Le secteur industriel du traitement des déchets génère des émissions gazeuses induisant des nuisances odorantes auprès des populations riveraines des installations. Ces effluents gazeux contiennent une grande diversité de composés volatils : oxygénés (acides gras volatils, cétones, aldéhydes, alcools), azotés et soufrés (hydrogène sulfuré (H2S), diméthylsulfure (DMS), diméthyldisulfure (DMDS) et méthanethiol (MT)). Ces effluents gazeux sont traités par un dispositif approprié que sont les bioprocédés. Néanmoins, les seuils de perception des composés odorants et plus particulièrement ceux des composés soufrés, très bas, obligent à atteindre des efficacités d'abattement particulièrement élevées, faute de quoi le résiduel de concentration peut être à l'origine d'un impact notable sur les populations riveraines. L'objectif de cette étude est donc d'améliorer les performances de ces procédés biologiques par la mise en oeuvre de filières de traitement. L'originalité de ce travail est d'évaluer les performances d'épuration d'un mélange de composés soufrés par la mise en oeuvre du couplage de deux procédés biologiques que sont le lit percolateur et le biofiltre.Le premier résultat de ce travail de thèse a consisté à évaluer l'impact du pH sur l'activité de dégradation de composés soufrés en mélange (H2S, DMS et DMDS) en mettant en oeuvre des microcosmes. La valeur du pH de la phase aqueuse a une influence sur l'efficacité d'élimination des DMS et DMDS. Une élimination complète de ces derniers est observée pour une gamme de pH comprise entre 5 et 7. Les performances de ce couplage ont été comparées avec celles observées dans le cas de biofiltres seuls (dupliquats). Après une phase d'acclimatation, un fonctionnement stable est maintenu en conditions opératoires stationnaires. Les potentialités du couplage ont été mises en évidence, les niveaux d'abattement des DMS et DMDS étant supérieurs (de l'ordre de 20%) pour le couplage de bioprocédés. La composante microbiologique a fait l'objet d'une attention particulière en évaluant les densités de deux populations connues pour dégrader ces composés soufrés (Hyphomicrobium et Thiobacillus thioparus) par q-PCR au sein du biofiltre couplé au filtre percolateur et des biofiltres de référence. Les résultats obtenus mettent en évidence la présence de ces deux populations à des taux élevés (104 copies du gène ADNr-16S/ng ADN extrait pour Thiobacillus thioparus et 104-106 copies du gène ADNr-16S/ng ADN extrait pour Hyphomicrobium). La répartition de ces deux populations est similaire dans les deux cas (couplage et biofiltres seuls).Face à des perturbations représentatives de celles observées sur site, la robustesse du couplage a pu être mise en évidence, les niveaux d'efficacité d'avant les chocs sont récupérés dans un délai inférieur ou égal à 72 heures après l'arrêt de la perturbation. Enfin, une application sur site (équarrissage) a été conduite sur une période de trois mois et a permis de valider les résultats de laboratoire et de montrer l'adaptabilité d'un tel système face à la variabilité d'un effluent réel.

Les données de séquençage des génomes ont révélé une nouvelle famille de protéines UPF0079, comprenant des protéines de fonction inconnue qui sont exclusivement et largement présentes chez les bactéries et qui possèdent un motif A de Walker dans leur séquence. La caractérisation biochimique et l'élucidation du rôle physiologique de cette famille contribueront à élargir nos connaissances en biologie fondamentale, et sont également un préalable vers le développement de nouveaux composés antimicrobiens. Notre étude sur YdiB, un archétype de cette famille chez Bacillus subtilis a révélé à la fois l‟autophosphorylation de YdiB et son activité de protéine kinase. L‟activité kinase de double spécificité Ser/ Thr et Tyr de YdiB semble nécessiter son oligomérisation et semble être stimulée par des molécules basiques telles que des polyamines naturelles ou la poly-L-lysine. Les 10 résidus les plus conservés chez cette famille ont été étudiés afin de mieux comprendre le mécanisme moléculaire de YdiB. Concernant la caractérisation fonctionnelle de la phosphorylation liée à YdiB, l‟étude de l‟opéron ydiA-B-C-D-E de B. subtilis nous a permis de montrer que YdiB et YdiC fonctionnent comme un couple de protéine kinase/phosphatase de deux protéines substrats dont les fonctions seraient liées aux ribosomes, YdiD et YdiE. Une co-localisation partielle entre YdiB et les ribosomes a été observée. En outre, YdiB est capable de phosphoryler des protéines ribosomiques appartennant aux deux sous-unités 50S et 30S, ainsi que deux GTPases impliquées dans la biogénèse des ribosomes, EngA et EngB. Nous avons également démontré que EngA phosphorylée par YdiB est un substrat in vitro de la phosphatase YdiC. Enfin, basé sur le phosphoprotéome de Bacillus subtilis, des peptides mimant des sites de phosphorylation in vivo ont été utilisés. Certains entre eux sont phosphorylés in vitro par YdiB. Deux de ces peptides appartiennent à la superoxyde dismutase, SodA, dont l'activité in vitro et après purification est régulée positivement via la phosphorylation par YdiB. Nous avons ensuite constaté que les cellules de B. subtilis dépourvues du gène ydiB sont plus sensibles aux agents oxidants tels que le paraquat ou la norfloxacine. Nous proposons que, in vivo, YdiB fonctionne comme une protéine kinase impliquée dans l‟activité et/ou la stabilité des ribosomes dans des conditions physiologiques normales, et YdiB contribuerait à protéger les cellules contre les dommages du stress oxydatif.

Aedes albopictus et Aedes aegypti sont des moustiques vecteurs d’arbovirus tels que le virus de la dengue et le virus du chikungunya. En plus des virus transmis, les moustiques hébergent également des bactéries dont certaines affectent la biologie des hôtes. Par exemple, la bactérie Wolbachia infecte naturellement Aedes albopictus. Comme chez la plupart des insectes, cette bactérie est un parasite qui manipule la reproduction du moustique et peut également interagir avec certains pathogènes, modifiant ainsi la transmission du pathogène par le moustique hôte. Hors Wolbachia, peu d’études ont été consacrées à l’étude des populations bactériennes hébergées par les moustiques du genre Aedes et aux interactions entre ces populations bactériennes et les arbovirus transmis. Dans ce contexte, le travail de cette thèse a consisté à caractériser la diversité des communautés bactériennes des moustiques du genre Aedes et à explorer l’interférence possible entre le compartiment bactérien et le virus chikungunya. L’utilisation de techniques telles que les isolements bactériens, l’amplification par PCR, la DGGE et l’hybridation in situ ont permis de détecter et localiser certaines bactéries présentes chez des populations naturelles et de laboratoires d’Aedes. Ces populations appartiennent aux Alpha, Beta et Gammaprotéobactéries ainsi qu’aux Firmicutes. L’étude de la dynamique des communautés bactériennes symbiotiques et de l’infection par le virus chikungunya chez Aedes albopictus par PCR quantitative et puces taxonomiques a révélé l’existence d’interactions entre les différents partenaires de ce système vectoriel / Aedes albopictus and Aedes aegypti transmit a large number of arboviruses, including dengue and chikungunya. In addition to viruses, mosquitoes harbour other symbionts that are able to affect its biology. For instance, the bacterium Wolbachia infects naturally Aedes albopictus. As for many insects, this bacterium is an obligate parasite that manipulates the host reproduction and can also interact with pathogens, modifying the transmission of the pathogens by the mosquitoes. Except Wolbachia, little is known about the bacteria associated with Aedes mosquitoes. First, we detected and localized bacteria in field-caught and laboratory populations of Aedes, using culture and non-culture methods including PCR, DGGE and in situ hybridization. The bacterial populations belonged to Alpha, Beta and Gammaproteobacteria as well as to Firmicutes. Then, the effects of chikungunya infection on Wolbachia and total bacterial community were measured using quantitative PCR and taxonomic microarrays. Results showed interactions between the different partners in this vectorial system

La colonisation bactérienne du gros intestin chez le poulain a été très peu étudiée. Pourtant, elle pourrait jouer un rôle capital dans la composition et l’activité de la communauté bactérienne chez l’animal devenu adulte. L’objectif de ce travail a été de mieux décrire la mise en place de la communauté bactérienne et de son activité de dégradation des glucides pariétaux dans les fèces du poulain de la naissance au post-sevrage. La supplémentation maternelle en produits fermentés FAP® (Original Process, France) a été testée comme facteur de variation. Nos travaux confirment que la colonisation bactérienne dans les fèces du poulain est un processus séquentiel qui débute très rapidement après la naissance et s’achève autour d’un mois d’âge. Les bactéries maternelles contenues dans le lait pourraient jouer un rôle majeur dans l’origine des bactéries qui s’implantent chez le poulain au cours des cinq premiers jours de vie. La fonction de dégradation des glucides pariétaux se met en place à partir de la deuxième semaine de vie et est établie à deux mois d’âge. Le sevrage pratiqué à six mois n’a pas d’impact majeur sur la communauté bactérienne et son activité dans les fèces du poulain. Enfin, la supplémentation maternelle a stimulé la mise en place précoce des bactéries anaérobies totales et utilisatrices de lactate et le démarrage des activités fermentaires dans les fèces du poulain. Cependant, aucun effet n’a été rapporté au-delà de cinq jours de vie. Comme la supplémentation en produits fermentés n’a pas modifié la composition et la structure des communautés bactériennes des fèces et du lait de jument, les effets observés chez le poulain pourraient, en partie, s’expliquer par une modification du lait sur le plan qualitatif et/ou quantitatif. Une meilleure connaissance des mécanismes impliqués dans le transfert de bactéries maternelles au poulain est un préalable afin d’envisager de nouvelles pistes de recherche pour optimiser la colonisation bactérienne chez le poulain par la modulation de la microflore maternelle. / In foals, few studies have been conducted on the hindgut bacterial establishment, despite this could play a major role in the composition and activity of the bacterial community in the adult animal. This work aimed at better describing the establishment of the bacterial community and its cell-walls degradation capacity in the foal feces from birth to post-weaning. Maternal supplementation with fermented products FAP® (Original Process, France) was tested as a variation factor. Our results confirm that bacterial establishment in the foal feces is a sequential process that starts very early after birth and ends at around one month of age. Bacteria in the mare milk could play a main role in the origin of the bacteria settling in the foal during the five first days of life. Cell-walls degradation activity starts from the second week of life and is established at two months of age. The weaning at six months had no major impact on the bacterial community and its activity in the foal feces. Finally, the maternal supplementation stimulated the early establishment of total anaerobes and lactate utilizers and the fermentative activity start in the foal feces. However no effect was reported after five days of life. As the maternal supplementation with fermented products did not change the bacterial community composition and structure in mare feces and milk, the change we observed in the foal could partly be explained by a change in the quality or quantity of milk. A better knowledge of the mecanisms implicated in the bacterial transfer from the mare to its foal is necessary before investigating new research area for optimising bacterial establishment in the foal by modulating the maternal microflora.

Lors de la prospection de bactéries d’intérêt dans le milieu marin, nous avons isolé des colonies aux couleurs brillantes sous illumination directe, ressemblant à l’iridescence de certains papillons. L’iridescence est une couleur physique induite par des structures nanoscopiques périodiques. Ce phénomène est peu détaillé chez les procaryotes. Dans cette thèse nous avons souhaité caractériser le phénomène par des analyses physico-optiques,microbiologiques et écologiques. La souche fut identifiée comme appartenant à l’espèce Cellulophaga lytica.Les premières étapes ont permis d’illustrer le phénomène et de prouver une coloration structurale des colonies par microspectrophotométrie. Une comparaison de diverses souches a démontré l’iridescence singulière de C. lytica,dénommée iridescence « glitter-like ». Nous avons ainsi proposé la première classification des iridescences bactériennes. Certaines souches du même phylum Bacteroidetes exprimaient le phénomène. Un lien entre cette iridescence et la motilité « gliding » fut mis en évidence. De façon intéressante, l’iridescence était conservée en conditions mimant le biotope C. lytica. De plus, diverses souches marines iridescentes ont pu être ré-isolées. Elles étaient particulièrement abondantes sur les macro algues (rouges, brunes), mollusques, cnidaires et dans l’eau de mer. Nous supposons alors que ce phénomène pourrait avoir des rôles bio-écologiques. Grâce à la microscopie électronique à transmission et une modélisation, nous avons pour la première fois élucidé des structures reponsables d’une iridescence bactérienne : une organisation populationnelle de cellules alignées équidistantes.Les bases fondamentales et méthodologiques de l’iridescence bactérienne sont données dans cette thèse. Les applications correspondraient aux domaines des nanotechnologies et de la biomimétique. / During collections in the marine environment, colony with bright coloration under direct illumination was isolated. Colors were similar to butterly iridescence. Iridescence is a property of structural color where periodic nanoscopic structures are responsible of intense coloration. Bacterial iridescence is poorly described in the literature. In this work, we aimed to characterize the phenomenon by physico-optical, microbiological and ecological analysis. The marine bacterium was identified as Cellulophaga lytica.In the first experiment we illustrated and proved the physical color by micro spectrophotometry. Comparison with diverse bacteria permitted to demonstrate the uniqueness of C. lytica iridescence, named “glitter-like”. We proposed the first classification of iridescences within the prokaryotes. Others Bacteroidetes strains showed “glitterlike”iridescence effects. A link between iridescence and gliding motility was additionally identified. A biotic factors demonstrated conservation of the phenomenon under conditions that mimic C. lytica stressing biotope. Moreover,other iridescent marine strains were isolated. They were particularly associated to macroalgae (red, brown),mollusks, cnidarians and seawater. Biological and ecological functions of iridescence are then supposed. By using transmission electron microscopy and modeling, structures responsible for iridescence in the colony were first identified: alligned and equidistant cells at a population level.Bacterial iridescence’s fundamental and technical skills are described in this thesis. Applications could lead to biomimetic and nanotechnology of iridescent structures.

L’écosystème digestif est sous l’influence de facteurs abiotiques et biotiques qui déterminent son équilibre et par conséquent influencent la santé digestive de l'hôte. Chez le lapin en croissance, un déséquilibre de l’écosystème caecal est associé aux entéropathies, responsables de mortalités importantes en élevage. La compréhension des interactions biotope – biocénose digestive permettra la mise en oeuvre de stratégies pour garantir l'équilibre de cet écosystème. Ainsi, le rôle des facteurs biotiques de stabilité l’écosystème digestif, tels que des microorganismes exogènes probiotiques, fait actuellement l’objet de nombreuses études, mais leur mode d’action sur la biocénose et le biotope reste encore peu clair. L’objectif de notre travail est de contribuer à la compréhension du fonctionnement de l'écosystème caecal chez le jeune lapin, soumis ou non à un stress nutritionnel et en présence ou non d'une flore exogène ajoutée. Il s'agit aussi, de faire une approche comparative des effets d'un même probiotique (S. cerevisiae) dans cet écosystème et dans le rumen de la vache, pour mieux décrire les mécanismes d'action d'une levure probiotique sur les relations biocénose-biotope. Dans ce but, nous avons mis au point et validé pour le caecum du lapin la mesure du potentiel redox (Eh), pour mieux juger de l'état d'anaérobiose du biotope caecal. Nous avons également validé un nouvel indicateur de l’inflammation générale (haptoglobine sérique) en réponse à l'application d'un stress nutritionnel ou d'un état sanitaire déficient. Comparé au rumen, le biotope caecal est un milieu très anaérobie, puisque son potentiel redox moyen est de -220 mV et ne varie pas avec l’âge (de 28 à 64 jours). La biodiversité de la biocénose bactérienne caecale, calculée à partir de leur empreinte moléculaire (CE-SSCP) est en moyenne de 5,0 (indice de Simpson). Chez l'animal touché par un dysfonctionnement digestif, nous observons une élévation du niveau général de l'inflammation (+70% du taux d’haptoglobine sérique), associée à une chute de l'activité fermentaire caecal (-50%) et une hausse du pH (+ 0,7), mais qui n'est pas associée à des variations d'Eh caecal ou de la diversité bactérienne. L'application d'un stress nutritionnel (déficience en fibres) entraîne chez le lapin une baisse de la concentration caecale en AGV totaux (-25%) et une hausse du pH (+0,1). Cependant, la déficience en fibres n’a pas d'effet marqué sur le Eh caecal, dont la moyenne est de -210 mV. De même, la diversité bactérienne n’est pas modifiée (5,3) par la réduction de la teneur en fibres de l’aliment et la similarité observée est de 76%. La teneur de fibres dans l’aliment n’influence pas non plus le niveau d'inflammation générale. L’apport de levures vivantes dans la ration du lapin tend à augmenter la diversité bactérienne (+10%), et peut élever le potentiel redox caecal de 25 mV caecal. Il n’affecte cependant pas la structure du microbiote bactérien caecal (similarité= 99%). Elle n’entraîne pas non plus de variation du taux d’haptoglobine. L'ingestion de levures vivantes a permis l’amélioration de la santé digestive par la réduction de la mortalité (jusqu'à -50%) pendant les périodes de forte mortalité où le taux d’haptoglobine sérique augmente d’environ 70%. L’effet de la levure observé ici dans le caecum du lapin diffère de celui observé dans le rumen de la vache, pour lequel on observe une baisse du potentiel redox et une hausse du pH, ce qui favoriserait l’activité des bactéries anaérobies strict transformant le lactate en propionate. La levure stabiliserait donc le biotope (pH, potentiel redox) qui favoriserait la croissance ou l’activité de certaines bactéries. Cette hypothèse reste encore à confirmer pour l'écosystème caecal du lapin, à l'aide méthode appropriées. / The digestive ecosystem is influenced by abiotics and biotics factors that determined its balance and consequently influenced the host digestive health. In the young rabbit, caecal ecosystem disorders are largely responsible for nonspecific enteropathies that cause livestock losses. Understanding biotope/biocenosis interrelationships would allow the development of new strategies that preserve the ecosystem balance. Thus, the role of biotic factors that stabilise the digestive ecosystem, such as probiotics is extensively studied, however their effects on biocenosis and biotope remain unclear. The aim of our work is to improve our understanding of the caecal ecosystem functioning, submitted or not to a nutritional stress and with or without addition of an exogenous flora. We also aimed to compare the effects of the same probiotic (S. cerevisiae) in the caecum and in the rumen (dairy cow), to improve our knowledge on the mechanisms of action of yeast probiotic on biocenosis and biotope. We have developed and validated the measure of redox potential in the caecum. We also validated for the growing rabbit, a new indicator of the general inflammation (haptoglobin) in response to the application of nutritional stress or under a deficient sanitary status. Compared to the rumen, the caecal biotope is very anaerobic, since its redox potential is meanly of -220mV, and do not vary with age (35-63d old). The biodiversity of the bacterial community in the caecum, calculated from fingerprint technique (SSCP), reached meanly 5.0 (Simpson index). In the rabbit having a digestive trouble, the seric haptoglobin concentration increased by 70%, while caecal fermentative activity dropped by 50%. In parallel, the caecal pH increased (+0,7 unit) whereas the redox potential and the bacterial diversity remain unaffected in the caecum. When the young rabbit is submitted to a nutritional stress (fibre deficiency), the caecal volatile fatty acids concentration dropped by 25%, while the pH increased by 0.1 unit. However, the fibre deficiency did not affect the caecal redox potential (meanly -210 mV). Similarly, the bacterial biodiversity in the caecum was not modified (5,3) according to dietary fibre intake, as well the bacterial community structure. Besides, the haptoglobin concentration remained similar with fibre intake. The live yeast added in the diet tended to increase the bacterial diversity (+10%), and could slightly increase the caecal Eh (+25 mV). Yeast have no effect on the structure of rabbit caecal microbiota (bacteria only), where the similarity is 99%. It does not change the serum haptoglobin level. In return, yeast addition improved the digestive health by reducing mortality rate by 50%, particularly during periods of high mortality, when the serum haptoglobin increased by 70%. The effect of yeast described in the rabbit caecum differed from that found for the cow rumen: yeast decreased the redox potential and increased the pH that favors the strict anaerobic bacterial activity. The live yeast thus would stabilise the biotope (pH, Eh) and would favor the growth and activity of specific bacteria. However, this hypothesis still remains to be confirmed for the rabbit caecal ecosystem, using pertinent methodology.

L'objectif de la thèse est de caractériser des populations bactériennes susceptibles de dégrader la lignine des résidus de culture afin d'optimiser la biodisponibilité du compartiment holocellulosique. L'originalité du sujet réside dans la recherche de bactéries ligninolytiques en utilisant des approches combinant à la fois de l'isolement de souches, des techniques de biologie moléculaire et de la mise en œuvre de ces micro-organismes à l'échelle de réacteur pilote, dans le cadre de prétraitements des résidus de culture. Les travaux de recherche ont été réalisés pour mettre en évidence et identifier des micro-organismes potentiellement intéressants et caractériser leurs systèmes enzymatiques susceptibles d'intervenir dans la dégradation de la lignine. Suite à l'isolement de plusieurs souches d'intérêts et à la mise en place de réacteurs, des expérimentations ont été réalisées afin de suivre l'effet des prétraitements biologiques sur la dégradation de la biomasse et notamment par l'étude des transformations biochimiques, de l'accessibilité à la cellulose ainsi que de l'évolution des communautés microbiennes. Les résultats de ces travaux ont montré que la communauté endogène joue un rôle primordial dans la biodégradation de la paille de colza. Bien que l'inoculation de bactéries exogènes ait eu peu d'influence, il est possible d'améliorer l'accessibilité à cellulose par un mélange de lignine et des sels minéraux permettant d'enrichir la communauté endogène active. Cette thèse s'articule autour de plusieurs analyses multi-échelles et complémentaires permettant de développer un prétraitement biologique de résidu de culture, d'améliorer sa mise en œuvre et son utilisation pour la digestion anaérobie par voie sèche ou la production de bioéthanol. / The aim of the PhD project is to characterize bacterial populations potentially capable of degrading lignin within crop residues to optimize the bioavailability of holocellulose compartment to be valorized by anaerobic digestion. The originality of the subject lies in finding ligninolytic bacteria using approaches combining the isolation of strains and technique of molecular biology, and the application of these microorganisms on a reactor scale, as part of pretreatment of crop residues. Firstly, research work was carried out to find and identify potentially interesting micro-organisms and characterize their specific enzyme systems. Secondly, studies have been conducted on the application of micro-organisms isolated for a biological pretreatment of rape straw. Pretreatments were carried out in a series of laboratory reactors dedicated to follow the effect in real time. A method allowing the quantification of the cellulose accessibility for cellulases in substrate was established. In parallel, high-throughput sequencing analysis was performed to monitor and/or characterize the bacterial and archaeal communities in the reactors. The results obtained have shown that the main factor influencing the degradation of the straw was not the presence of ligninolytic strains which could not influence the development of endogenous community, but the supply of some nutrients included in a mixture with lignin and mineral salts which could enrich a particularly active community. The data obtained in the thesis allowed to capitalize knowledge on the biodegradation of lignocellulosic biomass. This prospective study allowed the consideration of using the biological pretreatments developed at the upstream of biogas and biofuel sectors.

Bien que présentes dans tous les écosystèmes lacustres, la composition ainsi que l'abondance des communautés bactériennes peut varier à l'échelle régionale mais également à l'échelle locale. Une meilleure compréhension des facteurs responsables de ces patrons biogéographiques permettrait d'améliorer la connaissance des fonctionnements de ces systèmes aquatiques et donc de leur réponse potentielle face aux pressions anthropiques. Dans ce contexte, cette thèse a visé à étudier la biogéographie du compartiment bactérien dans un ensemble de lacs peu profonds. Les objectifs principaux de cette étude ont été d'évaluer aux échelles régionale et locale les facteurs responsables des patrons biogéographiques pour (i) l'ensemble de la communauté bactérienne et (ii) pour un groupe bactérien spécifique, i.e. les mycobactéries non-tuberculeuses. Pour atteindre ces objectifs deux approches complémentaires ont été entreprises. Tout d'abord, la variabilité spatiale à l'échelle régionale a été évaluée par l'échantillonnage en Ile-de-France de 49 lacs pendant trois étés. Couplé à cette approche, une étude plus fine a été entreprise pour caractériser la dynamique spatiotemporelle du compartiment bactérien par le suivi mensuel pendant deux ans et de six évènements pluvieux importants au sein du lac de Créteil (Val de Marne).À l'échelle régionale, la variabilité spatiale de la structure de la communauté bactérienne pour les trois années de suivi (caractérisé par T-RFLP) a été prédite à hauteur de 76% (r carré moyen) par les processus stochastiques et moins de 14% par les facteurs déterministes incluant les paramètres environnementaux (statut trophique) et les processus de dispersion (connexion du lac à une rivière et les axes PCNM). L'analyse de la composition de la communauté bactérienne par séquençage à haut débit (MiSeq Illumina) a mis en évidence des résultats similaires à ceux acquis par T-RFLP. Cependant, cette analyse a révélé que l'importance des processus impliqués dans les patrons biogéographiques pouvait évoluer en fonction des phylums ou des classes bactériens considérés. La variabilité spatiale des densités de mycobactéries (PCR en temps réel), était quant à elle expliquée à hauteur de 50% par des facteurs déterministes (pH de l'eau, concentration en fer labile et connexion à une rivière).À l'échelle locale, le suivi du lac de Créteil n'a révélé aucune variation spatiale significative (le long des transects horizontal et vertical) de la structure de la communauté bactérienne ainsi que des densités de mycobactéries. Par contre une étude spécifique sur deux lacs a révélé des variations significatives de densité et la diversité des mycobactéries au sein de différents compartiments des lacs. À l'inverse, d'importantes variations temporelles de la structure des communautés bactériennes ont été observées au cours des deux années de suivi, principalement associées aux variations de température de l'eau. Par ailleurs, bien que relativement stable au cours des deux années de suivi, les variations de densités des mycobactéries ont seulement été prédites par les processus stochastiques à hauteur de 35% / Although bacteria are widespread in lacustrine environments, their composition and abundance vary at the regional and also at the local scale. A better understanding of the factors responsible for these biogeographic patterns would improve our knowledge of these aquatic systems and thus their potential response to anthropogenic pressures. In this context, this thesis studied the biogeography of the bacterial compartment in a set of shallow lakes located in the Paris area. The main objectives of this study were to assess at the regional and local scale the factors responsible for the biogeographical patterns on (i) the entire bacterial community, and (ii) a specific bacterial group, i.e. the nontuberculous mycobacteria. To achieve these objectives two complementary approaches were undertaken. First, at the regional scale, the spatial variability was assessed by sampling 49 lakes during three consecutive summers. A finer study was also performed to characterize the spatiotemporal dynamics of the bacterial compartment over a two-year monthly monitoring and during six important rain events within the Créteil Lake (Val de Marne).At the regional scale, the spatial variability of the bacterial community structure for the three summers (assessed by T-RFLP) was predicted for 76% (mean r-squared) by stochastic processes and less than 14% by deterministic factors including environmental parameters (trophic status) and dispersal-related process (connection to a river and PCNM axes). The analysis of the bacterial composition by high-throughput sequencing (Illumina MiSeq) showed similar tendencies to those acquired by T-RFLP. However, this analysis revealed that the importance of the processes involved in biogeographical patterns could vary according to the bacterial phyla or classes considered. Spatial variability of mycobacterial densities (real time PCR) was explained up to 50% by deterministic factors (water pH, amount of labile iron and connection to a river).At the local scale, the monitoring of Creteil Lake revealed no significant spatial variation (along the horizontal and vertical transect) on the structure of the bacterial community and mycobacterial densities. However, a specific study of two lakes showed that mycobacterial density and diversity significantly varied among the different compartments of the lakes. Inversely, significant temporal variations on the bacterial community structure were observed over the two-year of monitoring, mainly related to water temperature changes. Although mycobacterial densities were relatively stable over the Créteil Lake monitoring, their variations were only predicted by stochastic processes up to 35%

L’objectif était la caractérisation moléculaire de la vaginose bactérienne (VB) et l’identification d’une relation entre anomalies moléculaires de la flore vaginale et prématurité. Nous avons élaboré un outil de quantification par PCR spécifique en temps réel ciblant 8 microorganismes impliqués dans la VB. Seule la combinaison de la quantification d’Atopobium vaginae (108 copies/mL) à celle de Gardnerella vaginalis (109 copies/mL) présentait une sensibilité (95%) et une spécificité (99%) élevées pour le diagnostic de VB. La classification des flores selon la présence d’une VB, d’après les 2 méthodes de référence (critères d’Amsel et score de Nugent), et d’après notre outil moléculaire était concordante dans 94.5% des cas (kappa=0.81, intervalle de confiance [IC] 95%: 0.70-0.81). La discordance portait sur 9 flores intermédiaires (5.5%) dont les concentrations en G. vaginalis et en A. vaginae étaient élevées. De plus, nous avons démontré une étroite corrélation entre l’auto-prélèvement vaginal et le prélèvement réalisé par le médecin pour la quantification microbienne. Cette méthode alternative semble utile pour le suivi des anomalies de la flore vaginale. Nous avons enfin établi un lien entre la composition de la flore vaginale et le risque de prématurité parmi 90 patientes hospitalisées pour une menace d’accouchement prématuré (MAP). L’analyse par courbe de survie montrait un délai raccourci entre le diagnostic de MAP et le terme de l’accouchement en présence de concentrations élevées en A. vaginae ou en G. vaginalis (hasard ratio: 3.3; IC 95%: 1.1-9.5). Notre travail a contribué à améliorer l’analyse de la flore vaginale et à l’évaluation de son lien avec la prématurité. / The aim was the molecular characterization of bacterial vaginosis (BV) and the estimation of the relationship between molecular abnormalities and preterm delivery. A quantitative molecular tool targeting 8 bacterial vaginosis-related microorganisms was developed using specific real-time PCR. Only the combination of the quantification of Atopobium vaginae (108 copies/mL) and Gardnerella vaginalis (109 copies/ml) had an excellent sensitivity (95%) and specificity (99%) for the diagnosis of BV. The categorization of the vaginal flora according to the presence of BV based on the 2 reference methods (Amsel criteria and Nugent score), and our molecular tool was agree in 94.5% of the cases (kappa=0.81, 95% confidence interval [CI] 0.70-0.81). There was disagreement for 9 intermediate floras (5.5%) for which vaginal concentrations of A. vaginae and G. vaginalis were high. We also reported a good agreement for bacterial quantification in self-collected compared with practitioner-collected vaginal swabs. This method provides an alternative to practitioner-collected swabs especially for follow-up. We finally demonstrated a relationship between the high vaginal concentrations of A. vaginae and G. vaginalis and the risk of preterm delivery among 90 women with preterm labor. Survival curves analysis for preterm labor-to-delivery interval showed a significantly shorter interval for high vaginal concentrations of both A. vaginae or G. vaginalis (hazard ratio: 3.3; IC 95%: 1.1-9.5). Our work improved vaginal flora analysis and investigated the relationship with preterm delivery.

Les bactéries sont des organismes extrêmement sociaux, qui présentent de multiples comportements de coopération. De plus, les génomes bactériens sont caractérisés par la présence de nombreux éléments génétiques mobiles, tels que les plasmides. Ces éléments mobiles sont la cause de transferts génétiques horizontaux, et jouent un rôle important dans l'évolution bactérienne. La coopération et le transfert horizontal ont tous deux des conséquences importantes sur la santé humaine: des comportements coopératifs sont souvent à l'origine de propriétés de virulence chez les bactéries pathogènes, et le transfert horizontal entraîne la dissémination de gènes de résistance aux antibiotiques. L'évolution du transfert horizontal a jusqu'ici été analysée essentiellement en termes de bénéfices infectieux apportés à des éléments génétiques égoïstes. Cependant, le taux de transfert des plasmides est extrêmement variable et partiellement contrôlé par les gènes des bactéries hôtes, suggérant une co-évolution complexe entre hôtes et plasmides. De plus, les plasmides sont particulièrement riches en gènes liés à des comportements coopératifs, et semblent donc jouer un rôle-clé dans les phénomènes de socialité bactérienne. Ce travail porte sur la coévolution entre mobilité génétique et socialité chez les bactéries. Nous analysons ici les pressions de sélection agissant sur le transfert de plasmides et la production de biens publics, à l'aide de modèles mathématiques et d'un système synthétique que nous avons construit chez Escherichia coli, dans lequel nous pouvons contrôler indépendamment la coopération et la conjugaison. Dans un premier temps, nous montrons expérimentalement que le transfert horizontal favorise le maintien de la coopération dans une population structurée, en augmentant la sélection de parentèle agissant au niveau des gènes transférés. Dans un second temps, nous montrons expérimentalement et théoriquement que l'échange génétique lui-même peut être sélectionné: les bactéries transférant des plasmides codant pour des biens publics sont favorisées dans une population structurée. Le transfert de gènes codant pour des biens privés peut également être sélectionné, à condition que ce transfert s'effectue entre bactéries apparentées. Finalement, ces interactions entre transfert horizontal et coopération peuvent mener à une association entre allèles de coopération et de transfert, expliquant la fréquence élevée de gènes sociaux situés sur des plasmides.Ces résultats permettent de mieux comprendre le maintien de comportements coopératifs chez les bactéries, et suggèrent des moyens de cibler certains cas de virulence bactérienne. / Bacteria are social organisms which participate in multiple cooperative and group behaviours. They moreover have peculiar genetic systems, as they often bear mobile genetic elements like plasmids, molecular symbionts that are the cause of widespread horizontal gene transfer and play a large role in bacterial evolution. Both cooperation and horizontal transfer have consequences for human health: cooperative behaviours are very often involved in the virulence of pathogens, and horizontal gene transfer leads to the spread of antibiotic resistance. The evolution of plasmid transfer has mainly been analyzed in terms of infectious benefits for selfish mobile elements. However, chromosomal genes can also modulate horizontal transfer. A huge diversity in transfer rates is observed among bacterial isolates, suggesting a complex co-evolution between plasmids and hosts. Moreover, plasmids are enriched in genes involved in social behaviours, and so could play a key role in bacterial cooperative behaviours. We study here the coevolution of gene mobility and sociality in bacteria. To investigate the selective pressures acting on plasmid transfer and public good production, we use both mathematical modelling and a synthetic system that we constructed where we can independently control public good cooperation and plasmid conjugation in Escherichia coli. We first show experimentally that horizontal transfer allows the specific maintenance of public good alleles in a structured population by increasing relatedness at the gene-level. We further demonstrate experimentally and theoretically that this in turn allows for second-order selection of transfer ability: when cooperation is needed, alleles promoting donor and recipient abilities for public good traits can be selected both on the plasmid and on the chromosome in structured populations. Moreover, donor ability for private good traits can also be selected on the chromosome, provided that transfer happens towards kin. The interactions between transfer and cooperation can finally lead to an association between transfer and public good production alleles, explaining the high frequency of genes related to cooperation that are located on plasmids. Globally, these results provide insight into the mechanisms maintaining cooperation in bacteria, and may suggest ways to target cooperative virulence.