Les bactéries magnétotactiques (MTB) appartiennent à différents phyla procaryotes et ont la capacité de synthétiser des magnetosomes (cristaux de magnétite entourés par une membrane). Durant la thèse, nous avons procédé à l’analyse génomique de 2 bactéries magnétotactiques: Magnetospira sp. QH-2 et Magnetococcus MO-1. La synthénie et la correlation génique des gènes impliqués dans la formation des magnétosomes montrent que l'insertion de cet îlot chez QH-2 a eu lieu après la divergence entre les Magnetospirillum sp et Magnetospira sp. L'analyse comparative a mis en évidence trois groupes distincts de MTB : Groupe I, comprenant les souches Magnetospirillum spp. et Magnetospira; Groupe II avec MO-1 et M. marinus MC-1 et le Groupe III, avec D. magneticus RS-1. QH-2 montre aussi une évolution adaptative distincte par comparaison aux souches marines ou d'eau douce. L'analyse comparative des réseaux métaboliques révèle une très grande similitude intra-Groupe et une importante variabilité inter-Groupe. Cela est probablement dû aux enzymes impliqués dans les voies métaboliques anoxiques, qui représentent ainsi la contrainte à une distribution taxonomique large des MTB. Ces enzymes permettent ainsi de prédire le phénotype métabolique nécessaire à la production des magnétosomes. Différentes analyses (des protéines ribosomales au genome entier) indiquent une composition taxonomique chimérique des gènes de MO-1 et MC-1, et peut représenter une nouvelle lignée taxonomique chez les Protéobactéries. J’ai aussi participé à l'analyse des génomes de deux bactéries piezophiles, d’une bactérie photosynthétique pourpre et l’analyse phylogénomique des tyrosine-Kinases bactériennes. / Magnetotactic bacteria (MTB) are a diverse group of aquatic prokaryotes, which synthesize membrane-Enclosed magnetic crystals known as magnetosomes. In this thesis, the genome sequences of two marine MTB strains, Magnetospira sp. QH-2 and magneto-Ovoid strain MO-1 were analyzed. The magnetosome gene cluster synteny and mam gene correlation indicate that the insertion of the magnetosome island into QH-2 chromosome occurred after divergence between freshwater and marine magnetospirilla. Comparative genomic analysis revealed three distinct groups of sequenced MTB strains: Group I with Magnetospirillum spp. strains and Magnetospira strain, Group II with MO-1 strain and M. marinus MC-1, and Group III including Desulfovibrio magneticus RS-1. In addition, it shows an adaptive evolution of two marine MTB strains to marine sediments in comparison with closely related freshwater species. Moreover, comparative metabolic network analysis reveals high level of intra-Group similarity and inter-Group variety in MTB. With anoxic network enzymes, potential “MTB” strains are predicted, and are consistent with recently isolated MTB strains. It suggested that the anoxic metabolic network might be one restricted constraint for MTB distribution in bacterial lineages. Interestingly, analyses from ribosomal proteins to the whole MTB genome strongly support a taxonomic chimeric nature of MO-1 and MC-1 genes, and may represent a novel Proteobacteria lineage. Additionally, I also participate to genome analyses of piezophilic Desulfovibrio and Phaeospirillum molischianum strains as well as genome-Wide analysis of bacterial tyrosine kinases.

Le soufre existe dans l’hydrosphère dans des état d’oxydation allant des sulfates (+VI) aux sulfures (-II) et incluant de nombreuses espèces à des états d'oxydation intermédiaires, telles que le soufre élémentaire (0), les thiosulfates (-I, V) et les sulfites (IV). Ces espèces en particulier sont considérées comme des intermédiaires importants dans les réactions biologiques et abiotiques qui transforment (oxydent, réduisent ou dismutent) le soufre et sont fréquemment couplées aux cycles biogéochimiques du carbone, de l’azote, de l'oxygène et du fer.Les processus du cycle du soufre sont étudiés en mesurant les concentrations des différentes espèces contenant du soufre (analyse de spéciation) et en mesurant leur rapport isotopique respectif (analyse isotopique). Des difficultés analytiques sont fréquemment rencontrées, car les espèces soufrées, notamment celles de valence intermédiaire, sont présentes en faibles concentrations et sont difficiles à isoler. Ainsi, les rapports isotopiques des espèces de valence intermédiaire sont rarement déterminés. Les études des processus du cycle du soufre gagneraient grandement à l'amélioration des méthodes de mesure des rapports isotopiques des espèces de soufre inorganiques, en particulier des espèces intermédiaires les moins abondantes.Dans ce contexte, ce travail de thèse s’est consacré à l’élaboration de stratégies analytiques combinant spéciation et isotopie du soufre, afin de réaliser la mesure des rapports isotopiques du soufre de plusieurs espèces inorganiques présentes simultanément dans des échantillons liquides. Une méthode de spéciation permettant de quantifier les sulfites, les sulfates et les thiosulfates par chromatographie liquide couplée à un spectromètre de masse à plasma à couplage inductif haute résolution (LC-HR-ICP-MS) a tout d’abord été mise en place. Ensuite, une approche hors-ligne a été développée pour l’analyse isotopique des sulfures, des sulfates et des thiosulfates. Elle consiste en une préparation d’échantillon par précipitation séquentielle des espèces soufrées, suivie de leur analyse par analyseur élémentaire couplé à un spectromètre de masse à rapport isotopique (EA-IRMS). Cette méthode permet de déterminer les valeurs de δ34S des sulfures, des sulfates et des thiosulfates avec des incertitudes de mesure inférieures à 0,5 ‰ pour des échantillons d’eau contenant au moins 27 µg de soufre. Cette méthode a été appliquée à l’étude d’eaux de source et d’eaux d’un aquifère profond et au suivi du fractionnement isotopique du soufre dans une culture de bactéries sulfato-réductrices.Un couplage entre séparation anionique et détection par spectromètre de masse à plasma à couplage inductif multicollecteur (LC-MC-ICP-MS) a été mis au point pour la détermination en ligne des valeurs de δ34S des sulfites, des sulfates et des thiosulfates. Cette méthode nous a permis de déterminer δ34S des sulfites, des sulfates et des thiosulfates pour des échantillons d’eau contenant 1 µg de soufre par espèce avec des incertitudes de mesure inférieures à 0,6 ‰. / Sulfur is present in the hydrosphere at oxidation states ranging from sulfate (+VI) to sulfide (-II) and including many species at intermediate oxidation states, such as elemental sulfur (0), thiosulfate (-I, V) and sulfite (IV). These species in particular are considered as important intermediates in biological and abiotic reactions (oxidation, reduction or disproportionation) involving sulfur and are frequently coupled to the biogeochemical cycles of carbon, nitrogen, oxygen and iron.Sulfur cycle processes are studied by measuring the concentrations of different species containing sulfur (speciation analysis) and by measuring their respective isotope ratios (isotopic analysis). Analytical difficulties are frequently encountered because sulfur species, especially intermediate valence species, are present in low concentrations and are difficult to isolate. Thus, the isotope ratios of intermediate valence species are rarely determined. Methods for measuring isotope ratios of inorganic sulfur species, particularly the least abundant intermediate species, would be a great assistance in deciphering sulfur cycle processes.In this context, this thesis work was devoted to the development of analytical strategies combining speciation and isotopic analysis of sulfur, in order to measure sulfur isotope ratios of several inorganic species that can be simultaneously present in liquid samples. First, a speciation method for quantifying sulfite, sulfate and thiosulfate by liquid chromatography coupled to high-resolution inductively coupled plasma mass spectrometer (LC-HR-ICP-MS) was set up. Then, an off-line approach was developed for the isotopic analysis of sulfide, sulfate and thiosulfate. It consisted of a sample preparation by sequential precipitation of the sulfur species, followed by elemental analyzer coupled to isotope ratio mass spectrometer (EA-IRMS) analysis. This method made it possible to determine the δ34S values of sulfide, sulfate and thiosulfate with measurement uncertainties below 0.5 ‰ for water samples containing at least 27 µg of sulfur. This method has been applied to the study of spring waters and deep aquifer waters and the monitoring of isotopic fractionation of sulfur in a culture of sulfate-reducing bacteria.Moreover, an on-line analytical method coupling anionic separation and detection by multicollector inductively coupled plasma mass spectrometer (LC-MC-ICP-MS) has been developed for the determination of δ34S values of sulfite, sulfate and thiosulfate. This method allowed us to determine δ34S of sulfite, sulfate and thiosulfate for water samples containing as little as 1 µg of sulfur per species with measurement uncertainties below 0.6 ‰.

Au sein du clade Splendidus, Vibrio tasmaniensis et Vibrio crassostreae sont deux populations de vibrios virulentes pour l’huître qui ont été associées au syndrome de mortalité des huîtres juvéniles. Nous nous sommes intéressés à la diversité des mécanismes d'interaction entre ces vibrios et leur hôte, l'huître creuse Crassostrea gigas. Dans un premier temps, nous avons précisé le processus de pathogénèse de la souche V. tasmaniensis LGP32 et montré qu’elle possédait une activité cytotoxique sur les cellules immunitaires de l’huître, les hémocytes, qui dépendait de sa phagocytose. Le transcriptome intracellulaire de LGP32 a révélé le rôle important des systèmes antioxydants et de l’efflux du cuivre dans la survie du vibrio à l’intérieur du phagosome. D’un point de vue fonctionnel, nous avons montré que ces mécanismes jouaient un rôle important au cours de la pathogénèse in vivo. Dans un second temps, nous avons réalisé une étude comparative des interactions entre des souches représentatives des deux populations V. tasmaniensis et V. crassostreae et l’huître. Nous avons montré que les souches virulentes des deux populations étaient cytotoxiques pour les hémocytes mais que cette cytotoxicité était indépendante de la phagocytose chez les V. crassostreae, à l’inverse des V. tasmaniensis. Le transcriptome des huîtres a montré que les souches virulentes des deux populations réprimaient l’expression de gènes impliqués dans la réponse antibactérienne. Des réponses spécifiques à chaque souche virulente ont également été identifiées, révélant la diversité des interactions. In vivo, les souches virulentes se sont montrées capables de coloniser les tissus de l'huitre, contrairement aux souches non virulentes contrôlées par les hémocytes. L’ensemble de nos travaux montre que, bien qu’il existe un degré de diversité et de spécificité des interactions entre différents vibrios du clade Splendidus et l’huître, les deux populations virulentes sont cytotoxiques pour les cellules immunitaires, et ce processus est essentiel pour leur succès infectieux. Ainsi, la capacité de dépasser les défenses hémocytaires est un phénotype conservé entre les populations virulentes du clade Splendidus. Les processus évolutifs ayant conduits à l’émergence de ces traits de virulence communs entre populations de vibrios pathogènes différentes méritent d’être explorer. / In the Splendidus clade, Vibrio tasmaniensis and Vibrio crassostreae are two populations of virulent vibrio for oysters that are associated to "juvenile oyster mortality syndrome". Here we were interested in the diversity of interaction mechanisms between the vibrios and their host, the oyster Crassostrea gigas. First, we investigated the pathogenesis process of the strain V. tasmaniensis LGP32 and showed that it exerts a cytotoxic activity against oyster immune cells, the hemocytes, which depend on its entry into the cells through phagocytosis. Transcriptomic analysis of LGP32 response during intracellular stage revealed a crucial role for antioxydant systems and copper efflux in intraphagosomal survival of the bacteria. From a functional point of view, we showed that this virulence mechanisms of LPG32 play a major role in pathogenesis in vivo. Second, we realized a comparative study of the interaction mechanisms between representative strains of the two populations V. tasmaniensis and V. crassostreae with the oyster. Virulent strains from both populations were cytotoxic for hemocytes but this cytotoxicity was independant of phagocytosis in the case of V. crassostreae, in contrary to V. tasmaniensis. Transcriptomic analysis of the oyster responses during infection showed that virulent strains of both populations repressed the expression of genes involved in antibacterial responses. However, some pecific responses were also identified for each virulent strain, highlighting some diversity of interactions. In vivo, virulent strains were able to colonize oyster tissues, in contrary to non-virulent strains, which were controlled by hemocytes. Our work show, although a certain degree of diversity and specificity exist in the interactions between different vibrios of the Splendidus clade and oysters, both virulent populations are cytotoxic for immune cells, and this process is essential for their infectious success. Thus, the capacity to overcome the hemocyte defenses is a conserved phenotype between distinct virulent populations of vibrios from the Splendidus clade. Hence, it would be of particular interest to determine the evolutionary processes that drove the emergence of common virulence traits in distinct populations of pathogens.

La miniaturisation des systèmes de piégeage optique permet la manipulation et l’analyse d’objets de taille nano et micrométrique. Ces objets peuvent être inertes (billes de silice ou de polystyrène, nanotubes de carbones) ou biologiques (virus, bactéries, cellules). Les dispositifs de piégeage intégrés sur puces présentent l’avantage de manipuler des objets uniques de manière réversible et à très faible puissance. Cela en fait des systèmes très adaptés à l’étude des objets biologiques, souvent plus fragiles et traditionnellement étudiés à l’échelle de la population dans les méthodes de microbiologie. Ces travaux de thèse portent sur l’étude de différentes bactéries piégées sur cristaux photoniques 1D et 2D. Nous y démontrons tout d’abord le piégeage de sept espèces bactériennes : E. coli, B. subtilis, S. epidermidis, Y. ruckeri, N. sicca, P. putida et L. innocua. . Nous y décrivons les méthodes de caractérisation spatiale et temporelle développées pour extraire de l’information de ce piégeage sur la taille, la forme, le déplacement et la structure membranaire des bactéries. Un dispositif de piégeage à deux lasers a également été implémenté pour permettre l’analyse fine de l’état d’une bactérie E. coli soumise à un stress thermique. Ces résultats s’inscrivent dans une problématique de diagnostic bactérien, très sensible depuis quelques années avec l’augmentation de la résistance des bactéries aux antibiotiques. Si aucun changement n’intervient, il est prédit que les infections bactériennes constitueront la première cause de mortalité des pays développés d’ici 2050. Il est donc nécessaire d’élaborer de nouveaux outils de diagnostic plus rapides et plus accessibles afin de limiter la distribution abusive d’antibiotiques qui entraine ce phénomène de résistance Nous proposons également en dernière partie de ce manuscrit des solutions pour intégrer notre dispositif de piégeage en vue d’ouvrir la voie à de nouvelles applications dans des environnements pathogènes. / The miniaturisation of optical trapping systems allows the manipulation and analysis of nano and micron sized objects. These objects can be inert (silica or polystyrene beads, carbon nanotubes) or biological (viruses, bacteria, cells). Integrated trapping devices on chips have the advantage of handling single objects reversibly and at very low power. This makes them very suitable for the study of biological objects, often more fragile and traditionally studied at the population level in microbiology methods. This work deals with the study of different bacteria trapped on 1D and 2D photonic crystals. We first demonstrate the trapping of seven bacterial species: E. coli, B. subtilis, S. epidermidis, Y. ruckeri, N. sicca, P. putida and L. innocua. . We describe a spatial and temporal characterisation methods developed to extract information from this trapping on the size, shape, motility and membrane structure of bacteria. A trapping device with two lasers has also been implemented to allow the fine analysis of the state of an E. coli bacterium subjected to heat stress. These results falls within the issue of bacterial diagnosis, very sensitive in recent years with the increase of the resistance of bacteria to antibiotics. If no change occurs, it is predicted that bacterial infections will be the main cause of death in developed countries by 2050. It is therefore necessary to develop new, faster and more accessible diagnostic tools to limit the large distribution of antibiotics leading to this phenomenon of antibioresistance. We also propose in the last part of this manuscript solutions to integrate our trapping device in order to pave the way for new applications in pathogenic environments.

Les endospores bactériennes sont l’une des formes les plus résistantes du vivant. Leur capacité à survivre aux traitements de décontamination et leur potentielle pathogénicité pose de réels problèmes aux industriels de l’agroalimentaire. L’usage de conservateurs ou de traitements thermiques reste aujourd’hui la seule solution pour empêcher leur développement dans les aliments. Cependant, les impacts négatifs de ces deux procédés sur les qualités nutritionnelles et la santé du consommateur poussent les industriels à se tourner vers des méthodes de décontamination alternatives.Le procédé de traitement par hautes pressions hydrostatiques (HP) est l’un des nouveaux procédés de décontamination athermique le plus rependu pour la pasteurisation des aliments. Cependant, ce procédé n’a que très peu d’effet sur les endospores et doit donc être combiné avec d’autres méthodes de décontamination. L’objectif de cette thèse a été d’évaluer le potentiel de la combinaison du traitement HP avec la biopréservation pour inactiver des spores thermorésistantes et pathogènes. Cette méthode de décontamination douce met en œuvre des bactéries lactiques protectrices ou les molécules antimicrobiennes qu’elles produisent, telles que la nisine. Des méthodes d’investigations globales telles que la microspectroscopie, la spectroscopie infrarouge et le dichroïsme circulaire, il a été démontré que les HP avaient un effet non négligeable sur l’effet antimicrobien de la nisine. En affectant les structures secondaires de cette protéine, la pression induit une diminution non négligeable de son action antimicrobienne. Cependant, présente dans le milieu de recouvrement de spores traitées en pression, la nisine peut induire une inactivation conséquente (>7 log) d’une population de spores thermophiles et pathogènes. Cette sensibilisation des spores à a nisine par les HP est due l’initiation des toutes premières phases de la germination des spores induites par la pression, non détectées par des méthodes d’analyses classiques. Ces résultats apportent ainsi de nouvelles données pour la compréhension de l’effet des HP sur les spores. Ils permettent aussi d’envisager l’utilisation conjointe des HP et de la nisine à l’échelle industrielle. / Bacterial endospores are one of the most resistant life form on earth. Their capacity to survive to decontamination processes and their potential pathogenicity represent a real problem for the food industry. Currently, the only way to prevent their development in foods is the application of thermal treatments or the use of preservatives. However, these two methods have negative impacts on the nutritional properties of foods and on the consumers’ health. High hydrostatic pressure (HP) is a non-thermal process widely used for commercial pasteurization of foods. However, this process has a very low effect on spores and has therefore to be combined with other decontamination processes to enhance its effectiveness. The objective of this work was to evaluate the potential of the use of biopreservation as an additional hurdle for the inactivation of thermoresistant and pathogenic foodborne spores by HP. Biopreservation is a gentle decontamination process involving protective culture or the antimicrobial agents they produce, like nisin. Thanks to global investigation methods such as microspectroscopy, infrared spectroscopy or circular dichroism, this study showed that HP treatment could affect the antimicrobial properties of nisin. By affecting the secondary structures of this protein, HP can induce a drastic drop in its antimicrobial activity. However when added in the recovery medium of HP-treated spores, nisin can induce their synergistic inactivation (> 7log). This HP-sensitization of spore to nisin is due to the induction of the very first steps of the germination process, usually not detected by the current methods of germination analysis. These results bring knew knowledges about the underlying mechanisms of spores germination under HP and gives new perspectives for the combined used of HP and nisin at the industrial scale.

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. / The main bases of Biology suggest that all extant organisms share a last common ancestor, namely the cenancestor. As soon as the comparison of molecular characters of organisms representative of the whole diversity of life became possible, hot debates emerged about the environmental conditions in which the cenancestor lived, its closeness to the origins of life, its single or community nature and its relationships with the three domains of life (Archaea, Bacteria and Eucarya). However, available information about current organisms was for a long time inadequate to precisely describe the biology of this organism. For instance, the observation that the main archaeal membrane components, called phospholipids, are synthesized by different means than their bacterial/eukaryotic counterparts was proposed to reveal that modern phospholipid biosynthesis pathways emerged late in independent lineages and were, therefore, absent in the cenancestor. This hypothesis argued that the cenancestor had no lipid membranes, so it could not be a cellular organism although other indirect clues indicated the opposite. These contradictions raise the question of the presence in modern organisms of traces that the cenancestor had a phospholipid biosynthesis machinery.In this dissertation, I took advantage from the recent accumulation of genomic data to address this issue. Previous work had shown that the members of two universal protein superfamilies could be present in the cenancestor to carry out the non-specific synthesis of the glycerol phosphate enantiomers that are the backbones of modern phospholipids. Bacterial and eukaryotic phospholipids use fatty acids whereas archaeal phospholipids are made up of isoprenoids. Thus, I studied the evolution of the metabolic pathways that synthesize these molecules and build up the phospholipids from their components. My results show that the eukaryotic isoprenoid biosynthesis pathway and a hypothetical archaeal fatty acid biosynthesis pathway are likely to have had less specific ancestors in the cenancestor. In addition, the phospholipid assembly machinery was also probably present in the cenancestor.These results suggest that the cenancestor was likely able to enzymatically synthesize its phospholipids by means less specific than modern ones. Dissimilarities in modern membrane phospholipids would result from the specialization of each biosynthesis system in each lineage. My work also stresses the fact that the cenancestor should be described on the basis of the comparison of modern organisms to avoid frequent confusions between the cenancestor and the origins of life.

Les Bactéries sulfato-réductrices (BSR) représentent un groupe fonctionnel majeur dans les habitats aquatiques en intervenant dans les processus de minéralisation de la matière organique. En plus de leur implication dans le cycle du carbone et du soufre, les BSR sont considérées comme les principaux producteurs de méthylmercure en milieu côtier, un composé neurotoxique extrêmement bioaccumulable dans les réseaux trophiques. Dans ce contexte, la diversité des BSR dans les sédiments et le panache de l'estuaire de l’Adour (France) a été évaluée par une approche polyphasique incluant le clonage des gènes dsrAB et une méthode de culture haut-débit en microplaques 384 puits. Ces deux techniques ont fourni des données très complémentaires et donc, une meilleure représentation de la diversité sulfato-réductrice réellement présente dans l’estuaire. La réduction des volumes de culture à raison de 100 µL a permis d’améliorer significativement l’efficacité d’isolement des BSR. Près de 200 souches ont été isolées et identifiées à partir des sédiments et du panache de l’estuaire, et plusieurs d'entre elles ont constitué de nouveaux taxons cultivés. En parallèle, un biosenseur luminescent sensible spécifiquement au méthylmercure a été appliqué pour l’étude de la méthylation du mercure par les BSR. Cet outil simple et rapide constitue une bonne alternative aux méthodes de détection chimique traditionnellement utilisées pour évaluer les potentiels de méthylation du mercure des micro-organismes. L’analyse de la production de méthylmercure chez 21 BSR affiliées à la famille des Desulfobulbaceae a permis d’identifier des souches méthylantes, dont certaines ont été identifiées comme abondantes dans les sédiments de l’estuaire. À long terme, l’utilisation du biosenseur pour l’analyse des capacités de méthylation du mercure chez les BSR ou d’autres groupes fonctionnels permettra de mieux connaître la distribution phylogénétique des micro-organismes méthylants et d'appréhender le déterminisme génétique de ces transformations. / Sulfate-Reducing Bacteria (SRB) represent a significant part of the standing microbial communities living in coastal sediments. This functional group is involved in the decomposition and the mineralization of organic matter as well as in the sulfur cycle. In addition, production of methylmercury was shown to be mainly driven by SRB in aquatic ecosystems. Environmental methylation of inorganic mercury constitutes a human health issue due to its neurotoxic effect and its biomagnification in aquatic food webs. In this context, sulfate-reducing diversity was evaluated in anoxic sediments, as well as in the water plume of the Adour estuary. SRB were characterized through a polyphasic approach including dsrAB genes analysis and high throughput isolations in 384-well microplates. As a result, the microplate approach contributed to assess a significant part of the sulfate-reducing community and provided complementary results to the molecular approach. High-throughput SRB isolation permitted a rapid access to numerous but also original strains and around 200 SRB were isolated and identified from the estuarine sediments and the estuarine plume. Beside, the mercury methylation potentials of 21 sulfate reducing strains were determined using a bacterial sensor. All strains were related to the Desulfobulbaceae family and the capacity to produce methylmercury varied a lot. This work permit to identify some methylating strains identified as abundant in the Adour estuarine sediments. On the long view, the use of the biosensor to assess the mercury methylation potential will offer a better knowledge on the distribution of methylating bacteria among the SRB and other functional groups and could help to identify the molecular determinism beside these transformations.

Dans un contexte mondial de prolifération de pathogènes résistants aux antibiotiques, il y a un réel besoin de nouvelles techniques de diagnostic microbiologique rapides et fiables. Ce travail de thèse vise à apporter une meilleure compréhension de la technique d’identification microbienne par diffusion élastique (ELS pour Elastic Light Scattering). Cette méthode phénotypique utilise la diffraction d’un faisceau de lumière cohérente sur une colonie microbienne directement sur son milieu de culture. L’image de diffraction alors obtenue est considérée comme la signature phénotypique du microorganisme étudié. Cette image est ensuite transformée au moyen de descripteurs mathématiques afin de la comparer à une base de données pré-calculée au moyen d’algorithmes d’apprentissage automatiques. Dans un premier temps, l’architecture optique de l’instrument a été modifiée afin de le rendre compatible avec les milieux de culture opaque très répandus en diagnostic clinique. Deux approches ont ensuite été proposées afin de modéliser l’interaction lumière/colonie microbienne. Une première approche d’optique géométrique par lancer de rayons nous a permis d’apprécier les besoins en termes d’ouverture numérique pour l’acquisition des images de diffraction selon le profil morphologique des colonies. La seconde approche basée sur la théorie scalaire de la diffraction a permis de mettre en évidence l’importance de la répartition de la biomasse à l’intérieur de colonies. En effet, les macrostructures résultantes de l’empilement des cellules microbiennes jouent un rôle majeur dans la formation des images de diffraction. Dans un second temps, une procédure systématique d’amélioration des performances de classification a été proposée. Elle combine une description plus fidèle des images de diffraction via la projection sur une base de Fourier-Bessel, une optimisation par recherche de grille sur les paramètres de l’algorithme d’apprentissage automatique supervisé et enfin l’application d’une méthode de réduction de dimensionnalité. Grâce à cela nous pouvons par exemple proposer un test Gram+/Gram-/Levures avec un taux de discrimination de plus de 98% sur une base de 15 espèces. Enfin, l’utilisation de l’illumination cohérente a également été étendue à la lecture d’antibiogrammes par analyse dynamique de speckle. / The current health situation across the world is of great concern. There is an urgent need for novel and innovative diagnostic methods that would speed up accurate treatments decisions and be of significant utility for public health in the fight against antibiotic resistance.This Ph. D. work aims to better understand the Elastic Light Scattering (ELS) method for microbial identification. This phenotypic technique is based on the elastic scattering of a coherent light beam by a microorganism colony growing on its culture plate. The resulting scattering pattern can be considered as the phenotypic signature of the microorganism. Then this image is translated using mathematical descriptors so that it can be compared to a database previously obtained using learning algorithms.Part of this work was dedicated to the improvement of the optical design so that the instrument can handle opaque culture media widely used in clinical diagnosis. Then two approaches were proposed to model the interaction between light and bacterial colonies. A first geometrical approach could help us, using ray tracing algorithms, to estimate the numerical aperture needed for the acquisition depending on the colonies morphologies. The second approach, based on scalar diffraction theory, highlighted the importance of the biomass distribution inside the colonies. Macro-structures resulting from cells arrangement play a great role in the scattering patterns formation indeed. In addition, the features extraction step from images using a Bessel-Fourier basis significantly improved the description accuracy. A systematic approach comprising the optimization of the learning algorithm and a dimensionality reduction technique was proposed. Great improvements of classification rates were achieved. Among them: a Gram+/Gram-/Yeasts discrimination at 98.1% was obtained over 15 species. Finally the use of coherent lighting for the reading of antibiotics susceptibility test by means of dynamic speckle analysis was introduced and showed promising results.

Les biofilms en industries agroalimentaires (IAA) représentent un problème récurrent aux conséquences économiques et de sécurité sanitaire. Le développement de surfaces photoactives aux propriétés antibactériennes pourrait faciliter leur élimination. Une solution serait de déposer une couche mince de dioxyde de titane (TiO2) sur des matériaux rencontrés dans les IAA. Les objectifs de cette thèse ont donc été d’optimiser des couches minces de TiO2 aux propriétés antibactériennes et d’étudier les mécanismes impliqués dans la photocatalyse. Les dépôts sont réalisés par pulvérisation cathodique radiofréquence dans différentes conditions (température, PO2, durée), d’abord sur substrat de verre puis sur acier inoxydable 316La caractérisation des couches minces par microscopie à balayage, diffraction des rayons X, a montré des différences dues au changement de substrat. Les différentes optimisations ont conduit à l’obtention de couches minces possédant une activité photocatalytique et des propriétés antibactériennes sur des souches représentatives de la flore retrouvée dans les IAA de la filière « viande » : L. monocytogenes, Y. enterocolitica et P. fragi. Des diminutions de la population bactérienne entre 1,5Log et 3Log ont été observées. La production d’espèces réactives de l’oxygène (H2O2, ¿OH, O2-¿) a été étudiée par des méthodes spectrocolorimétriques. L’H2O2 à la surface de la couche mince serait converti en ¿OH. L’étude des mécanismes de réponse de L. monocytogenes face à la photocatalyse des couches minces a été initiée par une approche transcriptomique, en suivant l’exp / Biofilms in food industries represent a recurrent problem with economic and health safety implications. The development of photoactive surfaces with antibacterial properties could facilitate their elimination. One solution would be to deposit a thin layer of titanium dioxide (TiO2) on conventional materials used in food plants. The objectives of this thesis were the optimization of thin films of TiO2 with antibacterial properties and to study the mechanisms involved in photocatalysis. Deposits were made by radio-frequency sputtering under different conditions (temperature, oxygen partial pressure, duration), first on a glass substrate and then on 316 stainless steel. Characterization of thin layers by scanning microscopy, diffraction of X-ray, showed differences due to substrate changeTiO2 thin layers obtained either on glass or stainless steel showed photocatalytic and antibacterial properties on representative strains of the flora found in the meat industry: Listeria monocytogenes, Yersinia enterocolitica and Pseudomonas fragi. Decreases in the bacterial population between 1.5Log and 3Log were observed. The production of reactive oxygen species (ROS) was studied by spectrocolorimetric methods. It seems that H2O2 on the surface is converted in another ROS, ¿OH. Finally, the study of the bacterial response mechanisms to photocatalysis, especially for L. monocytogenes, was initiated by a transcriptomic approach by following the expression of genes involved in the response to oxidative stress. However, the method used requires an optimization in order to be used for the bac

Il est maintenant bien établi que le microbiote du tractus digestif humain joue un rôle important dans la santé humaine. Pourtant, nous commençons à peine à comprendre les mécanismes moléculaires par lesquels les bactéries agissent sur les cellules hôtes, des connaissances qui pourraient fournir des nouvelles orientations dans le traitement et la prévention de maladies. Cette dernière décennie a vu un développement rapide des études du microbiote intestinal, et à présent des quantités importantes de données métagénomiques ainsi que des centaines de séquences génomiques de bactéries commensales sont disponibles. Ensemble, ces données fournissent une plateforme pour des approches in silico pour l'identification de molécules bactériennes impliquées dans la communication moléculaire avec l'hôte. Le défi consiste à développer des stratégies efficaces d'exploration de données et de validation, permettant de passer de corrélations et prédictions à des interactions bactérie - hôte fonctionnelles, validées expérimentalement. Le travail présenté dans cette thèse vise à démontrer l'importance d'analyses in silico afin d'élargir nos connaissances sur les interactions bactéries - hôtes. Il montre également comment cette information peut être appliquée dans des études fonctionnelles visant à identifier des molécules effectrices bactériennes fonctionnelles. Les principaux résultats peuvent être divisés en trois parties. La première partie traite de l'élaboration et de la validation d'un système hôte - vecteur pour des études de (méta)génomique fonctionnelle. La deuxième partie décrit une étude fonctionnelle où un certain nombre d'effecteurs candidats ont été identifiés parmi les protéines sécrétées et de surface de bactéries à Gram positif par une approche d'exploration in silico. Il décrit également l'application du nouveau système hôte - vecteur pour l'évaluation du rôle de ces candidats dans l'immuno-modulation. Enfin, dans la troisième partie, nous présentons une étude in silico qui a permis l'identification de fonctions bactériennes sur- ou sous-représentées dans une sélection de bactéries à Gram positif du tractus digestif humain. / It is now well established that the human gastrointestinal tract microbiota plays an intricate role in human health. However, we are only beginning to understand the molecular mechanisms by which bacteria act on the host cells, knowledge that could provide new directions in treating and preventing disease. The last decade has seen a rapid development of the gut microbiota field, and presently abundant metagenome data and hundreds of genome sequences of individual commensal bacteria are available. Together, these data provide a platform for in silico mining approaches to identify bacterial molecules involved in communication with the host. The challenge is to develop efficient mining and validation strategies, in order to move from correlations and predictions to experimentally validated functional bacteria – host relationships. The work presented in this thesis aims to demonstrate the importance of in silico analyses to broaden our knowledge on bacteria - host interactions. It also shows how this information can be applied in functional studies aiming to identify functional bacterial effector molecules. The main results can be divided in three parts. The first part deals with the development and validation of a host - vector system for functional (meta)genomics studies. The second part describes a functional study where a number of candidate effectors were identified among secreted and surface-exposed proteins from Gram-positive bacteria using an in silico mining approach. It also describes the application of the newly developed host - vector system to evaluate the role of these candidates in immune modulation. Finally, in the third part we present an in silico study that identified new bacterial functions over- or under-represented in a selection of Gram-positive human gut bacteria.