Résumé : Les régimes hyperprotéiques sont couramment consommés mais les conséquences au niveau du gros intestin sont peu connues. L’objectif de la thèse était d’étudier les effets des régimes hyperprotéiques et des métabolites bactériens dérivés des acides aminés sur la muqueuse du gros intestinUne série d’expérimentations animales et in vitro a permis de montrer que deux métabolites bactériens dérivés des acides aminés (le sulfure d’hydrogène et le p-cresol) sont toxiques pour l’épithélium lorsqu’ils sont présents en concentration élevée. Les résultats obtenus lors d’une étude clinique montrent que la quantité et la qualité des protéines alimentaires n’ont pas d’effets marqués sur la composition du microbiote fécal mais modifient les concentrations fécales et urinaires en métabolites bactériens.Ces modifications de l’environnement luminal du gros intestin n’étaient pas associées à une augmentation de la cytotoxicité des eaux fécales in vitro. Néanmoins, dans la muqueuse rectale, l’augmentation de l’apport en protéines a régulé l’expression de gènes impliqués dans le maintien de l’homéostasie et ces effets étaient distincts en fonction de la source de protéines utilisée. Toutefois, le niveau d’apport en protéines n’avait pas d’effet sur les paramètres inflammatoires et histologiques dans la muqueuse. Ces résultats ont été complétés par une étude chez le rat montrant qu’un régime hyperprotéique modifie le transcriptome dans les colonocytes mais n’a pas d’effets délétères en termes d’intégrité de l’ADN, de renouvellement de l’épithélium et de fonction barrière. / Abstract: High-protein diets are frequently consumed but the consequences for the large intestine are not well described. The objective of this thesis was to evaluate the effects of high-protein diets and of amino-acid derived bacterial metabolites on the large intestine mucosa. Animal and in vitro studies showed that two amino acid derived bacterial metabolites (hydrogen sulfide and p-cresol) are toxic for the epithelium when present at high concentration. The results obtained in a clinical trial indicate that quantity and quality of dietary protein do not have major effects on the fecal microbiota composition but modify the fecal and urinary concentration of bacterial metabolites.These changes in luminal environment were not associated with an increase in fecal water cytotoxicity in vitro. Nevertheless, in the rectal mucosa, the increase in protein intake regulated the expression of genes implicated in homeostatic processes and these effects were modulated by the source of protein. However, the level of protein intake had no effect on immune and histological parameters in the mucosa. These results were completed with a study in rats showing a clear transcriptome profile in colonocytes induced by a high-protein diet but that was not associated with detrimental effects in terms of DNA integrity, epithelial renewal and barrier function.

Résumé Les systèmes microbiologiques naturels (colonne d’eau), semi-naturels (station d’épuration), mais surtout industriels ou de laboratoire (bioréacteurs) sont communément représentés par des modèles mathématiques destinés à l’étude, à la compréhension des phénomènes ou au contrôle des processus (de production, par exemple). Dans l’énorme majorité des cas, lorsque les cellules (procaryotes ou eucaryotes) mises en jeu dans ces systèmes sont en suspension, le formalisme de ces modèles non structurés traite le système comme s’il était homogène. Or, en toute rigueur, il est clair que cette approche n’est qu’une approximation et que nous avons à faire à des phénomènes hétérogènes, formés de plusieurs phases (solide, liquide, gazeuse) intimement mélangées. Nous désignons ces systèmes comme « polyphasiques dispersés » (SPD). Ce sont des systèmes thermodynami-quement instables, (presque) toujours ouverts. La démarche que nous avons entreprise consiste à examiner si le fait de considérer des systèmes dits « homogènes » comme des systèmes hétérogènes (ce qu’ils sont en réalité) apporte, malgré une complication du traitement mathématique, un complément d’information significatif et pertinent. La démarche s’est faite en deux temps : · Une étape purement théorique, destinée à établir de manière rigoureuse et générale les bilans de matière pour chaque composé du système dans chacune de ces phases. · Une étape appliquée, visant à démontrer, au travers d’exemples concrets, la validité du concept et de la démarche. Pour l’étude des applications, pour diverses raisons, nous avons choisi d’étudier un bioréacteur ouvert « simple », le chémostat. Les bilans généraux dérivés à la première étape ont donc été appliqués à ce réacteur et plusieurs exemples, tirés de la littérature, pour la plupart, ont été traités dans le cadre des SPD. Les principaux résultats exposés dans le travail concernent : - sur le plan général, la pertinence d’une partition des systèmes en plusieurs phases, ce qui fait apparaître à la fois des flux d’échange interphasiques (qui n’apparaissent pas dans les systèmes dits monophasiques) et la possibilité de représenter le système à plusieurs niveaux de description. - quant aux applications, outre quelques petits exemples simples, nous proposons 1) un nouveau mécanisme pour représenter la dissipation de l’énergie cellulaire (un domaine encore très controversé), grâce à une approche implicite (c’est-à-dire, sans hypothèses particulières sur la forme des cinétiques intracellulaires) et 2) un modèle simple, original et innovant pour expliquer les signaux chimiques intercellulaires, les phénomènes de seuil et le branchement métabolique respiro-fermentatif en général et chez Saccharomyces cerevisiae en particulier, un mécanisme d’intérêt fondamental et industriel (levuristes et fermentations alcooliques). Abstract. Natural microbiological systems (rivers, seas, …), semi-natural (wastewater treatment plants), but especially industrial or lab-scale systems (bioreactors) are commonly represented by mathematical models intended for the study, the understanding of phenomena or for the control of processes (production, for example). In almost in every case, when the cells (prokaryotic or eukaryotic) concerned in these systems are in suspension, the formalism of these unstructured models treats the system as if it were homogeneous. However, in any rigor, this approach is clearly only an approximation and we have to deal with heterogeneous phenomena, formed of several phases (solid, liquid, gas) closely mixed. We refer to these systems as “polyphasic dispersed systems” (PDS). They are thermodynamically unstable systems, and are (practically) always open. The approach we undertook consists in examining if treating apparent «homogeneous» systems as heterogeneous systems (what they actually are) brings, in spite of some mathematical complications, further significant and relevant information’s. We proceeded in two steps: · A purely theoretical stage, intended to establish in a rigorous and general way the mass balances for each compound in each phases of the system. · A applied stage, aiming at showing, through concrete examples, the soundness of the concept and of the method. Concerning the applications, for several reasons, we chose to study a “simple” open bioreactor: the chemostat. The general balances previously derived in a general way were hence applied to this reactor and a number of examples, mainly obtained from the literature, were treated within the PDS framework. The principal results presented in this work concern: - on the general level, the importance of partitioning the system in different phases, enlightening at the same time interphasic exchange flows (which do not appear in the systems known as monophasic) and the possibility of representing the system on several levels of description. - concerning the applications, in addition to some small simple examples, we propose 1) a new mechanism representing the cellular energy dissipation (a still very controversial field), using an implicit approach (i.e., without particular assumptions about the form of the intracellular kinetics) and 2) a simple, original and inventive model explaining cellular chemical signaling, threshold phenomena and a general metabolic switch occurring during respirofermentative transition. The latter was especially tested on Saccharomyces cerevisiae data to interpret the Crabtree effect in yeast, a mechanism of fundamental and industrial importance (in connection with baker’s yeast production and alcoholic fermentations).

Ce travail décrit certains aspects du réseau d’assainissement en tant que réacteur bio-physico-chimique. Les objectifs principaux sont : d’identifier et de quantifier les sources des eaux circulant dans les collecteurs en se basant sur les signatures isotopiques des eaux et des sulfates dissous; de déterminer la nature minéralogique des phases porteuses des métaux lourds et d’étudier leur cycle géochimique par MET et MEB couplés à la EDXS ; de mettre en évidence la présence d’échange de matière entre les eaux usées et les biofilms par CLSM et MET et d’étudier les conditions hydrodynamiques impliquées dans cet échange dans un réacteur pilote (Couette-Poiseuille). On montre que les données isotopiques permettent d’évaluer la présence des évolutions de concentration des éléments transportés dans le réseau. Le rôle du réseau en tant que réacteur apparaît dans l’évolution de la nature minéralogique des phases phosphatées vers l’aval du réseau et dans la précipitation des métaux lourds dans les compartiments anaérobiques sous forme de phases sulfurées néoformées. Les dépôts des regards de façade et les biofilms sont les lieux de cette néoformation. A l’échelle de la matière organique, l’auto-épuration est révélée par les échanges entre les biofilms et les matières en suspension (MES) suite à la présence des fibres de cellulose dans la structure des biofilms et de morceaux de biofilms au sein de la MES. La majeure partie de ces évolutions se situe en amont du réseau où les contrastes physicochimiques sont les plus importants. Finalement, les expériences modèles au sein du réacteur ont montré l’implication de l’hydrodynamisme dans le détachement des biofilms / This work describes the sewer system as an integrated part of the wastewater treatment system. The main objectives of this study were: identification and quantification of water sources collected in sewer system, referring to isotopic signatures of water and dissolved sulfates; identification of the mineralogical nature of trace element carriers and determination of their geochemical evolution within the sewer by TEM and SEM coupled with EDSX ; Evidencing exchanges between sewage and biofilms, using CLSM and TEM, and investigating hydrodynamic conditions controlling this exchange in an experimental set-up (Couette-Poiseuille reactor). The results indicate that isotopic data may be used to study the tightness of sewer lines and to evaluate the evolution of element concentrations along sewer. Implication of the sewer system as a true biophysicochemical reactor is evidenced in our study by the evolution of the mineralogical nature of phosphate phases downstream of the sewer and by heavy metal precipitations in anaerobic conditions as neoformed sulfide phases. Sump pit deposits and biofilms represent the earlier stage of this neoformation. Organic matter biodegradation was revealed by TEM examination of SM whereas the exchange between biofilms and SM was shown by CLSM. Cellulose fibers from SM were found embedded in exopolymer biofilm matrices and detached fragments from biofilms were identified in sewage. The majority of these evolutions are located upstream of sewer system in which the contrast in physicochemical properties are the most significant. Finally, biofilm model investigations and image processing showed that hydrodynamic conditions are largely implicated in biofilm detachment

Les répétitions en tandem sont constituées de successions de motifs d'ADN. Ces structures sont présentes dans tous les organismes, procaryotes comme eucaryotes et, même si leur rôle biologique est encore peu compris, elles ont des applications dans de nombreux domaines. Tout d'abord, chez les bactéries, les répétitions en tandem polymorphes, dont le nombre d'unités varie, se révèlent un outil puissant pour l'identification de souches à des fins épidémiologiques. Par ailleurs, certaines répétitions en tandem humaines ont la propriété de muter à des fréquences élevées : les minisatellites hypermutables sont les éléments les plus instables du génome humain. Ils peuvent être utilisés comme biomarqueurs d'exposition à des agents potentiellement mutagènes tels que les radiations ionisantes. D'un point de vue plus fondamental, ils sont également un modèle d'étude des mécanismes d'instabilité des génomes. Dans cette thèse, nous mettons à profit les données issues du séquençage afin d'identifier des répétitions en tandem polymorphes. Nous avons tout d'abord élaboré une base de données des répétitions en tandem accessible sur le web (http://minisatellites.u-psud.fr), qui fournit un accès aux répétitions en tandem de génomes entiers. Ensuite, dans le but de sélectionner les répétitions en tandem polymorphes, plusieurs stratégies ont été mises en oeuvre. D'une part, chez les bactéries pour lesquelles les séquences de plusieurs souches étaient disponibles, nous avons créé un utilitaire de comparaison de souches, afin d'identifier des marqueurs polymorphes utilisables en épidémiologie. D'autre part, une étude menée sur les minisatellites humains a permis de définir des critères prédictifs du polymorphisme à partir de la séquence d'un seul allèle de minisatellite, et a en outre mis en évidence un nouveau minisatellite hypermutable situé dans une séquence codante putative. Les critères prédictifs ont également été appliqués à l'identification de minisatellites codants potentiellement polymorphes dans le génome humain.

Wolbachia est une bactérie Gram(-) intracellulaire modifiant la reproduction de nombreux arthropodes. Chez l'isopode Armadillidium vulgare, la souche wVulC entraîne la féminisation des mâles. Nous avons caractérisé deux opérons vir s'exprimant dans tous les tissus hôtes et codant un système de sécrétion de type IV (T4SS) pouvant permettre d'exporter des effecteurs bactériens vers le cytoplasme de l'hôte. La comparaison des séquences et de l'organisation des gènes de 37 souches de Wolbachia a révélé la forte conservation des deux opérons vir suggérant l'importance du T4SS dans la biologie de la bactérie. Nous avons également identifié, dans le génome en cours de séquençage de wVulC, 66 gènes codant des protéines à domaines ankyrines. Ces motifs forment des sites d'interactions protéine-protéine chez les eucaryotes et sont supposés être impliqués chez Wolbachia dans l'interaction avec des protéines de l'hôte. Nous avons montré qu'une des trois copies du gène pk2 de wVulC, n'est exprimée que chez des souches féminisantes mais chez aucune des 3 souches induisant l'incompatibilité cytoplasmique chez les isopodes terrestres. Ce produit du gène pk2 pourrait être impliqué dans la féminisation de l'hôte. Toutefois, nous avons réalisé des tests d'interaction par double-hybride en levures et par la méthode CRAfT (Cre-recombinase Reporter Assay for Translocation) entre les protéines du T4SS et cinq protéines à domaines ankyrines dont Pk2 afin de savoir si ces dernières étaient sécrétées par ce système. Les résultats montrent qu'aucun des cinq produits de gènes ank testés n'est sécrété par la bactérie mais se révèlent encourageants pour identifier les effecteurs de Wolbachia.

L’émergence et la multiplication des infections impliquant des bactéries résistantes et multi-résistantes aux traitements par voie antibiotique sont actuellement un défi majeur dans le domaine de la santé. En effet, la résistance des microorganismes aux molécules antibiotiques est devenue un phénomène de plus en plus préoccupant notamment en milieu hospitalier d’où la nécessité de faire appel à de nouvelles thérapies et à de nouveaux agents antimicrobiens plus efficaces. De nombreux agents antibiotiques classiques ont été développés ces dernières années, mais beaucoup d’entre eux présentent encore des risques d'effets secondaires plus ou moins toxiques sur les cellules eucaryotes, et en dépit de leur efficacité importante contre des microorganismes multi-résistants. Ainsi, les peptides antimicrobiens sont considéré comme de bons candidats dans la lutte contre multi-résistantes microorganismes, principalement en raison de leur faible toxicité sur les cellules eucaryotes et de leurs différents modes d'action par rapport aux antibiotiques classiques. En effet, ces derniers sont généralement non spécifiques et sont moins susceptibles de mener aux phénomènes de résistance observés pour les antibiotiques classiques. L'objectif des travaux menés dans ce mémoire était d'étudier les modes d'action des deux agents antimicrobiens différents; i) la colistine, un polypeptide cyclique déjà utilisé pour traiter les infections causées par des bactéries multi-résistantes et ii) la catestatine bovine (CAT), un peptide linéaire récemment découvert faisant partie de la famille des HDP (Host Defense Peptides), c’est-à-dire produite par le système endocrinien et immunitaire des mammifères. Cette étude a été réalisée principalement à l’aide de différentes méthodes de caractérisation physico-chimique telles que la microscopie à force atomique (AFM) et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier en réflexion totale atténuée (ATR-FTIR). L'activité de la colistine sur des membranes phospholipidiques pures et mixtes (à base de DPPC, DOPC et DPPE) a été suivie en temps réel et in-situ par ces deux techniques. Les modifications de l'empreinte biochimique des membranes, en particulier au niveau de la bande Amide II et du rapport d'intensité intégré Amide II/C=O nous a permis de renforcer l'hypothèse selon laquelle l'activité du peptide était plus intense sur les membranes mixtes que sur les membranes purs. Des modifications similaires dans l'empreinte biochimique de ces membranes ont été observées quand elles avaient été exposées à la catestatine. En outre, la spectroscopie infrarouge a également mis en évidence des changements conformationnels dans la structure de la catestatine, notamment par le passage d’une structure en pelote dite « random coil » à une structure en hélice alpha, et ce uniquement au contact avec la membrane. De tels changements conformationnels pourraient être impliqués dans l'activité antimicrobienne et le mode d'action de ce peptide. En outre, nous nous sommes également intéressé à l’action des deux peptides sur des membranes phospholipidiques plus complexes puisque constituées principalement d’extraits naturels de lipopolysaccharides bactériens (lipide A, LPS-s et le LPS-re). Nos résultats ont mis en évidence que les deux agents antimicrobiens étaient à l’origine d’une réorganisation de la structure des membranes et dans certains cas, le peptide était à l’origine de la formation des pores de différentes tailles. L'influence de l'élasticité de la membrane a également été étudiée à l’aide de la spectroscopie de force (AFM). Cette étude a mis en évidence un impact considérable des peptides sur les propriétés mécaniques des membranes et en particulier sur leur élasticité. Afin de se rapprocher des conditions réelles d'un traitement antimicrobien, nous avons exposé des biofilms bactériens de E. coli différentes de doses de deux peptides antimicrobiens. [...] / The emergence and multiplication of infections involving resistant and multi-resistant antibiotic-resistant bacteria is currently a major challenge in the field of health. Indeed, the resistance of microorganisms to antibiotic molecules has become an increasingly worrying phenomenon, particularly in hospitals, hence the need for new therapies and new antimicrobial agents that are more effective. Many conventional antibiotic agents have been developed in recent years, but many of them still present risks of more or less toxic side effects on eukaryotic cells, and despite their high effectiveness against multi-resistant microorganisms. Thus, antimicrobial peptides are considered good candidates in the fight against multi-resistant microorganisms, mainly because of their low toxicity to eukaryotic cells and their different modes of action compared to conventional antibiotics. Indeed, the latter are generally non-specific and are less likely to lead to the observed resistance phenomena for conventional antibiotics.The aim of the work carried out in this thesis was to study the modes of action of the two different antimicrobial agents; (I) colistin, a cyclic polypeptide already used to treat infections caused by multi-resistant bacteria; and (ii) bovine catestatin (CAT), a recently discovered linear peptide belonging to the Host Defense Peptides Ie produced by the endocrine and immune system of mammals. This study was carried out mainly using different physico-chemical characterization methods such as Atomic Force Microscopy (AFM) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (ATR-FTIR). The activity of colistin on pure and mixed phospholipid membranes (based on DPPC, DOPC and DPPE) was monitored in real time and in situ by these two techniques. The changes in the biochemical fingerprint of the membranes, in particular in the Amide II band and in the Amide II / C = O integrated intensity ratio allowed us to reinforce the hypothesis that the activity of the peptide was more intense On mixed membranes than on pure membranes. Similar changes in the biochemical footprint of these membranes were observed when they were exposed to catestatin. In addition, infrared spectroscopy has also demonstrated conformational changes in the structure of catestatin, in particular by the passage from a so-called random coil structure to an alpha-helix structure, and only in contact with the structure membrane. Such conformational changes could be implicated in the antimicrobial activity and mode of action of this peptide. In addition, we have also been interested in the action of the two peptides on more complex phospholipid membranes since they consist mainly of natural extracts of bacterial lipopolysaccharides (lipid A, LPS-s and LPS-re). Our results showed that the two antimicrobial agents were responsible for a reorganization of the structure of the membranes and in some cases the peptide was at the origin of the formation of the pores of different sizes. The influence of the elasticity of the membrane has also been studied using force spectroscopy (AFM). This study revealed a considerable impact of the peptides on the mechanical properties of the membranes and in particular on their elasticity. In order to approximate the actual conditions of antimicrobial treatment, we exhibited different bacterial E. coli biofilms from doses of two antimicrobial peptides. This latter study was carried out in real time and in situ using infrared spectroscopy and atomic force microscopy. Infrared spectroscopy allowed us to follow the modifications of the biochemical fingerprint of the biofilm on the course of the treatment. Also provided information on possible changes in bacterial metabolism. In parallel with these measurements, the AFM allowed us to observe the changes in the morphology and mechanical properties of the bacterial biofilm as a function of the antimicrobial treatment applied. [...]

Les systèmes toxine-antitoxine (TA) sont très répandus au sein des génomes bactériens. Ces opérons bicistroniques de petite taille ont été découverts sur des plasmides à bas nombre de copies. Dans ce contexte génétique, les systèmes TA confèrent un avantage sélectif à leurs molécules-hôtes en tuant les bactéries-filles qui ne les ont pas héritées par le mécanisme de tuerie post-ségrégationnelle (PSK, post-segregational killing). Ces systèmes génétiques sont également appelés modules d’addiction étant donné qu’ils rendent la descendance des bactéries qui les contiennent dépendantes de leur présence. Alors que leur rôle dans les molécules d’ADN épisomiques est relativement bien établi, le sens biologique de la présence d’homologues à ces systèmes épisomiques au sein des chromosomes bactériens est sujet à d’intenses débats. L’idée que les systèmes TA chromosomiques confèrent un avantage sélectif a été mise en évidence dans plusieurs modèles. Selon ces modèles, les systèmes TA permettent aux bactéries de mieux faire face à des conditions environnementales stressantes. <p>Entre-temps, la compréhension de l’évolution des génomes bactériens a connu des avancées significatives. L’impressionnante capacité d’adaptation des bactéries est aujourd’hui majoritairement attribuée au transfert horizontal de gènes (THG) provoqué par les éléments génétiques mobiles (phages, plasmides, transposons…). Dans le débat du rôle des systèmes TA chromosomiques, très peu d’attention a été accordée aux relations phylogénétiques et interactions entre systèmes plasmidiques et chromosomiques co-existant au sein d’un même hôte ainsi qu’à l’impact du THG sur leur évolution. Notre travail de thèse vise à mieux comprendre la biologie des systèmes TA en tenant compte de ces paramètres. Nous nous sommes intéressés à des systèmes homologues au système plasmidique ccdF. Nous avons étudié expérimentalement les 4 systèmes ccd (ccd1, ccd2, ccd3 et ccd4) qui co-habitent au sein du chromosome d’Erwinia chrysanthemi 3937 (une bactérie phytopathogène), leurs interactions intragénomiques et les interactions de ces systèmes avec le système plasmidique ccdF. Ce cadre expérimental a mené à la construction du modèle d’anti-addiction. Ce modèle propose que certains systèmes chromosomiques puissent conférer un avantage sélectif à leurs hôtes bactériens en interférant avec le PSK médié par leurs homologues plasmidiques. Cet avantage sélectif pourrait permettre la fixation de systèmes TA latéralement acquis au sein des populations bactériennes. Nous avons également recherché de nouveaux systèmes ccd au sein des génomes bactériens afin d’avoir un aperçu de leur distribution, des contextes génétiques dans lesquels ils existent et de l’implication du THG dans leur dispersion. Les réflexions qui ont accompagné notre recherche nous ont mené à proposer une synthèse sur le rôle des systèmes TA (plasmidiques et chromosomiques). Celle-ci se nourrit des avancées qui ont été effectuées, ces dernières années, dans la compréhension de l’évolution des génomes bactériens, de la théorie hiérarchique de la sélection naturelle et des processus non-adaptatifs et contingents qui pourraient expliquer la présence et la propagation des systèmes TA au sein des génomes bactériens sans que ceux-ci en soient les agents causaux. <p><p> / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les systèmes toxine-antitoxine (TA) bactériens ont été découverts il y a une vingtaine d’année sur les plasmides à bas nombre de copie. Ils sont composés de deux gènes organisés en opéron, l’un codant pour une toxine stable et l’autre pour une antitoxine instable capable de neutraliser l’effet de la toxine. Les systèmes TA sont fortement représentés au sein de l’ensemble des génomes bactériens. Ils se localisent aussi bien sur des éléments génétiques mobiles (plasmides, phages, transposons,…) que dans les chromosomes, ce qui suggère que le transfert horizontal de gènes participe à leur dissémination. Le système TA ccd du plasmide F d’Escherichia coli (ccdF) est composé de l’antitoxine CcdA et de la toxine CcdB. Le système ccdF contribue à la stabilité du plasmide F en tuant les bactéries-filles n’ayant pas reçu de copies plasmidiques lors de la division bactérienne (tuerie post-ségrégationelle).<p>Au cours de ce travail, nous avons caractérisé un homologue du système toxine-antitoxine ccd du plasmide F (ccdF) qui se situe dans le chromosome de la souche pathogène E. coli O157:H7 EDL933 entre les gènes folA et apaH (ccdO157). Les systèmes ccdF et ccdO157 coexistent naturellement dans les souches d’E. coli O157:H7, le système ccdF se trouvant sur le plasmide pO157 qui dérive du plasmide F. Nos résultats montrent que l’antitoxine plasmidique CcdAF neutralise l’effet de la toxine chromosomique CcdBO157, tandis que l’antitoxine chromosomique CcdAO157 ne contrecarre pas la toxicité de la toxine plasmidique CcdBF. Nous avons également montré que le système ccdF cause une tuerie post-ségrégationelle, lorsqu’il est cloné dans un plasmide instable, dans une souche possédant le système chromosomique ccdO157. Le système ccdF est donc fonctionnel en présence de son homologue chromosomique. <p>Le système ccdO157 est absent du chromosome de la souche de laboratoire E. coli K-12 MG1655, où une région intergénique de 77 pb sépare les gènes folA et apaH. Celle-ci contient une séquence cible pour la transposition. Nous avons étudié la distribution du système ccdO157 au sein de 523 souches d’E. coli représentatives de l’ensemble des sérogroupes décrits. Nos résultats montrent que le système ccdO157 est présent au sein de souches appartenant à 47 sérogroupes différents. Nos résultats mettent en évidence la diversité de la région intergénique folA-apaH d’E. coli. Celle-ci peut contenir gènes codant pour des protéines présentant de l’homologie avec des protéines d’espèce bactériennes éloignées d’E. coli ou d’organismes eucaryotes, ainsi qu’un élément génétique mobile, l’IS621, ce qui montre que le système ccdO157 a intégré le chromosome d’E. coli via le transfert horizontal de gènes.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La réponse humorale aux antigènes (Ag) thymo-indépendants (TI) tels que les polysaccharides (PS) bactériens ne nécessite pas l’intervention des lymphocytes T mais requiert un dialogue entre lymphocytes B et cellules présentatrices d’Ag (APC). La singularité des Ag TI est qu’ils peuvent générer une réponse anticorps (Ac) in vivo en l’absence de signal danger exogène. Nous avons postulé que les PS bactériens sont capables d’induire un état de compétence des APC leur permettant d’exercer leur fonction auxiliaire vis à vis de la différenciation des lymphocytes B induite par les Ag TI. Notre travail a consisté, d’une part, à identifier la nature de l’APC et à documenter l’état de compétence des APC induit par un PS capsulaire d’une souche de pneumocoque (PS3). Nos résultats montrent que les macrophages et les cellules dendritiques peuvent tous deux exercer une fonction auxiliaire vis-à-vis de la réponse Ac aux Ag TI via la sécrétion de deux cytokines, BAFF et APRIL. Nos données montrent également que ce PS bactérien inhibe différentes réponses impliquant les cellules T (réponse humorale à un Ag thymo-dépendant, hypersensibilité retardée induite par un haptène fort). L’analyse phénotypique et fonctionnelle de cellules dendritiques exposées au PS3 nous conduit à proposer que le PS induit la différenciation des cellules dendritiques en cellules tolérogènes. L’ensemble de nos données suggèrent que l’état de compétence des APCs liée à leur fonction auxiliaire dans la réponse Ac aux Ag TI est équivalent à la fonction tolérogène, déjà documentée dans la littérature. Cette dualité des APCs induite par le PS (stimulatrices vis à vis de la réponse Ac, tolérogènes vis à vis des réponses cellulaires) pourrait jouer un rôle physiologique important au niveau de la muqueuse intestinale. / The humoral immune response against thymus-independent (TI) antigens (Ag) such as bacterial capsular polysaccharides (PS) does not require the help from T lymphocytes but needs a dialog between B cells and antigen presenting cells (APC). The particularity of TI Ag is their ability to generate an antibody response in vivo in the absence of exogenous danger signals. We have postulated that bacterial PS induce a competence status of the APC enabling them to act as auxiliary cells towards the B cells differentiation induced by TI Ag. In the present study, we have indentified the nature of the APC and explored the competence status induced by a capsular PS from S. pneumoniae (PS3). Our results show that both macrophages and dendritic cells (DC) can exert an auxiliary function towards the humoral response to TI Ag by secreting two major cytokines, BAFF and APRIL. We have also shown that bacterial PS suppress different responses involving T cells as humoral response to a thymus-dependent Ag and delayed hyper-sensitivity induced by a potent hapten. The phenotypical and functional analysis of DC exposed to PS3 led us to postulate that PS induces the differentiation of DC into tolerogenic cells. Altogether our findings suggest that the APC’s competence status enabling them to provide help to B cells against TI Ag is their tolerogenic function. This double function of the APC induced by PS (stimulatory towards antibody response and tolerogenic towards cellular responses) could be important in the intestinal mucosal sites.

Mieux comprendre les mécanismes de la résistance aux antibiotique est un enjeu important dans la lutte contre les maladies infectieuses, qui fait face à la propagation de bactéries multi-résistantes. Les études d'association à l'échelle des génomes sont des outils puissants pour explorer les polymorphismes liés aux variations phénotypiques dans une population. Leur cadre méthodologique est très documenté pour les eucaryotes, mais leur application aux bactéries est très récente. Durant cette thèse, j'ai cherché à rendre ces outils mieux adaptés aux génomes plastiques des bactéries, principalement en travaillant sur la représentation des variations génétiques. En effet, parce que les bactéries ont la capacité à échanger du matériel génétique avec leur environnement, leurs génomes peuvent être trop différents au sein d'une espèce pour être alignés contre une référence. La description des variations par des fragments de séquence de longueur k, les k-mers, offre la flexibilité nécessaire mais ne permet pas une interprétation directe des résultats obtenus. La méthode mise au point teste l'association de ces k-mers avec le phénotype, et s'appuie sur un graphe de De Bruijn pour permettre la visualisation du contexte génomique des k-mers identifiés par le test, sous forme de graphes. Cette vue synthétique renseigne sur la nature de la séquence identifiée: il peut par exemple s'agir de polymorphisme local dans un gène ou de l'acquisition d'un gène dans un plasmide. Le type de variant représenté dans un graphe peut être prédit avec une bonne performance à partir de descripteurs du graphe, rendant plus opérationnelles les approches par k-mers pour l'étude des génomes bactériens / The emergence and spread of multi-drug resistance has become a major worldwide public health concern, calling for better understanding of the underlying resistance mechanisms. Genome-wide association studies are powerful tools to finely map the genetic polymorphism linked to the phenotypic variability observed in a population. However well documented for eukaryotic genome analysis, these studies were only recently applied to prokaryota.Through this PhD project, I searched how to better adapt these tools to the highly plastic bacterial genomes, mainly by working on the representation of the genetic variations in these genomes. Indeed, because the bacteria have the faculty to acquire genetic material by a means other than direct inheritance from a parent cell, their genomes can differ too much within a species to be aligned against a reference. A representation using sequence fragments of length k - the so-called k-mers - offers the required flexibility but generates redundancy and does not allow for a direct interpretation of the identified associations. The method we set up tests the association of these k-mers with the phenotype, and takes advantage of a De Bruijn graph (DBG) built over all genomes to remove the local redundancy of k-mers, and offer a visualisation of the genomic context of the k-mers identified by the test. This synthetic view as DBG subgraphs informs on the nature of the identified sequence: e.g. local polymorphism in a gene or gene acquired through a plasmid. The type of variant can be predicted correctly in 96% of the cases from descriptors of the subgraphs, providing a tractable framework for k-mer-based association studies