Développé dans le contexte mondial de lutte aux souches microbiennes résistantes aux antibiotiques, ce projet de maîtrise a pour but d’isoler et de caractériser un opéron de synthèse d’une molécule naturelle potentiellement bioactive, un tétramate polycyclique macrolactame (PTM), provenant d’une souche de streptomycète peu caractérisée mais dont le génome a été récemment séquencé. L’objectif principal est de transférer l’opéron dans une souche spécialisée de Escherichia coli pour son expression et sa caractérisation. Nous avons observé que la souche d’intérêt, Streptomyces fulvissimus ATCC27431 / DSM40593, produisait effectivement une molécule capable d’inhiber la croissance d’une levure. Nous n’avons cependant pas été en mesure de réaliser l’isolation et le transfert hétérologue de l’opéron, malgré l’utilisation de trois approches différentes. La première approche consistait à obtenir directement les gènes de l’opéron via une amplification PCR à partir d’ADN génomique de S. fulvissimus. La seconde approche comportait l’assemblage de gènes synthétisés chimiquement pour reconstituer l’opéron sur deux plasmides. La dernière approche impliquait la création puis le criblage d’une librairie d’ADN génomique de S.fulvissimus basée sur le fosmide pCC1FOS dans l’hôte E. coli. Les résultats inattendus issus du séquençage de quelques fosmides ont justifié le séquençage complet de l’ADN génomique de la souche ATCC 27431 / DSM 40593. Les contigs obtenus montrent que notre souche diffère de la souche de S. fulvissimus dont le génome a été publié, ce qui suggère que le génome publié a été incorrectement associé à cette souche. Nos résultats montrent également que l’opéron de biosynthèse du PTM n’est pas présent, en tout ou en partie, dans ces contigs et que ces derniers ne s’alignent pas parfaitement avec l’ADN d’aucune souche connue de streptomycète, ce qui implique que nous avons séquencé, pour la première fois, l’ADN de cette souche de S. fulvissimus. L’analyse bio-informatique des contigs nous a permis de mettre en évidence chez cette bactérie des voies de biosynthèse de molécules naturelles potentiellement bioactives qui pourraient être d’intérêt pour des études futures. / In the context of the worldwide fight against drug-resistant microbes, this project aims to isolate and characterize a putative gene cluster for the synthesis of a bioactive molecule, a polycyclic tetramate macrolactam (PTM), from a poorly characterized but recently sequenced strain of Streptomyces1 . The main goal is to transfer the gene cluster in a specialised strain of Escherichia coli for its expression and characterization. We observed that the strain of interest, identified as Streptomyces fulvissimus DSM 40593 / ATCC 27431, indeed synthesized a molecule capable of inhibiting the growth of yeast. However, we have not been able to isolate or transfer the gene cluster even though we employed three different strategies. The first strategy involved PCR amplification of the gene cluster directly from S. fulvissimus’ genomic DNA. The second strategy involved the chemical synthesis and enzymatic assembly of the gene cluster on two plasmids. The final strategy involved the construction and screening of a S. fulvissimus genomic DNA library with the pCC1FOS fosmid in the E. coli host. DNA sequencing of a few fosmids generated unexpected results and justified the sequencing of the complete genome of Streptomyces fulvissimus ATCC 27431 / DSM 40593. The assembled DNA contigs differed from the sequence of the Streptomyces strain whose genome was previously published and suggest that the latter was probably mislabeled. Our contigs show that the PTM biosynthetic gene cluster is absent from our strain’s genome, and they do not align perfectly with the sequence of any published genome, which suggests that we sequenced the genome of the S. fulvimissus strain ATCC 27431 / DSM 40593 for the first time. Bioinformatics analysis allowed the detection of genes potentially involved in the biosynthesis of bioactive molecules that could be of interest in future studies.

L'adaptation à l'environnement est essentielle pour la survie de tout organisme, des bactéries à l'Homme. Pour s'adapter rapidement aux milieux extrêmement variés et aux fluctuations environnementales, les procaryotes ont adopté des systèmes élaborés, capables de détecter et de réagir aux molécules vitales ou toxiques à leur développement. Outre les facteurs de stress tels que température, pH, la cellule doit s'adapter aux variations de concentration de nutriments et de gaz diatomiques. En effet, la modification d'un ou plusieurs paramètres de l'environnement déclenche une altération de l'expression des gènes, permettant des changements dans la composition protéique et ainsi une adaptation du métabolisme aux nouvelles conditions. Un paramètre environnemental particulièrement essentiel est le taux d'oxygène. Le passage à la vie limitée en oxygène, ou inversement, a été particulièrement étudié chez les bactéries. Celles-ci disposent de plusieurs chaînes de transporteurs d'électrons et utilisent à tout moment celle qui leur est la plus favorable sur le plan énergétique. En présence d'oxygène, accepteur d'électrons le plus favorable, les bactéries utilisent la respiration oxygènée, qui se caractérise par la synthèse d'enzymes du type cytochrome oxydase, alors qu'en absence d'oxygène ou en condition de basse pression d'oxygène (ou hypoxie), elles mettent en place la respiration par le nitrate, caractérisée par la synthèse de quinones respiratoires comme intermédiaires (Pelmont J., 1993). Le transporteur final de la voie " nitrate " est la nitrate réductase, enzyme clé inhibée par l'oxygène. La présence d'oxygène diatomique impose donc aux bactéries de profonds changements de leur métabolisme, soit parce qu'elles doivent réajuster leur système de production d'énergie, soit parce qu'elles doivent lutter contre la toxicité de l'oxygène ; pour cela elles disposent de tout un arsenal enzymatique. La connaissance des processus biochimiques par l'intermédiaire desquels ces adaptations sont réalisées est essentielle à la compréhension du fonctionnement cellulaire.

Brevibacterium aurantiacum est une actinobactérie qui confère des propriétés organoleptiques clés aux fromages à croûte lavée lors de l’affinage. Malgré son importance industrielle, il n’existe aucun outil génétique disponible pour la modification génétique de cette espèce et seulement deux génomes complets sont disponibles à l’heure actuelle. L’acquisition de connaissances fondamentales sur le répertoire des gènes de cette espèce et sur leurs fonctions est primordiale pour comprendre son rôle dans l’affinage des fromages à croûte lavée. Lors de ce projet de maîtrise, 12 plasmides et quatre vecteurs synthétiques ont été utilisés pour transformer six souches laitières de B. aurantiacum et une souche de B. linens dans le but d’adapter l’outil génétique CRISPR-Cas9 pour ces actinobactéries. Différents protocoles de préparation de cellules électrocompétentes et de transformation par électroporation ont été testés, mais il a été impossible de transformer les souches bactériennes à l’étude. Les actinobactéries du genre Brevibacterium sont donc récalcitrantes à la transformation génétique Dans un second temps, nous avons séquencé six génomes additionnels de Brevibacterium et nous avons effectué des analyses génomiques comparatives avec les génomes publics. Nos analyses phylogénétiques ont révélé que les souches laitières précédemment considérées comme membres de l’espèce B. linens appartiennent en fait à l’espèce B. aurantiacum, mettant en évidence l’importance de cette espèce dans la production fromagère. Les génomes de B. aurantiacum sont composés de 2612 gènes de coeur et possèdent un pangénome ouvert atteignant jusqu’à 6259 gènes. Les génomes étudiés sont riches en éléments d’ADN mobiles et des transferts horizontaux de gènes (HGT) entre diverses actinobactéries d’affinage des fromages ont été observés chez tous les génomes de B. aurantiacum. Nos analyses génomiques comparatives apportent de nouvelles informations sur l’évolution et l’adaptation de B. aurantiacum à l’écosystème des fromages. / Brevibacterium aurantiacum is an orange-pigmented actinobacterium that confers key organoleptic properties to washed-rind cheeses during surface ripening. To date, only two complete and assembled genomes of B. aurantiacum are available and there is currently no genetic tool available to study this industrially relevant species. The acquisition of fundamental knowledge on the gene repertoire of this species and their functions is essential to understand its evolution and its role in cheese ripening In this study, 12 plasmids and 4 synthetic vectors were used to transform 6 B. aurantiacum dairy strains and one B. linens strain in the aim of adapting CRISPR-Cas9 tool for these bacterial species. Different electrocompetent cell preparation and electroporation methods were tested to transform various Brevibacterium strains, but no transformants were recovered with all the experiments. Therefore, it seems that Brevibacterium strains are recalcitrant to genetic transformation We sequenced six additional genomes of Brevibacterium and performed phylogenetic and pan-genome analyses. Our phylogenetic analysis revealed that cheese isolates, previously identified as B. linens, belong to the B. aurantiacum species, making this species a key player in cheese production. B. aurantiacum genomes are composed of 2612 core genes with an open pan-genome reaching now 6259 genes. Horizontal gene transfers (HGT) between cheese actinobacteria were observed in all B. aurantiacum genomes. HGT regions involved in iron acquisition were found in five B. aurantiacum genomes, which suggests cooperative evolution between smear-ripened cheese actinobacteria. Our comparative genomic analysis provides novel insights into the evolution and the adaptation of B. aurantiacum to the cheese ecosystem.

Au Québec, l’importante augmentation de la production porcine observée entre les années 1970 et 2000 a mené à des surplus de lisier de porc dans certaines régions, à cause du manque de terres disponibles pour l’épandage. Ces surplus ont pour conséquence d’entraîner des problèmes de pollution de l’eau, notamment la contamination des nappes phréatiques par les nitrates (NO3-) et l’eutrophisation des plans d’eau. Une des solutions possibles pour contrer cette pollution est d’installer, à la ferme, un système de traitement du lisier. Pour ce faire, différentes technologies ont été développées, l’une d’entre elles reposant sur le principe de la biofiltration. L’objectif principal de ce travail était d’améliorer les connaissances sur le comportement de l’azote à l’intérieur d’un biofiltre traitant du lisier de porc. Dans un premier temps, la biodégradabilité de trois types de lisiers a été étudiée. Le recours à la respirométrie et au modèle biologique ASM3 a permis de quantifier de façon relativement rapide les fractions organiques rapidement et lentement biodégradables de ces lisiers. Parallèlement à ces travaux, les performances d’enlèvement de trois biofiltres pilotes, soumis à différentes conditions, ont été évaluées. Des performances épuratrices satisfaisantes en terme de réduction de la demande chimique en oxygène (DCO) et de l’azote ammoniacal (N-NH4+) ont été confirmées. L’enlèvement d’azote total par les biofiltres a varié entre 82 et 90%, attestant la présence de dénitrification au sein des systèmes. Ces essais ont également permis de statuer que l’enlèvement d’azote total est favorisé par un rapport C/N élevé (17 g DCO/g N). Par ailleurs, un suivi des gradients de concentration dans le profil de profondeur du biofiltre a été effectué. Contrairement à toute attente, il a mené à l’observation des processus d’oxydation de la matière organique, de nitrification et dénitrification de façon nettement prédominante dans les trente premiers centimètres du biofiltre. En outre, la production de N2O, inhérente à l’opération de tout système de dénitrification, doit être surveillée de près considérant l’impact de ce puissant gaz à effet de serre sur les changements climatiques. Selon les résultats de l’étude, les principaux facteurs favorisant la production du N2O dans le biofiltre seraient les teneurs en eau, en oxygène dissous et en NO3- au sein du milieu filtrant. Par conséquent, une optimisation de l’enlèvement de l’azote du lisier, réalisée en minimisant les impacts sur les changements climatiques, pourrait passer par l’étude d’une diminution de l’aération ou de l’instauration de cycles aérobie/anoxie. / In Quebec, an important increase in pig production, observed from years 1970 to 2000, led to pig slurry surpluses in some regions, because of insufficient land for application. As a consequence of these surpluses, water pollution occurred, such as the contamination of groundwater by nitrates (NO3-) and the eutrophication of surface water. A solution to overcome this pollution is to install, on the farm site, a pig slurry treatment system. Over the past 20 years, many technologies have been developed, one of them based on the principle of biofiltration. The aim of this study was to improve the knowledge regarding nitrogen behavior inside a trickling biofilter treating pig slurry. As a first step, the biodegradability of three types of pig slurry was studied. Respirometry and the ASM3 biological model were used to quantify the rapidly and slowly biodegradable organic fractions of these slurries. Parallel to this work, nitrogen removal performances of three pilot biofilters were evaluated under different operating conditions. Satisfactory removal efficiencies with regards to chemical oxygen demand (COD) and ammoniacal nitrogen (N-NH4+) were confirmed. Total nitrogen removal varied between 82 and 90%, proving the presence of denitrification inside the systems. These trials also showed that total nitrogen removal is favored at high C/N ratio (17 g COD/g N). In addition, investigation of the nitrogen behavior inside the biofilter led to the surprising conclusion that organic matter oxidation, nitrification and denitrification occurred mainly in the top 30 cm of biofilter. Finally, N2O production, inherent to any denitrifying system, must be followed considering the impact of this powerful greenhouse gas on climatic changes. Results suggested that the main factors favouring N2O production in the biofilter are related to water, dissolved oxygen and nitrate contents inside the filtering media. Consequently, the optimisation of nitrogen removal from pig slurry, while minimizing its impact on climatic changes, may require the study of an aeration diminution through the implantation of aerobic/anoxic cycles.

Brevibacterium aurantiacum est l'un des principaux micro-organismes utilisés dans la production de fromages à croûte lavée dans le monde. L’utilisation de cette bactérie est dû à sa richesse métabolique, car elle produit des composés soufrés volatils, des pigments caroténoïdes et des enzymes lipolytiques et protéolytiques, qui sont nécessaires à la maturation d’une variété de fromages. Des souches de cette espèce bactérienne sont inoculées à la surface de fromages au cours de l'affinage et sont sensibles à des infections virales. Les bactériophages (phages), virus qui infectent les bactéries, sont omniprésents dans divers écosystèmes. Dans l'industrie laitière, ils sont reconnus pour perturber les procédés de production lors de l'infection de ferments lactiques, mais leur implication sur des fromages présentant des défauts de couleur et de saveur reste à démontrer. Ces anomalies de maturation de fromages à croûte lavée ont conduit à cette thèse. Le premier objectif de cette thèse de doctorat consistait à analyser le génome de la souche industrielle B. aurantiacum SMQ-1335 et qui est aussi sensible à des phages. Le deuxième objectif de la thèse visait à étudier les phages virulents infectant cette souche. D’ailleurs, cette étude rapporte la première description et caractérisation de phages infectant cette espèce bactérienne. Malgré la similitude entre ces phages, des répétitions en tandem d'ADN ont été identifiées dans des génomes viraux et une analyse approfondie a montré que ces segments d'ADN sont répandus parmi les phages. Le troisième objectif visait à étudier l'interaction phage-hôte via l’analyse du génome de souches mutantes insensibles aux phages. En étudiant ces souches mutantes, des gènes potentiellement nécessaires pour l'infection phagique ont été identifiés. Enfin, le quatrième et dernier objectif visait à évaluer l'impact des phages de B. aurantiacum dans la production de fromages à croûte lavée et ce, à l'aide des caillé modèles. À noter que le reclassement de la souche SMQ-1335, avant identifiée auparavant comme Brevibacterium linens, est décrit en annexe de cette thèse. Malgré des décennies d'études sur les phages laitiers, les phages de B. aurantiacum étaient encore inconnus. Mes travaux auront permis le développement d’un protocole reproductible pour isoler ces phages. Ces travaux ont également apporté de nouvelles connaissances sur les interactions phage-hôte et de leur impact dans les fromages affinés en surface. / Brevibacterium aurantiacum is one of the key players in the production of washed rind cheeses produced worldwide. The importance of this bacterium to the dairy industry is due to its metabolic richness, as it produces volatile sulfur compounds, carotenoid pigments, and lipolytic and proteolytic enzymes, which play roles in the maturation of washed rind cheeses .As strains of this species are regularly inoculated on the cheese surface during ripening, there is a significant risk of viral attacks. Bacteriophage (phages), viruses that infect bacteria, are ubiquitous in the cheese environment. In the dairy industry, virulent phages have long been known to disrupt cheese processes by infecting lactic acid bacteria. The recent observations of color and flavor defects in washed rind cheeses suggested that phages may also infect strains of B. aurantiacum. These observations led to this thesis.The first objective of this PhD dissertation was to study the genomics of B. aurantiacum SMQ-1335, an industrial strain used in the production of washed rind cheeses. The second objective of the thesis was to study the diversity and biology of virulent phages infecting this industrial strain. This study was the first report of phages infecting B. aurantiacum. Despite the low diversity of the isolated B. aurantiacum phages, DNA tandem repeats were found in an intragenic region of the viral genomes and extended analysis showed that these DNA segments are widespread among phages. The third objective was to investigate phage-host interactions through the genome analyses of bacteriophage insensitive mutants, which were selected by challenging SMQ-1335 with phage AGM1. Host genes likely necessary for phage infection were identified and may explain why some of these mutants are phage-resistant. Finally, the fourth objective of this thesis evaluated the impact of virulent phages on the production of washed rind cheeses using model curds. Of note, the reclassification of the strain SMQ-1335, long believed to be Brevibacterium linens, is described in the annex of the thesis. Despite decades of studies on dairy phages, B. aurantiacum phages were still unknown. Here, a reproducible protocol to isolate these phages was developed, which may allow the isolation of new phages. This work also led to increased knowledge on phage-host interactions as well as on and their roles in surface-ripened cheeses.

Les systèmes toxine-antitoxines (TA) sont abondants dans la majorité des génomes bactériens séquencés à ce jour. Ces systèmes codent une toxine stable qui inhibe soit la transcription, soit la traduction, et une antitoxine qui contrecarre l’effet de la toxine par formation d’un complexe avec celle-ci. L’antitoxine est instable suite à sa dégradation continue par les protéases ATP-dépendantes. Afin de maintenir un ratio antitoxine :toxine constant en condition normale de croissance, l’expression des systèmes TA est régulée négativement au niveau transcriptionnel par le complexe toxine-antitoxine.<p><p>Au début de notre travail, cinq systèmes TA étaient identifiés dans le chromosome d’E. coli. Il avait été montré par notre laboratoire que parmi ces systèmes, seul yefM-yoeB était activé en condition de surproduction de la protéase ATP-dépendante Lon. Ce résultat était surprenant puisque Lon était connue pour dégrader également l’antitoxine RelB du système chromosomique relBE. Un des objectifs de notre travail était de comprendre les mécanismes sous-jacents à cette spécificité. Nous avons montré que l’antitoxine YefM était dégradée à la fois par Lon et les protéases ClpAP et ClpXP. Nous avons également montré qu’en condition de surproduction de Lon, YefM était fortement instable (t1/2~ 10 min. vs 60 min en condition normale). Cette instabilité accrue permet donc l’activation du système yefM-yoeB, c’est-à-dire la libération de la toxine YoeB du complexe qu’elle forme avec YefM. Nous avons également avons montré que le t1/2 de RelB n’était pas affecté par la surproduction de Lon, ce qui explique pourquoi le système relBE n’est pas activé dans ces conditions. Notre hypothèse était qu’un cofacteur soit nécessaire à la dégradation de RelB par Lon et que celui-ci serait limitant dans nos conditions expérimentales. Le crible génétique que nous avons réalisé n’a cependant pas permis d’identifier de cofacteur de dégradation ni de régulateur transcriptionnel en trans du système relBE. <p><p>Un deuxième volet de notre travail de thèse a consisté en l’étude de la fonction des systèmes TA chromosomiques. L’hypothèse prévalente au début de notre travail était que les systèmes TA soient intégrés dans les voies adaptatives de réponses au stress. Cependant, le résultat de leur activation était controversé. L’hypothèse du groupe de Gerdes était que leur activation mène à un état bactériostatique réversible alors que le groupe d’Engelberg-Kulka montrait que le système mazEF était un système de mort programmée. Afin d’éclaircir le rôle des cinq systèmes TA dans la physiologie d’E. coli, nous avons testé l’effet de nombreux stress sur la croissance et la viabilité de souches sauvages et de souches délétées de ces systèmes. Aucune des conditions que nous avons testées n’a entraîné une diminution de la viabilité excluant de manière définitive l’hypothèse de la mort programmée. De plus, l’inhibition de croissance causée par ces différents stress s’est avérée être indépendante des cinq systèmes, de même que la phase de récupération suivant les différents stress. Enfin, nos expériences de compétition ont clairement démontré que les cinq systèmes ne procuraient aucun avantage sélectif aux bactéries dans des conditions de compétition en carence nutritive. Les systèmes TA étudiés dans ce travail ne jouent donc aucun rôle dans l’adaptation aux stress que nous avons testé puisqu’ils n’améliorent ni l’aptitude (fitness), ni la compétitivité des bactéries dans ces conditions. <p><p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les travaux présentés traitent des cinétiques de décrochement des biofilms bactériens formés au sein des équipements communément utilisé dans les agro-industries. Deux espèces bactériennes Pseudomonas et Bacillus ayant une forte capacité à former des biofilms dont la présence quasi permanente est reportés dans les industries alimentaires (viande, lait, légumes frais...) ont servi de modèles pertinent pour ces travaux. Par ailleurs Bacillus, bactéries potentiellement pathogènes capable de former des spores dont les capacités à adhérer et résister aux environnements chimiques et thermiques défavorables (détergents, traitement de pasteurisation, stérilisation) sont reconnues pour présenter un risque sanitaire majeur pour l'agro-industrie du fait de la contamination des produits alimentaires par l'outil de fabrication lui-même. Deux type d'études ont été effectués sur le nettoyage d'équipements utilisés en industrie agroalimentaire.Une première approche cinétique a été mise en œuvre pour étudier l'élimination de ces biofilms des surfaces au cours du nettoyage. Nous avons cherchés à identifier les rôles respectifs de l'action mécanique via la contrainte pariétale générée par l'écoulement ou chimique via différentes concentrations en NaOH puis la combinaison des deux actions chimiques et mécaniques. Un modèle biphasique a été proposé pour décrire ces cinétiques de nettoyage en pertinence avec deux phases très distinctes que nous interprétons comme l'élimination de deux fractions différentes du biofilm. Un détachement plus ou moins rapide (1 à 5 min) correspondrait à l'élimination de structure tridimensionnelles composées ou non d'exopolymères suivi par un détachement lent des cellules directement en contact avec les surfaces.Dans le cas des biofilms à Bacillus, il existe une fraction du biofilm composée par des spores pouvant représenter près de 90% du biofilm. Cette fraction particulière semble s'éliminer plus rapidement dans la première phase et pas du dans la seconde phase. Les données préliminaires sur biofilms mixtes montrent une résistance accrue de l'ensemble qui se traduit par une plus grande résistance de la partie de biofilm constituée par des cellules à Pseudomonas.La seconde thématique développée traite de la possible récontamination par les sopres de Bacillus décrochées lors du processus de nettoyage.La réadhésion des bactéries à pu être prouvée par le positionnement des tubes dans le circuit de nettoyage, ainsi que par l'utilisation d'un matériel complexe (vanne bidirectionnelle) communément utilisé dans les agro-industries. Ces travaux ont permis d'identifier les conditions présidant à cette récontamination. La conception hygiénique des outils de transformation prend tout son sens ici.

La méthylation et déméthylation de l'ADN jouent un rôle majeur dans la stabilité des génomes, l'empreinte génomique, la paramutation et le développement. En revanche, le rôle de cette régulation épigénétique a été peu étudiée dans les interactions hôtes-pathogènes. Dans ce projet de thèse, nous avons tout d'abord montré que la méthylation de l'ADN régule négativement la résistance d'Arabidopsis thaliana à une souche de Pseudomonas syringae pathogène. Nous avons également identifié un grand nombre de gènes de l'immunité ciblés directement par la méthylation de l'ADN dirigée par petits ARN dans leurs régions promotrices. Nous proposons que cette régulation génique permettrait de maintenir une faible expression basale de ces gènes et d'éviter ainsi des effets délétères qui seraient causés par une expression constitutive de la réponse immunitaire. De plus, nous montrons que la déméthylase active REPRESSOR OF SILENCING 1 (ROS1) facilite l'activation transcriptionnelle de gènes de l'immunité en laissant potentiellement des éléments de régulation en cis accessibles à des facteurs de transcription. Nous avons également démontré que ce facteur contribue à la résistance à P. syringae chez Arabidopsis, caractérisant ainsi la première déméthylase eucaryote dans la résistance antibactérienne. Sur la base de ces résultats, nous proposons que la méthylation de l'ADN maintient une faible expression basale de gènes de l'immunité en absence de pathogène, tandis que la déméthylation active assure une induction rapide de ces gènes au cours de la réponse immunitaire en favorisant potentiellement le recrutement de facteurs de transcription sur la chromatine. / DNA methylation and demethylation are regulatory processes involved in genome stability, genomic imprinting, paramutation and development. Until recently, very little was known about the role of these epigenetic processes in plant disease resistance and in the transcriptional control of immune-responsive genes. Here we provide evidence that DNA methylation negatively regulates antibacterial resistance against a virulent Pseudomonas syringae strain in Arabidopsis. Accordingly, we have identified a subset of defense genes that are targeted and repressed by RNA-directed DNA methylation (RdDM), presumably to prevent trade-off effects that would be caused by their constitutive expression and/or sustained induction. In addition, we found that the active DNA demethylase facilitates the transcriptional activation of some of these defense genes by pruning DNA methylation at their promoter regions and leaving cis-elements accessible for transcription factor binding. In addition, we show that the active demethylase REPRESSOR OF SILENCING 1 (ROS1) positively regulates late immune responses including Pathogen Associated Molecular Pattern (PAMP)-triggered callose deposition and salicylic acid (SA)-dependent defense response. We also demonstrate that ROS1 restricts Pto DC3000 propagation in Arabidopsis leaf secondary veins, providing the first example for a role of an active DNA demethylase in antibacterial resistance. Based on these findings we propose that DNA methylation maintains a low basal expression of some immune-responsive genes in normal growth condition, while active DNA demethylation ensures a rapid and pervasive induction of these genes upon bacterial pathogen detection.

Le monitoring des écosystèmes terrestres nécessite une connaissance approfondie des interactions entre microorganismes, minéraux et métaux dans les sols. Afin d'évaluer in vivo la disponibilité de métaux tel que le fer dans des systèmes bactéries-minéraux, une approche basée sur l’utilisation de biosenseurs bactériens fluorescents et d’une analyse spectroscopique non-invasive a été explorée. Ce travail a notamment conduit à la construction chez Pseudomonas aeruginosa de fusions génétiques couplant des promoteurs régulés par le fer à des rapporteurs fluorescents multicolores. Les souches obtenues ont été utilisées comme senseur de la disponibilité du fer constitutif de différents minéraux (Nontronites). La réponse de ces biosenseurs bactériens a été étudiée en couplant la spectroscopie de fluorescence à balayage synchrone (SFS) à la décomposition canonique polyadique Candecomp / Parafac (CP). Avec des plans d’expérience privilégiant la diversité des réponses, le couplage SFS-CP garantit une estimation conjointe et rapide de l’expression de plusieurs promoteurs d’intérêts, y compris dans des milieux auto-fluorescents. Cette méthode originale permet, entre autres, de s’affranchir des problèmes liés aux recouvrements spectraux des protéines fluorescentes et fournit une estimation robuste et précise de la réponse des biosenseurs. Appliquée à d’autres plans d’expériences, elle démontre également que la bio-dissolution des nontronites par P. aeruginosa est assurée par la production de sidérophores et contrôlée par la cristallochimie des feuillets des smectites, notamment par la distribution des atomes de fer(III) entre les tétraèdres et les octaèdres / Monitoring terrestrial ecosystems requires a better understanding of the interactions between microorganisms, minerals and metals in the environment. To assess in vivo availability of metals such as iron in bacteria-mineral system, an approach based on whole-cell fluorescent biosensors and non-invasive spectroscopy was explored. This work led to the construction in Pseudomonas aeruginosa of a set of gene fusions coupling iron-regulated promoters to multicolour fluorescent reporters. The recombinant strains were used as sensors of structural iron availability in nontronites NAu-1 and NAu-2. The response of these biosensors was studied by coupling synchronous fluorescence spectroscopy (SFS) with canonical polyadic Candecomp/Parafac (CP) decomposition. On the basis of experimental designs favouring response diversity, the coupled SFS-CP method guarantees a joint estimate of gene expression from multiple promoters, even in highly fluorescent media. This novel method can solve the issue of spectral bleed-through of fluorescent proteins and provides a means to integrate multiple signals from combinations of whole-cell fluorescent bioreporters. In addition, we could show using SFS-CP that P. aeruginosa indirectly mobilize Fe(III) from nontronites primarily through the production of pyoverdine siderophore. The structural Fe(III) present on the edges of NAu-2 rather than NAu-1 particles appears to be more bioaccessible, suggesting that the distribution of Fe, in the tetrahedron and/or in the octahedron sites, governs the solubilization process

Les travaux présentés traitent des cinétiques de décrochement des biofilms bactériens formés au sein des équipements communément utilisé dans les agro-industries. Deux espèces bactériennes Pseudomonas et Bacillus ayant une forte capacité à former des biofilms dont la présence quasi permanente est reportés dans les industries alimentaires (viande, lait, légumes frais…) ont servi de modèles pertinent pour ces travaux. Par ailleurs Bacillus, bactéries potentiellement pathogènes capable de former des spores dont les capacités à adhérer et résister aux environnements chimiques et thermiques défavorables (détergents, traitement de pasteurisation, stérilisation) sont reconnues pour présenter un risque sanitaire majeur pour l’agro-industrie du fait de la contamination des produits alimentaires par l’outil de fabrication lui-même. Deux type d’études ont été effectués sur le nettoyage d’équipements utilisés en industrie agroalimentaire.Une première approche cinétique a été mise en œuvre pour étudier l’élimination de ces biofilms des surfaces au cours du nettoyage. Nous avons cherchés à identifier les rôles respectifs de l’action mécanique via la contrainte pariétale générée par l’écoulement ou chimique via différentes concentrations en NaOH puis la combinaison des deux actions chimiques et mécaniques. Un modèle biphasique a été proposé pour décrire ces cinétiques de nettoyage en pertinence avec deux phases très distinctes que nous interprétons comme l’élimination de deux fractions différentes du biofilm. Un détachement plus ou moins rapide (1 à 5 min) correspondrait à l’élimination de structure tridimensionnelles composées ou non d’exopolymères suivi par un détachement lent des cellules directement en contact avec les surfaces.Dans le cas des biofilms à Bacillus, il existe une fraction du biofilm composée par des spores pouvant représenter près de 90% du biofilm. Cette fraction particulière semble s’éliminer plus rapidement dans la première phase et pas du dans la seconde phase. Les données préliminaires sur biofilms mixtes montrent une résistance accrue de l’ensemble qui se traduit par une plus grande résistance de la partie de biofilm constituée par des cellules à Pseudomonas.La seconde thématique développée traite de la possible récontamination par les sopres de Bacillus décrochées lors du processus de nettoyage.La réadhésion des bactéries à pu être prouvée par le positionnement des tubes dans le circuit de nettoyage, ainsi que par l’utilisation d’un matériel complexe (vanne bidirectionnelle) communément utilisé dans les agro-industries. Ces travaux ont permis d’identifier les conditions présidant à cette récontamination. La conception hygiénique des outils de transformation prend tout son sens ici. / This work deals with removal kinetics of bacterial biofilms potentially formed in commonly used equipment in agro-industries. Two bacterial species Pseudomonas and Bacillus with a strong ability to form biofilms in which the almost permanent presence is reported in the food industry (meat, milk, vegetables…) were chosen as relevant models for the study. Moreover Bacillus, potentially pathogenic bacteria can form spores which are known to strongly adhere to solid surfaces and for their ability to withstand adverse environments as thermal and chemical detrimental conditions (detergents, pasteurization or sterilization temperatures). Bacillus species are known to pose a major health risk for agro-industry is contamination of food by the technical equipment itself.Two main areas were considered in the field of food processing equipment cleaning.At first a kinetic approach was implemented to study the removal of biofilms from surfaces during cleaning operations. Thus respective roles of the mechanical action (wall shear stress under turbulent flow regime), the chemical action (different NaOH concentrations) and the combination of both chemical and mechanical actions were studied. A biphasique model was proposed to describe cleaning kinetics according to the observation of two very different phases which we interpreted as the elimination of two different fractions of the biofilm. A more or less fast detachment in 1 to 5 min would correspond to the three-dimensional elimination of structure with more or less exopolymeric materials followed by a slow detachment of bacteria cells directly in contact with solid surfaces. In the case of Bacillus, can represent about 90% of the total biofilm. Spores removal appeared to be a two phases phenomenon as the whole biofilm. However, the removal was essentially observed during the short first phase of the kinetics. Preliminary data on mixed biofilms with both species Bacillus and Pseudomonas had shown an increase in their resistance to cleaning comparing to the corresponded monospecies biofilm counterpart. This is really significant for Pseudomonas. The second developed theme considered as a consequence of the above one deals with possible equipment re-contamination by Bacillus spores removed during cleaning operations. Post contamination of food processing equipment during cleaning was thus observed In pipes located at different places in the cleaning loop, as well as in more complex materials as a mixproof valve commonly encountered in Dairies. This work allowed us to identify all the conditions explaining such phenomenon. Equipment hygienic design issues appeared to be here.