oxygen availability in the medium. I also propose that lethal concentrations of PmB may promote a resistance mechanism exclusive to mature biofilms. The differences raised by our investigations put into perspective the importance of adapting laboratory conditions to the actual features of the infectious environment when investigating antimicrobial resistance.

L'acide succinique est une molécule linéaire, bi-fonctionnelle qui possède de nombreuses applications alimentaires, chimiques et pharmaceutiques etc. Les connaissances de la régulation des voies métaboliques d’organismes d’intérêt industriel, le génie génétique et le génie des procédés ont permis à des microorganismes recombinants (C. glutamicum) de produire jusqu'à 100 g.L-1 de succinate avec des rendements intéressants. C. glutamicum est largement connu comme l'un des meilleurs producteurs industriels de nombreux acides aminés (glutamate, lysine etc.). Cependant, des études de C. glutamicum ont démontré sa capacité à produire plusieurs acides organiques (succinate, lactate, acétate, etc.). Au cours de ce travail, nous avons supprimé le gène ldhA de C. glutamicum en utilisant le plasmide pk19mobsacBΔldhA. Nous avons démontré que la délétion de ce gène n’avait pas d’incidence sur la capacité de croissance de la bactérie. Par ailleurs, nous avons étudié les effets de l’oxygénation sur la réponse physiologique de C. glutamicum 2262ΔldhA à travers des expériences de cultures en fioles en verre lisses en imposant différentes conditions de kLa. Les résultats ont montré que des faibles kLa (<33 h-1) favorisaient la production d’acides organiques tandis que les kLa élevés amélioraient surtout l’accumulation de la biomasse. Nous avons également mis en œuvre un procédé de production très efficace avec une phase de transition aérobiose-anaérobiose basée sur la régulation de la concentration en oxygène dissous. Avec ce procédé, 327 mM de succinate avec un rendement de 0,94 mole par mole de glucose ont pu être produits avec le mutant ΔldhA. En outre, nous avons vérifié l’efficacité de ce nouveau procédé en l’appliquant à la souche sauvage qui normalement produit 10 fois plus de lactate que de succinate. Ces résultats ont montré une production de 793 mM (94 g.L-1) de succinate et 785 mM (71 g.L-1) de lactate. Ils soulignent ainsi, l'importance de la phase de transition aérobiose-anaérobiose lors des procédés de production de succinate par des bactéries aérobie facultatif. Enfin, des expériences en système bi-étagé ont montré que C. glutamicum 2262 pouvait s’adapter très facilement aux gradients et hétérogénéités en oxygène dissous dans les cultures à grande échelle / Succinic acid is a linear and bi-functional molecule that has several practical applications including food, chemical and pharmaceutical industries. Thanks to increased knowledge on metabolism and pathway regulation of industrially relevant organisms, to the development of performant genetic tools and process engineering, recombinants strains (Escherichia coli, Corynebacterium glutamicum etc.) have been reported to be able to produce up to 100 g.L-1 with interesting yields (> 1.5 mole per mole glucose). C. glutamicum is well known as one of the best industrial producers of numerous amino acids (glutamate, lysine etc.). However, recent studies of C. glutamicum revealed its capability to produce several organic acids (succinate, lactate, acetate, etc.). In this work, we have deleted the ldhA gene of C. glutamicum by using a plasmid vector pk19mobsacBΔldhA. We demonstrated that the mutant and the wild type presented similar growth kinetics with maximal growth rate of about 0.7 h-1. We studied also the effects of oxygenation on C. glutamicum 2262 ΔldhA through cultures at different kLa and it appeared that lower kLa (<33 h-1) favored organic acids production wile higher favored bacterial growth. Furthermore, we designed a tri-phasic process with transition phase by regulation of dissolved oxygen concentration which resulted in the production of 327 mM of succinic acid with a yield of 0.94 mole per mole glucose. The application of the designed process to C. glutamicum 2262 wild type that normally produces lactate with a lactate to succinate production ratio up to 13.3 mol.mol-1, resulted in succinate concentration up to 793 mM (94 g.L-1) and 785 mM (71 g.L-1) of lactate. The succinate production yield was 1.1 mole per mole glucose and acetate production was negligible. These results underlined the importance of aerobic to anaerobic transition in succinate production processes of facultative aerobes and the necessity to engineer not only the microorganism but also the process. Finally, scale-down study have demonstrated the robustness of C. glutamicum against the oxygen gradients in bioreactor

Environ 30% des CDS prédits d'un génome code pour des protéines de fonction inconnue ou hypothétiques. La compréhension du rôle de ces protéines est donc l'un des grands challenges de la communauté scientifique.L'objectif principal de cette thèse est de comprendre la fonction de six protéines de fonction inconnue spécifiques de l'anaérobiose formant un complexe, appelé complexe ORP chez Desulfovibrio vulgaris Hildenborough (DvH). Ce système est répandu dans de nombreuses espèces anaérobies, et certaines de ses protéines possèdent des homologies significatives avec des protéines impliquées dans la division cellulaire.Des outils de microscopie dédiés à l'anaérobiose ont été développés au cours de cette thèse et ont permis, pour la première fois, l'observation du cycle cellulaire de DvH. L'étude de l'effet de l'oxygène à l'échelle de la cellule unique a montré une inhibition réversible de la division cellulaire en présence d'oxygène révélant une nouvelle stratégie impliquée dans l'aérotolérance de DvH.Chez DvH, le complexe ORP est codé par des gènes organisés en deux opérons divergents, orp1 et orp2, dont la transcription est gouvernée par l'ARN polymérase sigma54, le facteur de transcription IHF et l'activateur de transcription DVU2106.La diminution de la quantité de complexe ORP conduit à une hétérogénéité de la taille des cellules en accord avec un rôle potentiel du complexe dans le contrôle de la division cellulaire. Alors que l'absence de certaines protéines ORP n'affecte pas de manière significative la division de la bactérie en anaérobiose, la protéine DVU2109 présente une localisation dynamique au cours du cycle cellulaire et semble être essentielle chez DvH. / Up to now, approximately 30% of the predicted CDS in genomes encode for hypothetical or unknown function proteins. Understanding the role and the function of these proteins is now a major challenge for the scientific community.The main objective of this thesis is to determine the function of six proteins of unknown function specific of anaerobiosis and able to forming a multiprotein complex in Desulfovibrio vulgaris Hildenborough (DvH), named the ORP complex. This system is widely found in many anaerobic microorganisms, and some proteins of this system have significant homologies with proteins involved in cell division.Tools for microscopy in anaerobiosis have been developed during this thesis and have allowed observation, for the first time, of a complete DvH cell cycle. The study of oxygen effect on DvH at a single cell level has showed a reversible inhibition of cell division during oxygen exposure revealing a new strategy involved in DvH aerotolerance.In DvH, the ORP complex is encoding by genes organized in two divergent operons, orp1 and orp2, whose transcription is governed by sigma 54 RNA polymerase, the transcription factor IHF and the transcriptional regulator DVU2106. The decreased in the amount of ORP complex leads to heterogeneity of the cell size in accordance with a potential role of this complex in the spatio-temporal control of DvH cell division. While the absence of the majority of ORP proteins doesn't significantly affect DvH division in anaerobic conditions, the protein DVU2109 has a dynamic location during cell cycle and appears to be essential in the cell.