Un empoisonnement naturel et à grande échelle, touche aujourd'hui les populations consommant les eaux des aquifères du delta du Bengale. Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre la mobilité de l'arsenic en décrivant les interactions entre les transformations minéralogiques et les processus microbiens sur le site d'étude de Chakdaha au Bengale Occidental (Inde). Les interactions entre les bactéries ferri-réductrices ou sulfato-réductrices avec une ferrihydrite dopée en As sont étudiées dans des expérimentations en réacteur et en colonne dans des conditions anoxiques. Le couplage des processus biotiques et abiotiques est pris en compte dans différents modèles numériques. Un premier modèle énergétique a été testé sur les expériences en réacteur et sur des données publiées avec des sédiments du Bengale. Ce modèle donne une explication du découplage observé entre la libération en solution du Fe(II) et de l'As(III). Les expériences en colonne ont permis ensuite de représenter une transition rédox possible avec la réduction d'oxydes de fer et la précipitation de sulfures de fer. Par ailleurs, des observations à Chakdaha ont révélé le rôle possible des carbonates dans les zones de fortes concentrations en As. L'ensemble des acquis expérimentaux et des observations de terrain ont permis de développer un modèle de transfert réactif 1D de l'As dans ces aquifères. Différents scénarios sur la séquence entre les accepteurs d'électrons ont été comparés aux données, en particulier le ratio solide Fe(II)/Fe. Les modèles de transport réactif couplés aux processus microbiens permettront à l'avenir une meilleure prédiction du transfert des polluants dans l'environnement.

Les bases fondamentales de la biologie suggèrent que tous les organismes actuels partagent un dernier ancêtre commun, le cenancêtre. Dès que la comparaison moléculaire des organismes des trois domaines du vivant (archées, bactéries et eucaryotes) est devenue possible, d'importants débats ont émergé sur l'habitat du cenancêtre, son rapprochement des origines de la vie, sa nature unique ou communautaire et ses relations avec les trois domaines du vivant. Cependant, jusqu'à il y a peu les informations disponibles sur les organismes modernes n'étaient pas suffisantes pour décrire précisément sa biologie. Notamment, la découverte chez les archées de membranes dont les composants principaux, les phospholipides, sont synthétisés par des mécanismes très différents de ceux des bactéries et les eucaryotes a conduit à proposer que chaque mécanisme de synthèse des phospholipides soit apparu indépendamment dans les lignées modernes. Dans ces hypothèses le cenancêtre aurait été dépourvu de phospholipides et, donc, de membranes. Cela met en cause la nature cellulaire du cenancêtre, qui semblait pourtant soutenue par d'autres indices indirects. Ces contradictions posent la question de l'existence de traces dans les organismes modernes d'une synthèse des phospholipides chez le cenancêtre. Dans cette thèse j'ai profité de l'explosion récente des données génomiques pour répondre à cette question. Il avait déjà montré que des membres de deux superfamilles protéiques universelles pouvaient avoir synthétisé de façon non spécifique chez le cenancêtre les énantiomères de glycérol phosphate servant d'ossature aux phospholipides. Les phospholipides archéens sont composés d'isoprénoïdes et les bactériens et eucaryotes d'acides gras. J'ai donc étudié l'évolution des voies de synthèse de ces molécules ainsi que celle de l'assemblage de tous les composants dans des phospholipides. Mes résultats montrent que la voie de synthèse des isoprénoïdes des eucaryotes et une voie hypothétique de synthèse des acides gras chez les archées avaient probablement des ancêtres moins spécifiques chez le cenancêtre. Une partie au moins de la machinerie d'assemblage des phospholipides semble aussi avoir été présente chez le cenancêtre.Ceci suggère que le cenancêtre avait probablement des mécanismes peu spécifiques de synthèse des phospholipides et que les différences entre les membranes actuelles sont dues à la spécialisation de la machinerie ancestrale dans chaque lignée. Mes observations soulignent aussi l'importance d'étudier le cenancêtre à partir des informations issues des organismes actuels pour éviter toute confusion avec les origines de la vie.

Chez l'Homme, les parois végétales contenues dans les fibres alimentaires sont dégradées puis fermentées par les bactéries fibrolytiques du côlon. Le xylane étant l'un des principaux polysaccharides constituant ces parois végétales, deux bactéries possédant de fortes activités xylanolytiques, Bacteroides xylanisolvens XB1AT et Roseburia intestinalis XB6B4, ont été caractérisées. Les activités xylanolytiques de ces espèces vis-à-vis de différents substrats riches en xylanes ont été analysées quantitativement et qualitativement. Ces deux espèces dégradent et fermentent très efficacement ces substrats, mais les colonisent différemment. L'équipement enzymatique de ces souches, comparé par zymogramme, révèle un grand nombre de xylanases dont la masse molaire varie de 37 kDa à 170 kDa. Les activités spécifiques des extraits protéiques des deux bactéries sont très élevées et sont majoritairement associées aux cellules. Les gènes codant pour les xylanases de ces deux espèces bactériennes et d'une troisième bactérie xylanolytique du côlon, Bacteroides sp. XB12B, ont été identifiés. Ils codent pour des xylanases appartenant aux familles 10 et 43 des glycosyl-hydrolases, et sont modulaires. Certaines xylanases ont aussi été identifiées par protéomique. Les conditions d'expression de certains de ces gènes ont été étudiées par PCR quantitative, et montrent une régulation par le xylane. Des regroupements de gènes pouvant être impliqués dans la dégradation des hémicelluloses ont été trouvés dans le génome de B. xylanisolvens XB1A. Enfin, une xylanase de 38 kDa, de la famille 10 des glycosyl hydrolases, produite par B. xylanisolvens XB1AT, a été caractérisée : le gène codant cette enzyme a été cloné et la xylanase, nommée Xyn10A, produite chez E. coli. Cette enzyme, qui pourrait être périplasmique chez B. xylanisolvens XB1AT, dégrade in vitro les xylanes et les xylooligosaccharides, mais aussi très faiblement la CMC. Ces travaux permettent de mieux comprendre les mécanismes de dégradation des xylanes par deux espèces appartenant aux genres majeurs du côlon humain Bacteroides et Roseburia, et représentent une avancée significative dans la connaissance de leurs rôles respectifs dans cet écosystème.

Les techniques d'analyses médicales nécessitent le développement, à faible coût, de capteurs chimiques fiables. Dans ce contexte, les transistors chimiques à effet de champ CHEMFETs offrent des solutions innovantes à condition d'optimiser l'interface entre microtechnologies et biotechnologies. Au cours de cette thèse, nous nous sommes attachés à développer des techniques permettant de coupler espèces biologiques et silicium. Deux approches ont été étudiées, toutes les deux basées sur l'utilisation des polymères. La première approche a été centrée sur le développement des techniques d'encapsulation et de création de micro-volumes. Pour cela, des micro-cuves d'analyse ont été réalisées d'abord en plexiglas® puis en PDMS. Après l'optimisation des caractéristiques géométriques, le suivi de lactivité bactérienne a été effectué grâce au suivi du pH de la solution à l'aide de pH-ISFETs. Nous avons ainsi démontré la possibilité de détecter l'activité bactérienne dans le cas de Lactobacillus Acidophilus et commencé à déterminer la « signature » biologique de cette bactérie. La deuxième approche a été consacrée à l'adaptation des CHEMFETs à la détection enzymatique. Pour cela, nous avons envisagé d'utiliser un polymère en tant que matrice de support d'un élément biologique. L'utilisation des techniques de photolithographie a ainsi permis la fabrication collective de couches enzymatiques en PVA en vue d'une détection biochimique. Après avoir appliqué le protocole de dépôt mis au point à l'uréase, nous avons caractérisé l'évolution de l'activité enzymatique des membranes ainsi réalisées. Ensuite, nous avons validé ce procédé par la fabrication de microcapteurs chimiques de type ENFET et nous avons détecté des taux d'urée par le suivi des variations du pH au sein de solutions de différentes concentrations.

Le travail décrit dans cette thèse a commencé à un moment où peu de données génétiques sur Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus (L. bulgaricus) étaient disponibles. Le séquençage du génome de la souche ATCC 11842, en collaboration avec le Génoscope, était en cours. La première partie de cette thèse décrit le travail effectué sur l'annotation et l'analyse du génome. Cette dernière suggère que L. bulgaricus est en voie de spécialisation à une niche écologique restreinte, le milieu lait. Elle révèle également que L. bulgaricus possède peu de systèmes de régulation et de résistance aux stress environnementaux. Ces résultats nous ont conduit à faire l'hypothèse que L. bulgaricus serait un bon modèle pour identifier les mécanismes essentiels pour l'adaptation à l'acidité (ATR). La deuxième partie de la thèse décrit les études menées sur l'ATR de L. bulgaricus par différentes approches complémentaires. Les résultats transcriptomiques mettent en évidence que l'expression de 20% des régulateurs ainsi que celle de 50% des transporteurs d'ions de L. bulgaricus est modifiée par l'ATR. En revanche, aucun des 5 facteurs s ni des 5 systèmes à deux composants du génome ne présente une expression variable. L'analyse protéomique par électrophorèse bidimensionnelle révèle 19 protéines dont l'abondance est affectée par l'ATR, parmi lesquelles les protéines chaperons et des protéines impliquées dans la biosynthèse des acides gras. L'ensemble des résultats suggère que l'ATR de L. bulgaricus fait intervenir de multiples régulateurs, des phénomènes d'atténuation de la transcription, et des régulations posttranscriptionnelles et post-traductionnelles. Ces résultats préliminaires nécessitent cependant des analyses complémentaires pour déterminer quelle partie des réponses visualisées est réellement à la base de la résistance accrue à l'acidité acquise après adaptation.

Les biofilms sont des communautés structurées de micro-organismes enrobées dans une matrice extracellulaire. Les biofilms sont impliqués dans la persistance de plusieurs maladies infectieuses et la matrice extracellulaire du biofilm protège les bactéries contre les cellules du système immunitaire de l'hôte, les antibiotiques et les désinfectants. Récemment notre laboratoire a démontré que le zinc inhibe la formation de biofilm chez Actinobacillus pleuropneumoniae, une bactérie pathogène du porc. Le but de cette étude est d'évaluer l'effet du zinc sur la croissance et la formation du biofilm chez différentes bactéries pathogènes du porc, telles que Bordetella bronchiseptica, Escherichia coli, Haemophilus parasuis, Salmonella, Staphylococcus aureus et Streptococcus suis. Les bactéries ont été cultivées dans des plaques de 96 puits sous condition optimale de formation de biofilm et les biofilms ont été colorés au cristal violet. La présence du biofilm a été confirmée par microscopie confocale à balayage laser à l’aide du marqueur fluorescent FilmTracerTM FM ® 1-43. À des concentrations micromolaires, le zinc inhibe faiblement la croissance bactérienne et bloque d'une manière dose-dépendante la formation de biofilm d’A. pleuropneumoniae, Salmonella Typhimurium et H. parasuis. De plus, la formation de biofilm de E. coli, S. aureus et S. suis a été faiblement inhibée par le zinc. Nos résultats indiquent que le zinc a un effet inhibiteur sur la formation de biofilm de la plupart des pathogènes bactériens d'origine porcine. Cependant, le mécanisme sous-jacent de l'activité anti-biofilm du zinc reste à être caractérisé. / Biofilms are structured communities of microorganisms enclosed in a self-produced extracellular matrix. Biofilms are responsible for the persistence of most infectious diseases, because the biofilm matrix acts as a form of protection for the bacteria against the host immune system, antibiotic and disinfectants. Recent work in our laboratory demonstrated that zinc could inhibit biofilm formation of Actinobacillus pleuropneumoniae, a swine pathogen. The aim of this study was to evaluate the effect of zinc on growth and biofilm formation of other bacterial swine pathogens, such as Bordetella bronchiseptica, Escherichia coli, Haemophilus parasuis, Salmonella, Staphylococcus aureus, and Streptococcus suis. Bacteria were grown on 96-well plates under optimal biofilm forming conditions and the biofilms were stained with crystal violet. The presence of biofilms was confirmed by confocal laser scanning microscopy with FilmTracerTM FM® 1-43. At micromolar concentrations, zinc weakly inhibited bacterial growth and effectively blocked biofilm-formation by A. pleuropneumoniae, Salmonella Typhimurium, and H. parasuis in a dose-dependent manner. Additionally, biofilm formation of E. coli, S. aureus and S. suis was slightly inhibited by zinc. Our results indicate that zinc has an inhibitory effect on biofilm formation of most bacteria of porcine origin. However, the mechanism behind the antibiofilm activity of zinc has yet to be characterized.

Les microorganismes anaérobies représentent la population majoritaire de notre tube digestif et ont un impact remarquable sur notre santé. Leur culture demeure à ce jour longue, fastidieuse et coûteuse et nombreux sont ceux qui restent incultivables. Or la culture est un outil indispensable pour l'étude du microbiote digestif. Ainsi, le laboratoire dans lequel ma thèse s’est déroulée a créé un nouveau concept de culture « Microbial Culturomics » qui a permis d’isoler 193 nouvelles espèces bactériennes anaérobies. Un travail sur l’utilisation des antioxydants pour permettre la culture aérobie des bactéries anaérobies a également été amorcé : une optimisation des techniques de culture prometteuse autour de laquelle mes travaux ont vu le jour. Notre premier projet a consisté à développer un dispositif de culture innovant permettant la culture des archaea méthanogènes en aérobiose et en absence de source externe de dihydrogène. Notre deuxième projet a consisté à élaborer un flacon d’hémoculture unique dans lequel la croissance de toutes les bactéries, aérobies et anaérobies, pouvaient être détectées. Notre troisième projet quant à lui repose sur la comparaison du mode de culture anaérobie et de celui en aérobie avec les antioxydants à travers l’exemple de trois souches bactériennes strictement anaérobies. L’utilisation des antioxydants pour faciliter la culture des microorganismes anaérobies a donc apporter des résultats très prometteurs qui pourrait être utilisés, après validation par des études multicentriques dans les laboratoires de microbiologie clinique et environnementaux. / Anaerobic microorganisms are characterized by their ability to grow and survive in the absence of oxygen. Indeed free oxygen molecules are not used for their metabolism and can be toxic to varying degrees, sometimes leading to cell death. Although it is known that these microorganisms are the predominant in our digestive microbiota and that they have a great impact on our health, their culture remain long, fastidious, costly, and in most cases impossible. Becteria culture is an indispensable tool for isolating strains, performing studies from living models, and identifying new ones. Thus, the laboratory in which my thesis tooks place created a new concept of culture "Microbial Culturomics" which made it possible to isolate 193 new anaerobic bacterial species. A work based on the use of antioxidants to enable the aerobic culture of anaerobic bacteria was also initiated: a promising optimization of the culture techniques from which my work was born. Our first project consisted in developing an innovative culture device allowing the cultivation of methanogenic archaea in aerobic and without an external source of dihydrogen. In our second project, we performed a single culture bottle in which the growth of all bacteria, aerobic and anaerobic, could be detected. Our third project was based on the comparison of anaerobic and aerobic culture with antioxidants through the example of three strictly anaerobic bacterial strains.Therefore the use of antioxidants enable to facilitate anaerobic bacteria cultivation. These results are very encouraging for clinical and environmental microbiology laboratories.

L’eau douce des rivières est indispensable à la vie sur terre, elle constitue un habitat pour la faune et la flore ainsi qu’une ressource majeure d’eau potabilisable pour l’être humain. A travers le monde, les eaux de rivières sont le milieu récepteur de nombreux déchets qui dégradent leur qualité. En particulier, les rivières traversant les villes réceptionnent les eaux usées domestiques et industrielles, introduisant de grandes quantités de matière organique et de nutriment dans l’écosystème. Ces perturbations anthropiques augmentent avec la démographie urbaine. Dans ce contexte de détérioration grandissante des rivières urbaines, les communautés microbiennes jouent un rôle clé. En effet, elles minéralisent la matière organique et les nutriments introduits en masse dans le milieu, réalisant ainsi une auto-épuration des eaux de rivières. La compréhension du fonctionnement de ces communautés est dès lors un atout précieux à la préservation de ces écosystèmes que constituent les rivières.En raison de la grande complexité des interactions se déroulant au sein des communautés bactériennes naturelles, nous avons décidé de travailler avec une communauté ‘modèle’ constituée de souches ‘typiques’ isolées en rivière.Dans la première partie du travail de thèse, la performance de la communauté modèle et de ses souches la composant a été analysée face à plus de 190 sources de carbone différentes à l’aide de microplaques Biolog Phenotype Microarray. Nos résultats suggéraient fortement des interactions se déroulant entre les espèces formant notre communauté modèle. En effet, cette dernière présentait des propriétés métaboliques qui n’étaient présentes chez aucune des souches individuelles la composant. Par la suite, la performance catabolique de la communauté modèle fut comparée avec celle de la communauté naturelle à la station d’échantillonnage (Lembeek, Belgique). La communauté modèle présentait un comportement relativement similaire à la communauté naturelle, ce qui nous assure d’une bonne représentativité à l’égard de la consommation de sources de carbone.Ensuite, afin d’appréhender la dynamique de la communauté au cours du temps, nous avons étudié son évolution dans deux milieux caractérisés par des concentrations en carbone très différentes. Sur une période de 27 jours, un suivi de la diversité bactérienne a été réalisé. Les résultats de cette étude ont révélés des successions bactériennes différentes dans les deux milieux au sein desquelles la croissance de certaines souches semblait être améliorée en communauté en comparaison aux monocultures, suggérant l’existence d’un consortium de souche interdépendante dans la communauté.Ce travail de thèse a permis une meilleure compréhension de la dynamique et du fonctionnement des communautés bactériennes de rivières, grâce à une approche de laboratoire simplifiée par des conditions contrôlées, en s’affranchissant des variations des paramètres physico-chimiques à l’exception de la quantité et de la qualité des sources de carbone. / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le but de ce travail a été d’étudier l’influence d’un certain nombre de composés actifs de nature différente sur les microorganismes commensaux de la peau humaine et des microorganismes proches en s’intéressant tout particulièrement à la formation de biofilms mono-espèces et binaires par ces microorganismes, afin d’étudier les mécanismes d’action de ces composés, et de chercher à définir la structure de la matrice de ces biofilms (travail réalisé sur la souche acnéique cutanée Cutibacterium acnes RT5) ; 1 ; Pour la première fois, il a été montré que l’antibiotique azithromycine dans les concentrations subunhibitrices stimule la croissance des biofilms de la souche saprophyte de P. chlororaphis 446, et que le système de détection du quorum sensing AHL-dépendant participe à ce processus. La stimulation de la croissance des biofilms par l’azithromycine s’expliquerait par la synthèse de polysaccharides de matrice, conduisant à une résistance accrue au choc thermique des biofilms. 2. L’effet inhibiteur de l’agent authelminthique niclosamide sur la croissance des cultures planctoniques et des biofilms de S. aureus, M luteus C01 et K. schroeteri H01 a été découvert. 3. Il a été montré que l’UTX ™ et le PS291 ® utilisés en cosmétique suppriment significativement la croissance des biofilms S. aureus MFP03 et de C. acnes, sans effet toxique. L’UTW déplace la balance des bactéries viables vers S. epidermidis MFP04 dans un biofilm binaire de S. aureus MFP03 et de S epidermidis MFP04. Dans les biofilms binaires de S. aureus MFP03 et de C. acnes RT5, les deux composés équilibrent la balance en faveur de C. acnes RT5. 4. Un effet des NUPs (ANF et CNP a été montré pour la première fois sur S. aureus, S epidermidis et C. acnes. Une dépendance vis-à-vis des conditions de culture de l’effet des NUPs sur la croissance des biofilms de ces microorganismes a été démontrée. 5. Une technique pour isoler la matrice des biofilms des bactéries à Gram positif a été développée. Il a été démontré que les composants dominants de la matrice des biofilms de C. acnes RT5 sont les polysaccharides. 6. Pour la première fois, une étude approfondie du protéome total de la matrice de C. acnes RT5 a été réalisée. La présence de plus de 400 protéines dans la matrice, la présence d’un grand nombre d’hydrolases, spécifiques de divers substrats, et d’autres enzymes qui fournissent un potentiel catalytique élevé à la matrice des biofilms de C. acnes RT5 ont été découverts. 7. L’analyse SERS de la biomasse et de la matrice des biofilms de C. acnes RT5 a été réalisée pour la première fois, le profil spectral des cellules et de la matrice de C. acnes RT5 ont été compilés, ce qui permettra de l’utiliser pour créer une base de données de spectres SERS. / Résumé en anglais non fourni.

Dans les sols, les champignons ectomycorhiziens (ECM) forment une symbiose très répandue avec les racines des arbres et contribuent ainsi à leur croissance et à leur santé. Des études antérieures ont montré que certaines bactéries pouvaient influencer positivement la symbiose entre les ECM et les arbres, appelées BAM pour Bactéries Auxiliaires de la Mycorhization. Les mécanismes de l’effet auxiliaire des BAM sont encore peu connus. En amont de cette thèse, il avait été montré in vitro que la BAM Pseudomonas fluorescens BBc6 formait des structures similaires à des biofilms sur les hyphes de l'ECM Laccaria bicolor. Dans ce contexte, afin d'enrichir les connaissances concernant les interactions entre les ECM et les BAM, cette thèse a porté sur l'interaction physique entre ces deux organismes. L'étude a en partie été réalisée via une méthode d'analyse par microscopie confocale, développée durant cette thèse. Les résultats obtenus ont montré que cette bactérie formait des biofilms localisés préférentiellement sur la région apicale des colonies de l'ECM ce qui pourrait indiquer une interaction trophique. L'existence d'une telle interaction a d'ailleurs par la suite été confirmée. Les résultats ont également montré que l'interaction physique entre Laccaria bicolor et BBc6 n'est pas spécifique puisque l'ensemble des treize autres souches bactériennes testées a formé des biofilms sur les hyphes de Laccaria bicolor. En revanche, BBc6 s'est montrée incapable de former des biofilms sur certains champignons appartenant aux Ascomycètes, suggérant des mécanismes d'inhibition. De plus, l'étude de la matrice des biofilms formés par BBc6 a révélé la présence de réseaux de filaments constitués d'ADN qui semblent structurer ces biofilms et qui ont aussi été observés chez l'ensemble des souches bactériennes testées. Ces résultats révèlent un rôle structural de la molécule d'ADN qui, bien qu'il semble répandu, n'a que peu été reporté jusqu'à présent. Enfin, il a été montré que des mutants de BBc6 qui ont perdu leur effet auxiliaire forment des biofilms différents de la souche sauvage sur une surface abiotique suggérant un lien potentiel entre l'effet auxiliaire et la formation de biofilms / In soil ecosystems, ectomycorrhizal fungi (ECM) form a widespread symbiosis with roots of trees, contributing to tree growth and health. It has been shown that some bacteria, called mycorrhization helper bacteria (MHB), stimulate mycorrhizal symbiosis. The mechanisms of this helper effect are poorly understood. Previous studies have shown that the MHB Pseudomonas fluorescens BBc6 formed biofilm-like structures around the hyphae of the ECM Laccaria bicolor during their in vitro interaction. In this context, in order to increase knowledge concerning MHB/ECM interactions, the work presented here focuses on the physical interaction between these two organisms. To this purpose, a method of analysis based on confocal microscopy was developed. The results showed that the bacteria formed biofilms preferentially localized on the apical region of the ECM colonies, which could indicate a trophic interaction. Such an interaction has been subsequently confirmed. The results also showed that the physical interaction between L. bicolor and BBc6 is not specific since all thirteen other bacterial strains tested formed biofilms on the hyphae of L. bicolor. On the other hand, BBc6 was unable to form biofilms on some fungi belonging to Ascomycetes, suggesting the existence of inhibition mechanisms. Moreover, the study of the BBc6 biofilm matrix revealed networks of DNA-containing filaments which seem to structure these biofilms and which have also been observed in all the bacterial strains tested. These results reveal a structural role of the DNA molecule, a role that has been rarely reported so far despite its probable high occurrence. Finally, it has been shown that BBc6 mutants having lost their helper effect presented a modified phenotype concerning their biofilm formation on abiotic surface, suggesting a potential link between the helper effect and the biofilms formation