Le biofilm est à l’origine d’infections nosocomiales et d’intoxications alimentaires dans les secteurs alimentaire et hospitalier. Les bactéries structurées en biofilm peuvent se détacher et coloniser de nouvelles surfaces. Le risque microbiologique associé aux bactéries détachées de biofilm est peu étudié. Les travaux de thèse ont concerné, l’étude de l’effet des conditions de croissance sur les propriétés physicochimiques de surface de Staphylococcus aureus et Pseudomonas aeruginosa sous leurs formes détachées de biofilm et planctoniques, ainsi que leurs adhésion sur l'acier inoxydable (SS) et le polycarbonate (PC). Le pouvoir pathogène des deux populations bactériennes a été étudié. Les résultats ont montré que les conditions et le mode de croissance influencent les propriétés de surface et par conséquent l’adhésion de S. aureus et P. aeruginosa sur le SS et le PC. De plus, la température de croissance, le type de surface et l’âge physiologique des bactéries influencent significativement leur production des facteurs de virulence et leur cytotoxicité envers les cellules HeLa. Dans un deuxième temps, l'effet de température de croissance sur la résistance des cellules détachées de biofilm et planctoniques au chlorure de benzalkonium (BAC) a été évalué. Pour comprendre les mécanismes de résistance à l’échelle cellulaire, les lésions des membranes bactériennes associées au BAC ont été suivies par l’efflux des ions K+ intracellulaires. En outre, la fluidité membranaire de deux populations bactériennes a été caractérisée à travers l'étude de profils d'acides gras membranaires. Les résultats ont montré que la résistance au BAC dépend de la température et de l’état physiologique des bactéries. / The biofilm formation in food and medical sectors represents a significant source of foodborne and nosocomial diseases. Bacteria structured in biofilm can detach and colonize new surfaces. The microbiological risk associated with biofilm-detached bacteria is poorly studied. On one hand, the thesis concerned the study of growth conditions effect on the bacterial surface physicochemical properties as well as the adhesion of Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa biofilm-detached and planktonic cells to stainless steel (SS) and polycarbonate (PC). The pathogenicity of both bacterial populations has also been studied. The results showed that the conditions and the mode of growth influence the surface properties and consequently the adhesion of S. aureus and P. aeruginosa on the SS and the PC. In addition, growth temperature, surface type and physiological age of bacterial cells significantly influence their production of virulence factors and their cytotoxicity towards HeLa cells. On the other hand, the effect of growth temperature on the resistance of biofilm-detached and planktonic cells to benzalkonium chloride (BAC) was assessed. In order to understand the mechanisms of resistance at the cellular level, bacterial membrane damage associated with BAC was assessed by the efflux of intracellular K+ ions. In addition, the membrane fluidity of bacterial populations was characterized through the study of membrane fatty acid profiles. The results showed that resistance to BAC depends on the temperature and physiological state of the studied bacteria.

La vie en société présente des avantages écologiques et évolutifs, mais augmente les risques de transmission de pathogènes. Pour faire face à ce problème, les insectes sociaux ont développé plusieurs mécanismes de défenses comportementales et physiologiques, et en plus utilisé la protection fournie par des organismes tiers. C’est ainsi que des abeilles et des fourmis se servent de substances antimicrobiennes d’origine végétale ou des fourmis possèdent des bactéries productrices d’antibiotiques. La fourmi est un insecte qui, par définition, ne peut vivre que dans sa société avec des congénères avec lesquels elle entretient des relations nombreuses comme des léchages interindividuels et des échanges en bouche à bouche (appelés trophallaxies). Dans la première partie de la thèse, nous avons étudié les altérations comportementales des ouvrières de la fourmi Camponotus fellah après le déclenchement d’une réaction immunitaire. Nous avons posé l’hypothèse que si les relations sociales sont aussi coûteuses que les défenses immunitaires physiologiques, l’individu devrait être confronté à un choix : où investir son énergie ? Au contraire, suite à une réaction immunitaire les fourmis ont augmenté leur taux de trophallaxie et aucun signe d’isolement de l’ouvrière malade ne fut observé. Ce résultat met en évidence l’importance des relations sociales pour la guérison de l’individu et qui peuvent même avoir une fonction prophylactique. La deuxième partie a été consacrée à l’étude d’un endosymbiote primaire de C. fellah, une bactérie du genre Blochmannia. Cet endosymbiote a un rôle nutritif qui a été déjà montré chez d’autres espèces de Camponotus. Nous avons envisagé qu’il ait aussi d’autres fonctions comme : favoriser le système immunitaire de la fourmi, favoriser le développement des nouvelles colonies et participer à la formation d’odeur coloniale. Nous avons d’abord décrit cette nouvelle bactérie par des techniques de biologie moléculaire. Ensuite, nous avons pu montrer qu’elle favorise la réponse immunitaire des fourmis en augmentant l’encapsulation de particules étrangères. Elle contribue à une plus grande production de larves, aboutissant à une plus grande quantité d’ouvrières. Nous n’avons pas mis en évidence de lien entre la quantité de bactéries et celle d’hydrocarbures cuticulaires, bien que leur élimination par un antibiotique entraînait une surproduction de ces hydrocarbures, probablement une réponse liée au stress. Plus généralement, ces travaux montrent de nouvelles fonctions des endosymbiotes, qui ont probablement contribué au succès écologique de ce groupe de fourmis hautement diversifié et très répandu. / The colonial lifestyle has ecological and evolutionary advantages, but it increases the risks of pathogen transmission. To minimize this problem, social insects have developed several behavioural and physiological defence mechanisms, including using protection provided by other organisms. Bees and ants utilize antimicrobial substances of vegetable origin and ants harbour antibiotics-producing bacteria to control parasites. Ants are insects that cannot live without their nestmates with which they maintain many interactions, such as grooming and trophallaxis. In the first part of this thesis, we studied the behavioural alterations in workers of the ant Camponotus fellah after mounting an immune response. We hypothesized that if social interactions and physiological immune responses are expensive, individual workers should be forced to choose where to invest energy. In fact, after mounting an immune response, the workers increased their trophallaxis rate and no sign of avoidance by nestmates was observed. This result highlights the importance of social relations for individual cure and prophylactic mechanisms. In the second part, we studied the primary endosymbiont of C. fellah, a bacterium of Blochmannia genus. This bacterium plays a role in ant nutrition, a function already demonstrated in other Camponotus species. We considered the possibility that the importance of this association is not exclusively nutritional. The bacterium might improve the host immune system and increase the development rate of incipient colonies. Indeed, it might be involved in colony odour formation. The first step was to describe formally this new bacterium with molecular biology techniques. Next, we showed that it improves the host immune response by increasing the encapsulation rate against foreign particles. It increases host larvae production and the number of adult workers. Though we did not find a relation between the number of bacteria and the amount of cuticular hydrocarbons, when the bacteria was eliminated with antibiotics, cuticular hydrocarbons were overproduced, which could be interpreted as a stress response. This work highlights new functions of Blochmannia endosymbionts in their association with the ants. The bacterium likely contributed to the ecological success of Camponotus ants, a globally widespread genus.

L’invasion de la muqueuse du côlon humain par les entérobactéries à Gram négatif du genre Shigella aboutit à une rectocolite aigue appelée dysenterie bacillaire qui reste un problème de santé publique majeur. Shigella possède un Système de Sécrétion de Type Trois (SST3) codé par un plasmide de virulence qui permet la translocation d’effecteurs bactériens dans le cytoplasme des cellules eucaryotes pour manipuler leurs fonctions. Ces effecteurs détournent les cellules épithéliales pour constituer une niche de réplication intracellulaire et interagissent avec les cellules immunes pour affecter l’initiation de la réponse immune adaptative. En conséquence, plusieurs épisodes infectieux sont nécessaires afin d’établir une protection immunitaire humorale qui est toutefois de courte durée. Ces travaux de thèse avaient pour but (i) d’approfondir les connaissances sur l’interaction de Shigella avec l’hôte en se concentrant sur les mécanismes dépendant du SST3 interférant avec les lymphocytes et (ii) de déterminer si des effecteurs du SST3 non encore identifiés sont codés par le plasmide de virulence. Nos résultats démontrent que la translocation d’effecteur du SST3 peut être découplée de l’invasion cellulaire, conduisant à des cellules « injectées-seulement ». Nous rapportons que Shigella induit l’apoptose des lymphocytes B par un mécanisme dépendant de la protéine située à l’extrémité du SST3 mais indépendant de la translocation d’effecteurs. Ces résultats établissent un nouveau paradigme concernant la pathogénicité de Shigella au-delà de l’invasion cellulaire, basé sur des mécanismes de type « touché-coulé » qui sont au cœur des interactions entre ce pathogène et les cellules immunes. Par ailleurs, nous décrivons la capacité de Shigella jusque-là inconnue d’interférer avec la sécrétion d’anticorps par les lymphocytes B, ce qui pourrait contribuer à moduler la réponse spécifique humorale de l’hôte. Enfin, nous avons identifié cinq nouveaux effecteurs potentiels de Shigella codés par le plasmide de virulence et injectés par le SST3 dans les cellules eucaryotes. Ces travaux de thèse apportent donc de nouveaux éléments concernant la pathogénicité de Shigella par la découverte de nouveaux mécanismes ciblant les cellules immunes et l’identification de nouvelles protéines bactériennes injectées dans le cytoplasme des cellules de l’hôte. / Invasion of the human colonic mucosa by the Gram-negative enterobacteria Shigella spp. results in an acute recto-colitis named bacillary dysentery that still remains a major public health concern. Shigella expresses a Type Three Secretion System (T3SS) encoded on a virulence plasmid and mediating translocation of bacterial effectors into eukaryotic cell cytoplasm to manipulate their functions. These effectors hijack epithelial cells to create a bacterial intracellular replicative niche and also interact with immune cells to affect the priming of the adaptive immune response. As a result, several episodes of infection are required to mount a protective humoral immunity that is nevertheless of short-duration. This thesis work aimed at (i) further documenting Shigella cross-talks with its host, with a particular focus on T3SS-mediated mechanisms towards lymphocytes and (ii) investigating if the Shigella virulence plasmid encodes for yet unidentified T3SS-effectors. We report that translocation of Shigella T3SS-effectors into lymphocytes can be uncoupled from cellular invasion, resulting in “injected-only” cells. We demonstrate that Shigella mediates B lymphocyte apoptosis through a mechanism depending on the secretion apparatus needle tip protein but independent from effectors translocation. These findings set up a new paradigm for Shigella pathogenicity beyond cellular invasion, with “kiss-and-run” mechanisms proposed to be at the core of the interactions between this pathogen and immune cells. In addition, we describe a so far not known capacity of Shigella to interfere with B lymphocyte antibody secretion that could contribute to divert Shigella- specific humoral immunity. We also identify five new putative Shigella effectors encoded by the virulence plasmid and translocated by the T3SS into eukaryotic cells. Thus, this thesis work brings new insights into Shigella pathogenicity by unraveling novel mechanisms towards host immune cells and identifying new bacterial proteins that might constitute additional molecular weapons for this pathogen.

Les amibes se nourrissent principalement de bactéries. Certaines bactéries pouvant résister à la digestion dans la voie phagocytique amibienne s’y retrouvent enrobées et sécrétées dans l’environnement par la suite. Cet enrobage augmente la résistance bactérienne à différents stress. Les bactéries enrobées pourraient favoriser la propagation de maladies infectieuses, mais aucune donnée n’est disponible à ce sujet. Les bactéries pathogènes Escherichia coli O157:H7, Salmonella typhimurium et Pseudomonas aeruginosa sont capables de résister à la digestion amibienne, mais leur capacité à être enrobée est inconnue. L’étude de la résistance de ces bactéries face à l’amibe Dictyostelium discoideum et l’analyse de la viabilité de cette dernière en présence des bactéries ont été réalisées pour mieux cibler les souches bactériennes potentiellement enrobables. Des essais d’enrobage ont été tentés, mais aucune bactérie enrobée n’a été observée en microscopie électronique. D’autres analyses seront requises pour comprendre la propagation des maladies infectieuses via les bactéries enrobées. / Amoebae mainly feed bacteria. Many bacteria are resistant to the digestion in the phagocytic pathway of amoebae. There they can be packaged and then secreted into the environment. Packaging increases the resistance of bacteria to different stresses. Packaged bacteria could improve the spread of infectious diseases, but no data is available regarding that so far. The pathogenic bacteria Escherichia coli O157:H7, Salmonella typhimurium and Pseudomonas aeruginosa are able to resist to digestion by amoeba digestion, but their ability to be packaged is unknown. The study of the bacteria resistance to the amoeba Dictyostelium discoideum and the analysis of the viaibility of the latter in the presence of bacteria were done to better target the bacterial isolates that can be packaged. Assays of packaging of bacteria were done, but no packaged bacteria were observed by electron microscopy. Other analyzes are required to understand the spread of infectious diseases by packaged bacteria.

Les bactéries jouent un rôle majeur dans la mobilité de l’arsenic (As) dans l’environnement. L’objectif de cette thèse était d’identifier les acteurs bactériens clés de la biotransformation de l’As pouvant être utilisés comme bioindicateurs du devenir de l’As dans les sites pollués. De nouveaux outils moléculaires ont été développés sur les gènes aoxB, codant la sous-unité catalytique de l’AsIII-oxydase, et validés pour analyser qualitativement et quantitativement les communautés AsIII-oxydantes. La pertinence de l’usage de ce gène comme marqueur fonctionnel a été démontrée par sa détection exclusive chez toutes les bactéries AsIII-oxydantes testées et une phylogénie AoxB cohérente et similaire à celle de l’ARNr 16S. Les approches de DGGE et de PCR en temps réel appliquées aux gènes aoxB ont permis d’évaluer rapidement et sensiblement les variations de communautés AsIII-oxydantes associées à différentes teneurs et spéciations d’As dans des eaux. La coexistence de diverses bactéries AsIII-oxydantes et AsV-réductrices a également été démontrée dans des sols industriels et agricoles. La microflore indigène est ainsi capable d’influencer la spéciation/mobilité de l’As initialement présent et/ou adsorbé sur des oxy-hydroxydes de fer selon les conditions redox du milieu. L’usage des gènes fonctionnels aoxB et arrA, marqueurs des bactéries AsIII-oxydantes et respirant l’AsV, est pertinent pour évaluer les transformations potentielles de l’As. L’effet de bactéries agissant indirectement sur la mobilité de l’As a également été révélé. La détection de ces activités bactériennes à l’aide d’outils moléculaires est prometteuse pour évaluer la mobilité de l’As dans un écosystème donné. / Bacteria can play a major role in the environmental mobility of arsenic (As). The aim of this study was to identify key bacterial players involved in the biotransformation of As and to use them as bioindicators or predictive tools of As behaviour in polluted sites. Novel molecular tools were developed based on the aoxB gene which encodes the catalytic subunit of AsIII-oxidase, and validated for use in the qualitative and quantitative analysis of the AsIII-oxidizing bacterial community. The aoxB gene was exclusively detected in all tested AsIII-oxidizing bacteria and AoxB and 16S rRNA gene phylogenies were broadly coherent, demonstrating the usefulness of the aoxB gene as a powerful functional marker. The application of DGGE and real-time PCR on aoxB genes allowed the rapid and sensitive evaluation of changes in the AsIII-oxidizing community as a function of As speciation and pollution level in surface and groundwaters. AsIII-oxidizers and AsV-reducers were found to coexist in tested soils. The crucial role of indirectly As-mobilizing bacteria was also revealed. Indigenous microflorae affected the speciation and mobility of As inherent within the environmental matrix and/or adsorbed on iron oxy-hydroxydes, according to redox conditions. The relevance of the use of aoxB and arrA genes, as functional markers of AsIII-oxidizers and AsV-reducers, respectively, to evaluate potential As transformation was demonstrated. The detection of these bacterial communities using molecular tools was shown to have great promise in the prediction of As mobility in the environment.

L’épithélium digestif est recouvert par une épaisse couche de mucus majoritairement composé de mucines qui joue un rôle essentiel dans le maintien de l’homéostasie avec la microflore résidente et dans la protection de l’épithélium digestif contre la colonisation par des organismes pathogènes. Au cours de ma thèse, je me suis intéressée à l’étude des interactions hôtes / bactéries dans le tractus gastro-intestinal. En utilisant différents modèles in vivo ou in vitro, nous avons plus particulièrement étudié l’influence de bactéries commensales et pathogènes sur la glycosylation des mucines du tractus digestif. Nous avons tout d’abord caractérisé le profil de glycosylation des mucines gastriques humaines d’individus sains, de patients asymptomatiques infectés par Helicobacter pylori et de patients atteints de métaplasie intestinale incomplète. Afin de mieux décrypter le dialogue qui s’établit entre les mucines et les bactéries, nous avons également caractérisé les modifications de glycosylation des mucines intestinales à partir de modèles animaux et cellulaires d’infections bactériennes. Nous avons étudié l’effet de deux bactéries commensales : Bacteroides thetaiotaomicron et Faecalibacterium prausnitzii et d’une bactérie pathogène : Shigella flexneri. Les mucines apparaissent comme un élément incontournable dans l’interaction hôte/bactéries. Nos travaux indiquent que la barrière mucosale, même si elle exerce un rôle de défense indéniable pour l’épithélium digestif, n’est pas infaillible vis-à-vis des pathogènes. Ils soulignent l’importance du dialogue tripartite entre les mucines, le microbiote et le système immunitaire dans la lutte contre les infections. / The gut epithelium is covered by a thick layer of mucus mainly composed of mucins which plays an essential role in maintaining homeostasis with the resident microflora but it also protects the digestive epithelium against colonization by pathogens. During my PhD work, I focused my interest in the study of host / bacteria interactions in the gastrointestinal tract. Using different in vivo or in vitro models, we specifically investigated the influence of commensal and pathogenic bacteria on the glycosylation of mucins of the digestive tract. We first characterized the glycosylation profile of human gastric mucins from healthy, from asymptomatic patients infected with Helicobacter pylori and from patients with incomplete intestinal metaplasia. To better understand the cross-talk between mucins and bacteria, we also studied changes in the glycosylation of intestinal mucins from animal and cellular models of bacterial infections. We analyzed the effect of two commensal bacteria: Bacteroides thetaiotaomicron and Faecalibacterium prausnitzii, and one pathogenic bacteria: Shigella flexneri. Mucins appear as a key element in the host / bacteria interactions. Our work indicates that the mucosal barrier, even though it plays a major role in the defense of gastrointestinal epithelium, is not infallible regarding pathogens. Our work emphasizes the importance of the tripartite dialogue between mucins, the microbiota and the immune system in the fight against infections.

. / We report the work we lead on magneto tactic bacteria, from the point of view of active matter. The ability of this bacterium to swim at 100µm/s directed by the magnetic field makes it a good candidate to study driven active matter. Indeed, in this configuration, the self-propelled system is not dragged by an external force, and its directed motion comes from its biased orientation. We choose the strain MC-1 for our study, for the robustness of its individual behavior and its swimming speed. We studied the individual behavior, confirming previous results where the bacteria passively aligns on the magnetic field being disoriented solely by the magnetic field, but also succeeded in triggering activity in their reorientation, suspending it in different chemical environments, or directing them against a solid interface, where this bacteria could tumble. This tumbling behavior, very common amongst non-magnetic bacteria, was not reported for Mangetotactic bacteria. These new results leaded us to develop a model of Run and Tumble under a magnetic field. We studied their behavior when densely concentrated in a micro-channel, in jammed configuration, using standard microfluidics tools. We observed their motion in hour glass shaped micro-channels, without any flow, and characterized the chronology of the jamming process. We investigated the interaction of their swim with a shear, in a counter flow experiments, where MC-1 would be directed against a Poiseuille flow. Due to equilibrium between the magnetic torque and the hydrodynamic shear, bacteria would focus instantly in the middle of the channel. We studied this phenomenon theoretically, and checked our model with the experiments. We discovered a instability of a new kind in the same configuration, for high magnetic fields. Indeed, beyond a threshold the focused suspension would become wavy to end up in segregated droplets of bacteria. We characterized experimentally this phenomenon which reminds us of Rayleigh-Plateau and Kelvin-Helmholtz instabilities, varying the flow rate, the Magnetic field and the density of the suspension. Recirculation in the droplets is observed and explained. We interpret these convection droplets as the source of the instability of the focused suspension

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2015-2016 / Plusieurs protozoaires se nourrissant de bactéries peuvent sécréter des corps multilamellaires (CML) dans lesquels se retrouvent certaines bactéries pathogènes ayant résisté à la digestion par la cellule hôte. Ces bactéries enrobées dans des CML bénéficient de protections supplémentaires contre divers stress et sont susceptibles d’être aérosolisées et inhalées par l’humain. La présente étude visait à élucider le rôle physiologique des CML et les mécanismes de leur formation chez l’amibe modèle Dictyostelium discoideum. L’analyse en spectrométrie de masse du contenu protéique des CML a révélé la présence de quatre protéines majeures, incluant SctA communément associée aux pycnosomes. La fonction biologique des CML reste inconnue, mais il a été déterminé que les amibes et autres protozoaires pouvaient réinternaliser les CML sécrétés. Ces résultats permettent d’orienter les recherches afin d’élucider le véritable rôle des CML et ainsi mieux comprendre leur implication dans la transmission de bactéries pathogènes d’origine environnementale. / Many protozoa that feed on bacteria secrete multilamellar bodies (MLBs). MLBs have been found to harbour pathogenic bacteria that are resistant to degradation by the host cell. MLBs serve to protect these bacteria from various external stresses and could be aerosolized and subsequently inhaled by humans. The aim of this study was to elucidate the physiological role of MLBs and the mechanisms governing their formation in the model amoeba Dictyostelium discoideum. Mass spectrometric analyses of purified MLBs revealed the presence of four major proteins, including SctA, a protein generally associated with pycnosomes. The biological function of MLBs remains unclear, but we demonstrated that the amoeba and another protozoan can reinternalize secreted MLBs. These results provide new insight into the role of MLBs in the cell and deepen our understanding of the involvement of MLBs in the transmission of environmental pathogenic bacteria.

Le lait cru constitue un milieu de culture favorable au développement de microorganismes dès la ferme. Malgré les différentes actions comme les nettoyages, la conservation au froid et les traitements thermiques utilisés pour limiter le développement ou détruire les bactéries pathogènes et responsables de l'altération du lait, ces dernières peuvent persister, parfois grâce à la formation de biofilms. Elles vont pouvoir s'établir sur les surfaces des équipements laitiers et seront responsables de pertes financières importantes. L'objectif de ce projet était de former des modèles de biofilms mixtes reproductibles à partir de bactéries isolées de l'environnement laitier afin d'étudier leur capacité à former des biofilms et caractériser ces derniers. Pour cela, six souches bactériennes thermorésistantes responsables d'altérations ont été sélectionnées. Leur capacité à former des biofilms a été évaluée par méthode statique avec des microplaques de 96 puits. Ensuite, les interactions entre les bactéries ont été étudiées grâce à des tests sur géloses. Enfin, la formation de biofilms a été reproduite par méthode dynamique avec un bioréacteur de type CDC. Les résultats de cette étude ont permis de mettre en évidence que des souches de Pseudomonas aeruginosa, Bacillus licheniformis, Streptococcus thermophilus et Enterococcus faecalis sont de fortes productrices de biofilms alors que les souches Clostridium tyrobutyricum et Rothia kristinae sont de faibles productrices de biofilm. En condition mixte, les bactéries fortement productrices de biofilms sont dominantes. Il ne semble pas y avoir de réactions antagonistes entre les bactéries à l'exception de P. aeruginosa qui pourrait freiner la croissance de B. licheniformis et E. faecalis. Les connaissances sur les biofilms mixtes acquises lors de cette étude, ainsi que les interactions observées entre les bactéries, permettront d'envisager des stratégies de contrôle impliquant notamment des phénomènes de compétition au sein des biofilms. / Raw milk is a rich culture medium allowing the development of microorganisms from the farm. Despite the various actions such as cleaning, cold storage and heat treatments used to limit the development of milk pathogenic and spoilage bacteria, they can persist due to the formation of biofilms. They will be able to establish themselves on the surfaces of dairy equipment and will be responsible for significant financial losses. The objective of this project was to establish reproducible multi-species biofilm models from bacteria isolated from the dairy environment in order to study their ability to form biofilms and characterize them. To do this, six heat-resistant bacterial strains responsible of milk adulteration were selected. Their ability to form biofilms was evaluated by a static method with 96-wells microtiter plates. Then, interactions between bacteria were studied through agar tests. Finally, the formation of biofilms was dynamically reproduced with a CDC biofilm reactor. The results of this study have shown that strains such as Pseudomonas aeruginosa, Bacillus licheniformis, Streptococcus thermophilus and Enterococcus faecalis are strong biofilm producers while Clostridium tyrobutyricum and Rothia kristinae are weak biofilm producers. In multi-species biofilms, bacteria producing strong biofilms take over weak producers. There do not appear to be any antagonistic reactions between bacteria except P. aeruginosa which may inhibit the growth of B. licheniformis and E. faecalis. The knowledge on multispecies biofilms acquired during this study, thanks to the model formed as well as the interactions observed between bacteria, will make it possible to consider control strategies involving competition phenomena within biofilms.

Titre de l'écran-titre (visionné le 15 mai 2023) / La métagénomique virale a permis l'identification de milliers de nouvelles séquences de phages dans une variété d'écosystèmes. Leur caractérisation est limitée par leur grande diversité, puisque la majorité des nouvelles séquences virales ne ressemble à aucun phage connu et répertorié. Pour faire face à ce défi, de nouveaux outils de la bio-informatique doivent être développés permettant de mieux comprendre les interactions phages-bactéries et ainsi élucider le rôle des phages dans leur écosystème. Une approche pour étudier les interactions phages-bactéries repose sur l'exploitation des systèmes CRISPR-Cas. Chez les bactéries et les archées, ces systèmes servent de mécanismes de défense contre le matériel génétique envahisseur comme le génome des phages. Grâce à de courtes séquences appelées espaceurs, incorporées dans leur locus CRISPR, les bactéries qui portent ce système peuvent reconnaître rapidement un génome de phage, le couper et ainsi bloquer l'infection. Les espaceurs sont archivés et continuent d'être ajoutés au fil des infections, rendant le locus CRISPR très dynamique. Pour les analyses bio-informatiques, les espaceurs ont plusieurs utilités, notamment pour le typage de souches bactériennes et pour la prédiction des hôtes bactériens de séquences virales. Cependant, les quelques outils existants ont été développés avant l'accélération massive dans la découverte de nouvelles séquences de phages offerte par la métagénomique virale. Ainsi, beaucoup de travail répétitif, manuel et non standardisé était requis pour utiliser les espaceurs CRISPR dans le contexte d'études de métagénomique. Les deux premiers chapitres de cette thèse sont dédiés au développement d'outils bio-informatiques exploitant les loci CRISPR. Dans un premier temps, le logiciel CRISPRStudio a été développé pour automatiser la création de figures représentant les loci CRISPR. Ce logiciel offre une grande polyvalence, tout en accélérant la production de figures. Dans un deuxième temps, un second logiciel a été créé pour prédire les hôtes bactériens des phages. Celui-ci s'appuie sur une base de données d'espaceurs de plus de 11 millions de séquences et d'une série de critères fondés sur la biologie des systèmes CRISPR-Cas pour sélectionner l'hôte bactérien le plus probable d'un phage. Cet outil a permis d'améliorer les performances, la standardisation et la facilité d'utilisation des approches de prédiction de l'hôte utilisant les espaceurs CRISPR. Puis, les deux outils ont été mis à profit dans le troisième chapitre pour l'étude spécifique des interactions phages-bactéries entre Escherichia coli et ses phages, dans le contexte du microbiote intestinal. La caractérisation des loci CRISPR a permis d'élucider le rôle probable du système CRISPR-Cas chez cette espèce, soit un mécanisme anti-prophages. À ma connaissance, il s'agit également de la première étude identifiant une aussi grande proportion des cibles des espaceurs, en trouvant l'origine de 60 % des proto-espaceurs. / Viral metagenomics has allowed the identification of thousands of new phage sequences in various ecosystems. Yet, their characterization is still limited by their great diversity, as the majority of new viral sequences resembles no known phages in reference databases. To tackle this challenge, new bioinformatic tools are needed to better understand phage-bacteria interactions and to elucidate the role of phages in their ecosystem. One approach to study phage-bacteria interactions consists in taking advantage of CRISPR-Cas systems. In bacteria and archaea, these systems act as defense mechanisms against invading genetic material, such as phage genomes. Thanks to short sequences called spacers incorporated in their CRISPR locus, bacteria that carry this system can rapidly recognize a phage genome and block its infection, analogous to an adaptive immune system. Spacers are archived and continue to be added upon phage infection, which makes the CRISPR locus highly dynamic. In bioinformatics analyses, spacers can be utilized to perform strain typing and to predict the bacterial hosts of phages. However, the few existing tools were developed before the metagenomics era and the massive discovery of new phage sequences. Thus, exploiting CRISPR loci for viral metagenomics projects requires repetitive, manual, and non-standardized work. The first two chapters of this thesis are dedicated to developing bioinformatics tools exploiting CRISPR loci. First, a software was developed to automatize the creation of figures representing CRISPR loci. CRISPRStudio offers versatility, is user-friendly and accelerates the figure production. Second, another software was created to predict the bacterial hosts of phages. It relies on a spacer database containing more than 11 million sequences and on a set of criteria inspired by CRISPR-Cas biology to select the most likely bacterial host for a phage genome. This tool improved the performances, the standardization, and the ease of use of host prediction approaches using CRISPR spacers. In the third chapter, the two tools were used to specifically study phage-bacteria interactions between Escherichia coli and its phages, present in the gut microbiota. CRISPR characterization allowed us to uncover the probable role of the CRISPR-Cas system in this species, being an anti-prophage mechanism. To my knowledge, this is the first study that identified a large proportion of spacer targets, by finding the origin of 60% of the protospacers.