Les infections associées aux soins représentent un enjeu majeur de santé publique dans le monde. Les bactéries multirésistantes (BMR) sont responsables d’une grande partie de ces infections. Mieux comprendre leur dissémination dans les établissements de soins est indispensable pour élaborer des mesures de contrôle et de prévention.L’objectif de cette thèse est d’utiliser des données détaillées sur les réseaux de contacts interindividuels, couplées à des méthodes de modélisation mathématique, pour étudier la dissémination des BMR à l’hôpital afin d’améliorer leur contrôle. Pour répondre à cette problématique, les données de l’étude i-Bird ont été analysées. Cette étude prospective longitudinale a eu lieu dans l’hôpital maritime de Berck-sur-Mer durant 4 mois en 2009. Pendant cette période, les interactions de proximités entre tous les individus de l’hôpital ont été enregistrées chaque jour grâce à des capteurs RFID (Radio Frequency Identification Devices) et des prélèvements microbiologiques ont été récoltés chaque semaineDans un premier temps, la structure des contacts interindividuels au sein de et entre les différentes catégories d’individus (patient, aide-soignant, infirmier, …) a été analysée. Cette première étude a souligné l’importance des contacts patient-patient en établissement de longue durée. De plus, certaines catégories de personnel hospitalier ont été identifiées comme de potentiels super-propagateurs, tel que les brancardiers et les médecins.Dans un deuxième temps, le rôle du réseau de contacts dans la dissémination de deux espèces (E. coli et K. pneumoniae) d’entérobactéries résistantes aux béta-lactamines à spectre étendue (BLSE) a été étudié. Cette étude a montré que le réseau d’interactions de proximités était suffisant pour expliquer la propagation des KP-BLSE. En revanche, il n’était pas suffisant pour retracer la dissémination des EC-BLSE.La dernière partie de la thèse a été consacrée au développement d’un modèle individu-centré de transmission de BMR à l’hôpital modélisant explicitement les contacts interindividuels. Ce modèle permet d’évaluer l’effet de mesures de contrôle ciblant la structure du réseau de contacts. A titre d’application, les données de l’étude i-Bird ont été utilisées pour simuler la transmission de Staphylococcus aureus résistant à la méticilline (SARM) durant les 4 mois de l’étude. La simulation de procédures de cohorting du personnel dans l’hôpital de Berck-sur-Mer suggère que la mise en place de telles mesures permet de réduire l’acquisition de SARM chez les patients.Cette thèse combine analyse de réseaux, épidémiologie des maladies infectieuses et modélisation dynamique. Elle apporte une meilleure compréhension de la diffusion et du contrôle des BMR dans les hôpitaux de longue durée. De plus, elle apporte un outil innovant, visant à être développé, pour la compréhension et le contrôle de la dissémination des BMR à travers les contacts en milieu hospitalier. / Healthcare-associated infections represent a huge public health issue worldwide. Multidrug resistant bacteria (MDR) are a major cause of these infections. Hence, better understanding their transmission routes in hospital settings is crucial to design efficient control measures.The purpose of this thesis is to use detailed data on interindividual contact networks, associated with mathematical modelling methods, to study MDR spread in hospitals and improve their control. To this end, data collected during the i-Bird study was used. This longitudinal prospective study took place at the Berck-sur-Mer hospital during 4 months in 2009. Close proximity interactions were recorded by the use of RFID (Radio Frequency Identification Devices) sensors everyday. Meanwhile, microbiological swabs were collected weekly.In a first part, interindividual contact patterns within and between each individual categories (patients, nurses, hospital porters, etc.) were analyzed. This first study notably underlined the importance of patient-to-patient contacts in long-term care facilities (LTCF). Moreover, some hospital staff categories, such as hospital porters and physicians, were identified as potential superspreaders based on their contact patterns.In a second part, we investigated the impact of the contact network on the spread of two species of Extended-spectrum beta-lactamases (ESBL) Enterobacteriaceae (E. coli and K. pneumoniae). This work showed that the contact network was an important driver of ESBL-K. pneumoniae dynamics, but not of ESBL-E. coli dynamics over the i-Bird study.The last part of the thesis was dedicated to the development of an agent-based model of MDR spread in hospital settings that explicitly formalizes detailed interindividual contacts. This model allows to assess control measures focused on contact patterns. The model was applied to the i-Bird data; we simulated methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) transmission during the 4-month study over the reported contact network. Using our simations, we evaluated measures associated with hospital staff cohorting and showed it can lead to reduce the MRSA acquisition=.This thesis combines network analysis, epidemiology of infectious diseases and dynamic modeling. It allows a better understanding of MDR spread and control in LTCF. Moreover, it brings an innovative tool, intended to be developed, to understand and control BMR spread through contact networks in hospital settings.

The objective of this study is to assess the uncultured bacterial diversity in the snowpack of the Mont Blanc (MtBl) glacier containing Saharan dust deposited during four dust events during the period 2006 – 2009 by means of molecular phylogenetics. The final goal is to discover the bacteria that could be involved in the establishment of snow microbiota. Bacterial diversity was evaluated using rybotyping and subsequent sequencing of partial (V3-V5) and full-length 16S rRNA genes. For comparison purpose we also studied following samples: “clean” MtBl snow containing no Saharan dust; Saharan sand collected in Tunisia; Saharan dust collected in Grenoble (200 m a.s.l.) and recovered later on MtBl (4250 m a.s.l.). In order to verify possible microbial activity in situ, both rDNA and rRNA approaches were implemented for the “clean” snow sample. To evaluate the survival/colonization abilities of bacterial phylotypes recovered in snow samples with Saharan dust, we analyzed their closest strain physiology as well as sources of environmental clones using a threshold of ≥98% sequence similarity. For the result interpretation, we also used data on dust elemental composition and dust particles size distribution. As a result 8 clone libraries (including rRNA-based one) were constructed using V3-V5 16S rRNA gene sequences for 5 snow samples (4 with Saharan dust and one “clean”), sample of Saharan dust collected in Grenoble and Saharan sand sample. Furthermore, 4 clone libraries were generated using full-length 16S rRNA gene amplicons obtained from 4 of the above snow samples (three with Saharan dust and one ‘clean'). Species content and dominant phylotypes and their assigning to major divisions varied significantly in alpine snow on a Mont Blanc glacier associated with four depositions of Saharan dust over a 3-year. Dominant phylotypes revealed are belonged to Actinobacteria, Proteobactreia, Firmicutes, Deinococcus-Thermus, Bacteroidetes and Cyanobacteria. Such variability was detected by both partial and full-length 16S rRNA gene sequencing and seems to be caused more by conditions of dust transport than bacterial load from the original dust source. Also the preservation period of dust in snowpack could affect the species composition. Thirteen icy phylotypes as candidates into snow microbiota establishing were recognized in snow containing Saharan dust and only two in “clean” snow sample. Of them, both dominant and minor phylotypes of Cyanobacteria, Proteobacteria, Actinobacteria и Firmicutes were revealed. Data on the closest strain physiology of recognized icy phylotypes suggests that representatives of genera Massilia (Betaproteobacteria), Tumebacillus (Firmicutes), Phormidium and Stigonema (both Cyanobacteria) are most relevant findings in terms of propagation in snow. By analyzing 16S rRNA from the “clean” snow containing no Saharan dust and comparing the data with those obtained for 16S rDNA library, it has been shown that Stigonema-like cyanobacterium identified could be propagating in snow at subzero temperature. Among all identified phylotypes, 10% were categorized as HA-phylotypes based on their con-specificity (≥98% similarity) with normal (non-pathogenic) human microbiome representatives. Furthermore, 11% out of all phylotypes showed less than 90% similarity with known taxa, thus, presenting novel taxa. Sequencing of both partial (V3-V5) and full-length 16S rRNA genes permitted to describe microbial diversity more fully and get more detailed picture. / The objective of this study is to assess the uncultured bacterial diversity in the snowpack of the Mont Blanc (MtBl) glacier containing Saharan dust deposited during four dust events during the period 2006 – 2009 by means of molecular phylogenetics. The final goal is to discover the bacteria that could be involved in the establishment of snow microbiota. Bacterial diversity was evaluated using rybotyping and subsequent sequencing of partial (V3-V5) and full-length 16S rRNA genes. For comparison purpose we also studied following samples: “clean” MtBl snow containing no Saharan dust; Saharan sand collected in Tunisia; Saharan dust collected in Grenoble (200 m a.s.l.) and recovered later on MtBl (4250 m a.s.l.). In order to verify possible microbial activity in situ, both rDNA and rRNA approaches were implemented for the “clean” snow sample. To evaluate the survival/colonization abilities of bacterial phylotypes recovered in snow samples with Saharan dust, we analyzed their closest strain physiology as well as sources of environmental clones using a threshold of ≥98% sequence similarity. For the result interpretation, we also used data on dust elemental composition and dust particles size distribution. As a result 8 clone libraries (including rRNA-based one) were constructed using V3-V5 16S rRNA gene sequences for 5 snow samples (4 with Saharan dust and one “clean”), sample of Saharan dust collected in Grenoble and Saharan sand sample. Furthermore, 4 clone libraries were generated using full-length 16S rRNA gene amplicons obtained from 4 of the above snow samples (three with Saharan dust and one ‘clean'). Species content and dominant phylotypes and their assigning to major divisions varied significantly in alpine snow on a Mont Blanc glacier associated with four depositions of Saharan dust over a 3-year. Dominant phylotypes revealed are belonged to Actinobacteria, Proteobactreia, Firmicutes, Deinococcus-Thermus, Bacteroidetes and Cyanobacteria. Such variability was detected by both partial and full-length 16S rRNA gene sequencing and seems to be caused more by conditions of dust transport than bacterial load from the original dust source. Also the preservation period of dust in snowpack could affect the species composition. Thirteen icy phylotypes as candidates into snow microbiota establishing were recognized in snow containing Saharan dust and only two in “clean” snow sample. Of them, both dominant and minor phylotypes of Cyanobacteria, Proteobacteria, Actinobacteria и Firmicutes were revealed. Data on the closest strain physiology of recognized icy phylotypes suggests that representatives of genera Massilia (Betaproteobacteria), Tumebacillus (Firmicutes), Phormidium and Stigonema (both Cyanobacteria) are most relevant findings in terms of propagation in snow. By analyzing 16S rRNA from the “clean” snow containing no Saharan dust and comparing the data with those obtained for 16S rDNA library, it has been shown that Stigonema-like cyanobacterium identified could be propagating in snow at subzero temperature. Among all identified phylotypes, 10% were categorized as HA-phylotypes based on their con-specificity (≥98% similarity) with normal (non-pathogenic) human microbiome representatives. Furthermore, 11% out of all phylotypes showed less than 90% similarity with known taxa, thus, presenting novel taxa. Sequencing of both partial (V3-V5) and full-length 16S rRNA genes permitted to describe

Le « quorum sensing » (QS) est un moyen de communication bactérienne impliquant des petites molécules appelées auto-inducteurs qui au-delà d’un certain seuil de concentration induisent une synchronisation de l’expression génétique au sein de la communauté bactérienne. Ce mécanisme est impliqué dans plusieurs processus bactériens tels que la luminescence, la formation du biofilm, ce qui en fait une cible privilégiée pour l’inhibition du biofilm bactérien nuisible aux activités humaines. Plusieurs systèmes QS ont été identifiés ; les plus étudiés sont le système AHL (acyl homoserine lactone) et le système AI2 (auto inducteur 2). L’objectif principal de cette thèse est de caractériser le(s) système(s) QS de Shewanella woodyi, une bactérie marine luminescente capable de coloniser rapidement une surface et de former un biofilm. L’utilisation de biosenseurs de référence et des expériences de LC-MS ont montré que S. woodyi synthétise la C8-HSL et l’AI2. La mutation des gènes impliqués dans la synthèse ou la détection des HSL abolit la luminescence mais n’affecte pas la formation du biofilm. De plus, le système AI2 ne semble pas impliqué dans la luminescence et la formation de biofilm de S. woodyi. L’absence d’un récepteur d’AI2 suggère que cette molécule n’a pas un rôle régulateur et qu’elle ne serait qu’un produit secondaire du métabolisme cellulaire. Ce travail a donc permis de caractériser les 2 principaux systèmes QS de S. woodyi et pourrait permettre d’en faire un nouveau biosenseur marin. / Quorum sensing (QS) is a bacterial communication system involving small molecules called autoinducers which above a threshold concentration, induce the synchronization of genes expression within the bacterial community. This mechanism is involved in several bacterial processes such as luminescence and biofilm formation, making it a preferred target for the inhibition of bacterial biofilm harmful to human activities. Several QS systems have been identified; the most studied ones are the AHL system (acylhomoserine lactone) and the AI2 system (autoinducer 2). The main objective of this thesis is to characterize the QS system (s) of Shewanella woodyi, a luminescent marine bacterium able to rapidly colonize a surface and form a biofilm. The use of reference biosensors and LC-MS experiments have shown that S. woodyi synthesizes C8-HSL and AI2. The mutation of the genes involved in the synthesis or detection of HSL abolishes luminescence but does not affect the biofilm formation. Moreover, the AI2 system does not appear to be involved in the luminescence and biofilm formation of S. woodyi. The absence of an AI2 receptor suggests that this molecule does not have a regulatory role and that it is only a secondary product of cellular metabolism. This work has allowed the characterization of the 2 main QS systems of S. woodyi, which could make this strain a new marine biosensor.

Ce travail de thèse est consacré à la préparation de glycopolymères porteurs de groupements pendants mannoside d’heptyle et à l’évaluation de la capacité de ces ligands multivalents à inhiber la fixation bactérienne sur les cellules humaines. Nous avons synthétisé, par polymérisation radicalaire contrôlée, une série de glycopolymères linéaires ou en étoile présentant des masses molaires, des densités en mannoside et des microstructures modulables dans le but d’évaluer l’influence de ces paramètres sur les processus d’interactions avec diverses souches de bactéries E coli (AIEC LF82 et UTI 89). Nous avons tout d’abord mis en évidence par diffusion dynamique et statique de la lumière, la formation d’agrégats entre ces glycopolymères et FimH, la lectine à l’origine de la fixation de souches de bactéries E coli, traduisant des interactions fortes entre les motifs mannosides et les sites de reconnaissance au mannose de la lectine. Nous avons ensuite évalué l’aptitude de ces ligands multivalents à bloquer l’adhésion bactérienne d’AIEC LF82 (impliquée dans la maladie de Crohn) sur des cellules épithéliales intestinales T84. Il a été démontré en conditions in vitro que l’ajout de 10 nM ou 100 nM d’unités mannoside (respectivement en pré- ou post-incubation) réduit de moitié l’adhésion des bactéries sur les cellules épithéliales. L’effet anti-adhésif de ces glycopolymères a été confirmé par des tests ex vivo réalisés sur des intestins isolés de souris transgéniques CEABAC10. Enfin, nous avons exploité la technique de nanoprécipitation pour l’élaboration de nanocapsules de glycopolymères à cœur huileux. Le procédé développé permet la synthèse de nanocapsules de dimensions contrôlées, porteuses de groupements fonctionnels (fluorophores, ligands) ou de particules métalliques et l’encapsulation de molécules actives à cœur en une seule étape. / This PhD work focuses on the preparation of glycopolymers bearing pendent heptyl mannose groups and the evaluation of the capability of such multivalent ligands to inhibit bacterial adhesion to human cells. Aiming at understanding the impact of various structural parameters on glycopolymer/ E coli interactions (AIEC LF82 et UTI 89 strains of E. coli), a series of linear and star-shaped glycopolymers with tunable molecular weight, mannoside density and microstructure (block copolymers, gradient copolymers, random copolymers) has been constructed. The association of the glycopolymers with FimH adhesin, a lectin which possesses a mannose-specific receptor site and is responsible for recognition and binding to host cells, was first confirmed by static and dynamic light scattering experiments. The propensity of the glycopolymers to prevent attachment of E. coli (AIEC LF82 involved in Crohn’s disease) to intestinal epithelial cells (T84 cells) was further investigated through adhesion assays. It was shown that under in vitro conditions, the addition of 10 nM or 100 nM of glycopolymer on a mannose unit basis (in pre-incubation and post-incubation respectively) decreases by half the bacterial adhesion to intestinal epithelial cells. The anti-adhesive effect of these multivalent ligands was further confirmed in ex vivo conditions for colonic loops of transgenic CEABAC10 mice (Crohn’s disease model mouse). Finally we took advantage of the nanoprecipitation process to generate glyconanocapsules with oily core. The employed strategy allowed for preparing well-defined nanocapsules bearing groups of interest (tags, ligands) or metal particles within the shell and loaded with active molecules in the core in one step.

Largement répandu dans l'Arctique canadien, l'Omble chevalier (*Salvelinus alpinus*) est une espèce nordique clé pour les Inuits, car il constitue la principale source de protéines et d'acides gras polyinsaturés. Aujourd'hui, avec le changement climatique et les activités anthropiques, cette espèce fait face à de multiples facteurs de stress qui menacent leur santé, leur productivité et les fonctions du microbiote. Chez les Poissons, il existe trois microbiotes dans la peau, les intestins et les branchies, qui participent au maintien de la santé, du système immunitaire et du métabolisme de leur hôte. Ce projet se concentre sur les relations complexes existant entre l'Omble chevalier et son consortium microbien symbiotique dans les branchies, un organe central chez les Poissons. Ce dernier permet la respiration, l'osmorégulation, et il est une barrière semi-perméable qui filtre l'eau, mais aussi les agents pathogènes et les contaminants. Ce sont pour toutes ces raisons que nous nous sommes particulièrement intéressés à la dynamique des populations de bactéries actives vivant dans le microbiote des branchies. De manière générale, ce projet de thèse est la première caractérisation du microbiote des branchies dans des populations sauvages d'Omble chevalier en Arctique. Une approche intégrative a été utilisée pour étudier ces interactions hôte-microbiote afin de déterminer les facteurs environnementaux et génétiques qui expliquent la diversité de composition du microbiote le long d'un gradient latitudinal en Arctique. Dans un premier temps, nous avons caractérisé la composition des communautés bactériennes actives du microbiote des branchies de population sauvages d'Omble chevalier situées dans cinq communautés inuites différentes : Ekaluktutiak (Nunavut), Salluit, Akulivik, Inukjuak, et Kangiqsualujjuaq (Nunavik). Nous avons trouvé des Protéobactéries et des Bactéroidetes en forte activité dans chacun des groupes, suggérant qu'ils font partie des phylums cœur du microbiote chez l'Omble chevalier. Cependant, au niveau du genre, la composition bactérienne était différente selon les groupes géographiques. La latitude, la température de l'air et le type d'eau (eaux douces ou eaux salées) expliquaient cette distinction. D'un point de vue de la dynamique, les groupes Ekaluktutiak et Kangiqsualujjuaq semblaient avoir une structure stable du microbiote avec beaucoup d'interactions entre les taxons alors qu'Inukjuak et Salluit présentaient plutôt une structure faible avec une potentielle dysbiose détectée. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés aux effets de la pollution aux métaux lourds sur le microbiote des branchies. Le mercure, un contaminant neurotoxique et persistant, se retrouve en Arctique par les courants atmosphériques et, après son dépôt sur les terres, se retrouve dans les lacs par ruissèlements. Nous avons mesuré les concentrations de mercure dans les foies et les muscles et regardé si le mercure exerçait une influence sur le microbiote. Nous n'avons trouvé aucune concentration alarmante dans les tissus des poissons pêchés, cependant, le groupe Ekaluktutiak comprenait des concentrations significativement plus élevées et nos analyses statistiques ont montré que le mercure influençait la composition du microbiote. De surcroit, l'abondance de certains taxons était positivement ou négativement corrélée à la concentration de mercure et nous suspectons plusieurs bactéries trouvées dans les branchies de jouer un rôle dans le cycle du mercure. Finalement, nous avons essayé d'évaluer l'effet du génotype de l'hôte sur la composition du microbiote des branchies de l'Omble chevalier. Les études montrant un effet du génotype de l'hôte sur la composition des microbiotes ou suspectant un recrutement de bactéries bénéfiques de l'hôte augmentent dans ce domaine. Ici aussi, nous avons trouvé une corrélation significative entre le génotype de l'Omble chevalier et la composition bactérienne du microbiote actif des branchies dans l'ensemble de notre jeu de données. Cependant, cette corrélation était assez faible. De plus, aucune corrélation significative n'a été trouvée entre ces deux variables dans le groupe Inukjuak, indiquant que le génotype de l'hôte n'a pas d'influence sur le microbiote dans ce groupe-là alors que des corrélations significatives ont été trouvées dans les autres groupes. Même si un effet génétique a été trouvé dans la plupart des groupes l'effet environnemental pourrait jouer un rôle plus fort sur la modulation des communautés bactériennes dans le microbiote. En conclusion, nous avons mis en évidence dans cette thèse que les facteurs environnementaux et génétiques avaient leurs importances dans la modulation du microbiote des branchies de l'Omble chevalier qui différaient selon les groupes géographiques. / Widespread in the Canadian Arctic, Arctic char (*Salvelinus alpinus*) is a key northern species for the Inuit, as they are the primary source of protein and polyunsaturated fatty acids. Today, with climate change and anthropogenic activities both local and distant, this species is faced with a rapidly changing environment. They face multiple stressors, such as changes in water chemistry, bioaccumulation of pollutants, and migration of exotic pathogen populations. This threatens their health and productivity and negatively impacts microbiota functions linked to host immune response and metabolism. In fish, there are three microbiota in the skin, intestines, and gills, and all play a part in maintaining the health of their host. This project focuses on the complex relationships between Arctic char and their symbiotic microbial consortium in the gills. Gills are a central organ in fish. They allow respiration and osmoregulation, and they are a semi-permeable barrier that filters water, including pathogens and contaminants, and contain many immune molecules and commensal microorganisms. For all these reasons, we are particularly interested in the population dynamics of active bacteria living in the gill microbiota. Overall, this thesis project is the first characterization of gill microbiota in wild Arctic Arctic char populations. An integrative approach was used to study these host-microbiota interactions to determine the environmental and genetic factors that explain the diversity of microbiota composition across a latitudinal gradient in the Arctic. First, we characterized the composition of the active bacterial communities of the microbiota in five geographic zones located in five different Inuit communities in Nunavut (Ekaluktutiak) and Nunavik (Salluit, Akulivik, Inukjuak, and Kangqisualujjuaq). We found Proteobacteria and Bacteroidetes in high abundance in each group, suggesting that they are part of the core phylum of the Arctic char microbiota. However, at the genus level, bacterial composition differed between geographic groups. This distinction was explained by latitude, air temperature, and water type (freshwater or saltwater). From a dynamic point of view, the Ekaluktutiak and Kangqisualujjuaq groups seemed to have a stable microbiota structure, with many interactions between taxa. In contrast, Inukjuak and Salluit had a weak structure, with potential dysbiosis detected. Secondly, we looked at the correlation between mercury and gill microbiota. Mercury, a neurotoxic and persistent contaminant, reaches the Arctic via atmospheric currents and, once deposited on land, finds its way into lakes via runoff or snow/ice/ice melt. We measured mercury concentrations in the livers and muscles of individuals and looked to see if mercury correlated with microbiota. We found no alarming concentrations in the tissues of the fish caught. Still, the Ekaluktutiak group had significantly higher concentrations, and our statistical analyses showed that mercury was correlated with the microbiota composition. Furthermore, the abundance of specific taxa was positively or negatively correlated with mercury concentration, and several bacteria found in the gills could play a role in mercury cycling. Finally, we attempted to assess the correlation between host genotype and the composition of Arctic char gill microbiota. Studies showing an impact of host genotype on microbiota composition and suspecting recruitment of beneficial host bacteria are increasing in this field. We also found a significant correlation between the Arctic char genotype and the bacterial composition of the active gill microbiota in our entire dataset. However, this correlation was relatively weak. Furthermore, no significant correlation was found between these two variables in the Inukjuak group, indicating that host genotype does not influence microbiota in this group. In contrast, significant correlations were found in the other four groups. Although a genetic correlation was found in most groups, the environmental impact could play a stronger role in modulating bacterial communities in the microbiota. In conclusion, this thesis has demonstrated the importance of environmental and genetic factors in modulating Arctic char gill microbiota, which differed according to geographical group.

Les travaux présentés relatent la mise au point d'un procédé d'épuration aérobie en lit immergé par bactéries fixées sur support géotextile. Ce matériau facilite la réalisation et l'exploitation des installations par rapport aux lits immergés granulaires. La bibliographie et les expériences préliminaires menées sur différents géotextiles démontrent que les critères de choix pour les matériaux de fixation sont indissociables de leur mise en œuvre. Pour la suite de cette étude le géotextile ENKAMAT est utilisé. La colonisation du support sélectionné est réalisée dans un pilote industriel à l'intérieur duquel le matériau est disposé en nappes. La méthodologie du suivi consiste à faire varier la charge polluante en agissant sur le débit d'eau et le dopage de l'effluent, voire les deux. Les performances du procédé sont étudiées en mesurant régulièrement les paramètres classiques de pollution. Les caractéristiques hydrauliques du lit se déduisent de la distribution du temps de séjour, évaluée par traçage. La chromatographie en phase gazeuse permet de quantifier le transfert de l'oxygène. Le procédé fonctionne par cycles de 2 à 12 jours entrecoupés de lavages air-eau. La capacité maximale, mesurée en charge volumique appliquée, est d'environ 7 kg DCO/m3/j pour une durée de fonctionnement de 3-4 jours, satisfaisant le niveau de rejet e (norme française : MES 30 mg/1, DBO5 30 mg/1, DCO 90 mg/1). La modélisation des phénomènes de l'épuration révèle que : - la cinétique d'élimination du substrat organique est d'ordre 1, - la charge particulaire de l'eau épurée dépend à la fois du décrochage du biofilm, fonction de la vitesse de l'eau, et de la croissance des bactéries libres, - la durée du cycle est liée à l'accumulation de la biomasse fixée, - et que la diffusion du substrat organique contrôle l'épuration. De plus, cette modélisation a permis l'élaboration d'abaques de dimensionnement de lit immergé sur géotextile.

Les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin sont caractérisées par une inflammation anormale et récurrente du tractus digestif. De nombreuses études ont démontré des effets bénéfiques de souches probiotiques anti-inflammatoires recombinantes ou non. La première partie de cette thèse décrit différentes stratégies d'optimisation de souches de bactéries lactiques en tant que vecteurs de protéines d'intérêt santé. Nous avons ainsi démontré qu'une modification du peptidoglycane de la paroie de Lactococcus lactis influençant la lyse bactérienne ne permettait pas de moduler l'immunogénicité de l'antigène E7 délivré par L. lactis. Nous avons également démontré que la nature du vecteur bactérien était un paramètre essentiel dans la vectorisation de la protéine délivrée : ainsi l'espèce Bifidobacterium infantis induit une réponse immunitaire spécifique à l'antigène E7 supérieure à celle obtenue avec les vecteurs L. lactis et Lactobacillus plantarum. La deuxième partie de cette thèse porte sur l'étude des effets anti-inflammatoires de bactéries recombinantes ou non. Nous avons ainsi démontré que la souche Lb. casei BL23 produisant une superoxyde dismutase à manganèse permettait de diminuer significativement des colites murines induites par administration de dextran sodium sulfate. Enfin, nous avons mis en évidence des propriétés anti-inflammatoires sur divers modèles d'inflammation in vitro / in vivo de Faecalibacterium prausnitzii, première bactérie commensale anti-inflammatoire identifiée sur la base de données cliniques humaines.

Le complexe Burkholderia cepacia (Bcc) englobe 17 espèces retrouvées dans les infections pulmonaires d'individus atteints de mucoviscidose. Les bactéries de ce complexe sont présentes dans les sols, la rhizosphère de grandes cultures, les eaux usées et peuvent également être rencontrées dans le cadre d'infections nosocomiales. En France, les espèces B. multivorans et B. cenocepacia (Bcen) sont les espèces majoritaires au niveau des infections de patients atteints de mucoviscidose. Divers clones épidémiques ont été décrits au sein de l’espèce Bcen dont le clone ET12 associé au "syndrome cepacia". En 2004, une épidémie nosocomiale impliquant un clone du Bcc est survenue dans un hôpital de l’Ain. Durant ce travail, l’origine de ce clone (B&B), sa classification au sein du Bcc et certains phénomènes génétiques liés à son émergence ont été étudiés. Cela a permis d’identifier ce clone comme appartenant à l’espèce Bcen et une forte proximité de celui-ci avec la lignée ET12. L’étude des facteurs transcriptionnels de la famille σ70 au sein du Bcc a mis en évidence une structure génétique similaire entre la lignée ET12 et ce clone, mais différente de celle observée chez les autres espèces du Bcc. L’analyse d’éléments génétiques répétés de la famille des séquences d’insertion (IS) a cependant permis d’observer une organisation génomique distincte de la lignée ET12. Celle-ci a été reliée à des phénomènes d’instabilité génétique notamment à des phénomènes d’acquisition d’éléments génétiques mobiles de type îlot génomique. L’ensemble de ce travail a permis de caractériser un ensemble de phénomènes génétiques pouvant expliquer l’émergence de clones épidémiques tels que le clone B&B. / The Burkholderia cepacia complex (Bcc) comprises 17 species found in lung infections of individuals with cystic fibrosis. The bacteria of this complex are present in the soil, the rhizosphere of field crops, wastewater and may also be encountered in nosocomial infections. In France, the B. multivorans and B. cenocepacia species are the major species in infections of cystic fibrosis patients. Various epidemic clones have been described within the B. cenocepacia species whose ET12 clone associated with "cepacia syndrome". In 2004, a nosocomial outbreak involving a clone of Bcc occurred in a French hospital. During this outbreak, origin of this clone (B&B clone), its classification within the Bcc and several genetic events associated with its emergence have been studied. These investigations have identified this clone as belonging to the species B. cenocepacia with a strong proximity with the ET12 lineage. The study of transcriptional factors of σ70 family within the Bcc has revealed a similar genetic structure between the ET12 lineage and this clone, but different from that observed in other species of Bcc. Analysis of genetic elements repeated family of insertion sequences (IS), however, allowed to observe a distinct genomic organization of the ET12 lineage. It has been linked to phenomen of genetic instability including acquisition of mobile genetic elements like genomic island (GI). All of this work has helped to characterize a set of genetic events may explain the emergence of epidemic clones such as clone B&B.

Les pucerons sont parmi les principaux ravageurs des cultures dans les régions tempérées. Leur succès comme parasites de plantes repose sur leur fort potentiel reproductif dû à la parthénogénèse durant le printemps et l'été ainsi qu’à la symbiose avec Buchnera aphidicola. Cette bactérie symbiotique obligatoire fournit aux pucerons les acides aminés essentiels qui sont déficients dans leur alimentation déséquilibrée (la sève élaborée des plantes), et contribue ainsi à leur développement et reproduction. Le premier volet de ce travail de thèse a consisté à déterminer les besoins en acides aminés des différents stades embryonnaires, afin d’identifier des facteurs clé de l’association symbiotique au cours du développement du puceron du pois Acyrthosiphon pisum. Cette étude, conduite sur des embryons prélevés in vivo ou mis en culture in vitro, a révélé i) des exigences métaboliques évoluant au cours de développement du puceron, ii) une dépendance au compartiment maternel pour l’approvisionnement des embryons en acides aminés, et iii) de forts besoins en acides aminés aromatiques, notamment en tyrosine, pour les stades embryonnaires tardifs et le premier stade larvaire précoce. Le deuxième volet de cette thèse a alors eu pour objectif l’identification de gènes cibles à l’intérieur des voies révélées par l’approche métabolique. A l’aide d’une puce à ADN dédiée au génome du d’A. pisum, les profils d’expression des gènes du puceron ont été analysés au cours de son développement embryonnaire. L’analyse fonctionnelle des différents groupes de gènes montre que ceux liés au métabolisme des acides aminés présentent de hauts niveaux d’expression et des variations significatives entre les différents stades. La voie métabolique des acides aminés aromatiques et tout particulièrement les gènes menant à la synthèse de la tyrosine, ainsi que les gènes/voies liés à la formation et à la maturation de la cuticule, sont parmi les plus sollicités chez les embryons tardifs. L’ensemble des résultats obtenus par les approches métabolique et transcriptomique suggère une synthèse et une accumulation de tyrosine au cours du développement embryonnaire, en vue de son utilisation comme précurseur pour la sclérotisation et le tannage cuticulaire après la ponte. Le dernier volet de ce travail de thèse a consisté en une analyse fonctionnelle du rôle du gène ACYPI007803, codant l’enzyme catalysant la synthèse de la tyrosine à partir de la phénylalanine, par la technique d’ARN interférence (RNAi). Une augmentation de la mortalité des larves pondues par les femelles traitées est corrélée à la diminution de l’expression du gène cible dans les compartiments symbiotiques (les chaines embryonnaires et les bactériocytes maternels) et confirme le rôle clé du gène ACYPI007803 dans le développement des embryons chez le puceron du pois. / Aphids are among the main crop pests in temperate regions. Their success as parasites of plants is based on their strong reproductive output due to parthenogenetic reproduction during spring and summer and to their symbiosis with Buchnera aphidicola. This obligatory symbiotic bacterium supplies aphids with essential amino acids poorly available in their unbalanced food (the phloem sap of plants), and so contributes to their development and reproduction. The first part of this work consisted in determining amino acid needs of different embryonic stages, in order to identify key factors of the symbiotic association during the pea aphid development. This study, led on embryos taken in vivo or cultivated in vitro in culture media, allowed us to identify: i) the evolution of metabolic requirements of embryos during development, ii) a dependence of embryos from the maternal compartment for their supply in amino acids, and iii) strong needs in aromatic amino acids, particularly in tyrosine, of the late embryonic stages and the early first larval stage of the pea aphid. The second part of this thesis had for objective the identification of key genes inside pathways revealed by the metabolic approach. Using a dedicated oligonucleotides microarray, the gene expression profiles of the aphid were analysed during the development of the insect. The functional analysis of different gene groups showed that genes involved in amino acids metabolism are globally over-expressed, but they also showed significant transcriptional regulations in the switches between the different stages studied here. The metabolic pathway of aromatic amino acids and particularly the genes involved in the biosynthesis of tyrosine, as well as genes / pathways involved in the formation and the maturation of the cuticle, were among the most solicited in the late embryos. These transcriptomic results, taken together with those obtained by the metabolic approach, suggest that the amino acid tyrosine is synthesized and accumulated by the pea aphid during its embryonic development, in order to later be used as precursor for the sclerotization and the cuticular tanning, processes that occur after insect laying. The last part of this work consisted in a functional analysis of the gene ACYPI007803, coding the enzyme catalysing the tyrosine synthesis from the phenylalanine, by using the RNA interference (RNAi) technique. An increase of the mortality of larvae laid by the treated females was correlated with the decrease of the expression of the target gene in the symbiotic compartments (the embryonic fraction and the maternal bacteriocytes) so confirming the key role of the ACYPI007803 gene in the development of the pea aphid embryos.

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