Depuis l’apparition de la vie sur terre, les pressions de sélection liées aux interactions biotiques et abiotiques ont généré une forte diversité des formes de vie. Ainsi, chaque espèce eucaryote coévolue avec sa communauté microbienne associée. Dans le cas des plantes, la diversité génétique se traduit au niveau de multiples traits phénotypiques (exsudation de substrats carbonés, architecture racinaire, densité et aération du sol, acidification, etc.) susceptibles d’influer sur les interactions avec les populations microbiennes du sol, et donc sur la composition et le fonctionnement de la communauté microbienne rhizosphérique. Notre hypothèse est que les différences entre communautés bactériennes rhizosphériques sont proportionnelles aux distances évolutives entre partenaires végétaux. L’objectif de cette thèse était donc de déterminer l’importance, dans le cas des Poacées et notamment du maïs, de l’histoire évolutive de la plante dans la capacité de sélection des communautés bactériennes de la rhizosphère. Les analyses faites à l’aide d’une puce à ADN taxonomique 16S indiquent que la composition de la communauté rhizobactérienne dépend du groupe génétique de maïs mais n’est pas liée aux marqueurs microsatellites de diversité du maïs. Par contre, à l’échelle des Poacées, une corrélation a été trouvée entre la phylogénie végétale et la composition de la communauté bactérienne (voire la prévalence de taxons bactériens particuliers). Cette corrélation n’était pas significative quand l’étude était limitée à l’effectif, le niveau de transcription de nifH ou la diversité du groupe fonctionnel des bactéries fixatrices d’azote. En conclusion, l’histoire évolutive du partenaire végétal à l’échelle des Poacées (mais pas à celle du maïs) est un facteur conditionnant les interactions avec les groupes bactériens taxonomiques (mais pas nécessairement fonctionnels) de la rhizosphère / Since the emergence of life on earth, the selection pressures related to biotic and abiotic interactions generated a high diversity of life forms. Thus, each eukaryotic species co-evolved with its associated microbial community. In the case of plants, genetic diversity is reflected in many phenotypic traits (exudation of carbon substrates, root architecture, soil density, aeration, acidification, etc.), and may influence interactions with soil microbial populations and hence the composition and functioning of the rhizosphere microbial community. Our hypothesis is that the differences between rhizosphere bacterial communities are proportional to evolutionary distances between plants partners. The objective of this thesis was to determine the importance, in the case of Poaceae and in particular of maize, of the evolutionary history of plant in the selection of bacterial communities in the rhizosphere. Analyses performed using a 16S taxonomic microarray indicated that the composition of the rhizobacterial community depends on the genetic group of maize but is not linked to microsatellite diversity of maize. Conversely, across the Poaceae, a correlation was found between plant phylogeny and the composition of the bacterial community (and the prevalence of specific bacterial taxa). This correlation was not significant when the study was limited to the size, the level of transcription or nifH diversity of the functional group of nitrogen-fixing bacteria. In conclusion, the evolutionary history of the plant partner across the Poaceae (but not maize) is a factor conditioning interactions with bacterial taxonomic groups (but not necessarily functional groups) in the rhizosphere

Parmi les différents minéraux argileux, la sépiolite, qui est un silicate fibreux naturel, est un potentiel nano-transporteur prometteur pour le transfert non-viral de biomolécules. Il a en effet été montré que la sépiolite interagissait avec des molécules biologiques telles que les lipides, les polysaccharides et les protéines. Dans ce travail, nous démontrons que la sépiolite interagit également efficacement avec différents types de molécules d'ADN (génomique, plasmidique, oligonucléotides simple et double brin), et nous présentons la première étude détaillée sur les mécanismes d'interaction entre la sépiolite et l'ADN, ainsi qu’une caractérisation physico-chimique de bionanocomposites ADN-sepiolite. Une analyse spectroscopique a montré tout d’abord que l’interaction de l'ADN avec la sépiolite était plus forte en présence de polycations, la valence de ces derniers accroissant le rendement d’absorption, et deuxièmement, que l'ADN ainsi adsorbé pouvait être récupéré avec un rendement modulé par la présence d’EDTA, la structure de l'ADN et son activité biologique étant conservées. Par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) nous avons identifié les groupes silanol externes comme les principaux sites d'interaction avec l'ADN. Nous avons ensuite prouvé qu'il est possible d'utiliser la sépiolite pour extraire l'ADN de bactéries, pour la purification de l'ADN et pour la purification de toute contamination bactérienne. En combinant la microscopie à fluorescence, la microscopie électronique à transmission (MET), la vidéo-microscopie et l’analyse par cytométrie en flux (FACS), nous avons montré que la sépiolite peut être spontanément internalisée dans des cellules de mammifère par le biais de deux voies, l’endocytose et la macropinocytose. En tant que preuve de concept, nous montrons que la sépiolite est capable de transférer de manière stable l'ADN de plasmide dans des bactéries et des cellules de mammifères. Il a également été prouvé qu’en incubant des bactéries avec des bionanocomposites ADN-sepiolite, initialement préparés en présence d'une faible concentration en cations divalents et avec de la sépiolite traitée aux ultrasons (sSep), il était possible d'augmenter l'efficacité de la transformation bactérienne 20 à 30 fois par rapport aux méthodes basées sur l'«effet Yoshida». En outre, nous montrons que l'efficacité du transfert de gènes par la sépiolite peut être optimisée : l'utilisation de sSep et l'exposition à la chloroquine augmentent d’un facteur 100 et 2, respectivement, l’efficacité de transfection. Ces résultats ouvrent la voie à l'utilisation de bionanocomposites à base de sépiolite comme de nouveaux potentiels nano-transporteurs hybrides potentiels, à la fois pour la thérapie génique et le développement de nouveaux modèles biologiques en sciences fondamentales et appliquées. / Among the various clay minerals, sepiolite, which is a natural fibrous silicate, isa potential promising nanocarrier for the non-viral transfer of bio-molecules. Indeed,sepiolite has been shown to interact with biological molecules such as lipids,polysaccharides and proteins. Here, we show that sepiolite efficiently binds differenttypes of DNA molecules (genomic, plasmid, single strand and double strandoligonucleotides), introducing the first detailed study on the interaction mechanismsbetween sepiolite and DNA, as well as the physicochemical characterization of theresulting DNA-sepiolite bionanocomposites. The interaction mechanisms aresuggested to be electrostatic interactions, van der Waals forces, cation bridges, andhydrogen bonding. Spectroscopy analysis showed that the binding of DNA to sepiolitewas increased by polycations with valence dependent efficiency, and the DNApreviously adsorbed could be recovered with an efficiency that could be modulatedusing a chelating agent (EDTA), preserving the DNA structure and biological activity.Fourier-transform infrared spectroscopy identified the external silanol groups as themain sites of interaction with the DNA. It was proved that it is possible to use sepiolitefor extracting DNA from bacteria, for DNA purification and for purification from bacterialcontamination. By combining fluorescence microscopy, transmission electronmicroscopy (TEM), time-lapse video microscopy and flow cytometry analysis (FACS),we show that sepiolite can be spontaneously internalized into mammalian cells throughboth endocytic and non-endocytic pathways. As a proof of concept, we show thatsepiolite is able to stably transfer plasmid DNA into bacteria and mammalian cells. Itwas also proved that with the incubation of bacteria with the Sep/DNAbionanocomposite initially prepared in the presence of a low concentration of divalentcation, and using sonicated sepiolite (sSep), it is possible to increase the bacterialtransformation efficiency from 20 to 30-fold compared to previously reported methodswhich are based in the “Yoshida effect”. Additionally, we show that the efficiency ofsepiolite-mediated gene transfer can be optimized: the use of sSep and the exposureto the endosome disrupter chloroquine 100-fold and 2-fold stimulated DNA transfectionefficiency, respectively. These results open the way to the use of sepiolite-basedbionanocomposites as a novel class of hybrid nanocarriers for both potential genetherapy and the development of novel biological models of interest for academic andapplied sciences.

Dans les écosystèmes forestiers, la décomposition du bois est un processus majeur, notamment impliqué dans le cycle du carbone et des nutriments. Les champignons basidiomycètes saprotrophes, incluant les pourritures blanches, sont les principaux agents de cette décomposition dans les forêts tempérées. Bien que peu étudiées, des communautés bactériennes sont également présentes dans le bois en décomposition et cohabitent avec ces communautés fongiques. L'impact des interactions bactéries-champignons sur le fonctionnement d'une niche écologique a été décrit dans de nombreux environnements. Cependant, leur rôle dans le processus de décomposition du bois n'a été que très peu investigué. A partir d'expériences en microcosme et en utilisant une approche non cultivable, il a été démontré que la présence du champignon Phanerochaete chrysosporium influençait significativement la structure et la diversité des communautés bactériennes associées au processus de décomposition du hêtre (Fagus sylvatica). Par une approche cultivable, cet effet mycosphère a été confirmé, se traduisant par une augmentation de la densité des communautés bactériennes en présence du champignon ainsi que par une modification de la diversité fonctionnelle de ces communautés. Enfin, une approche polyphasique a été développée, combinant l'analyse des propriétés physico-chimiques du bois et des activités enzymatiques extracellulaires. Les résultats de cette expérience ont révélé que l'association de P. chrysosporium avec une communauté bactérienne issue de la mycosphère de ce dernier aboutissait à une dégradation plus importante du matériau bois par rapport à la dégradation par le champignon seul, démontrant pour la première fois des interactions bactéries-champignons synergiques dans le bois en décomposition / Wood decomposition is an important process in forest ecosystems in terms of their carbon and nutrient cycles. In temperate forests, saprotrophic basidiomycetes such as white-rot fungi are the main wood decomposers. While they have been less studied, bacterial communities also colonise decaying wood and coexist with these fungal communities. Although the impact of bacterial-fungal interactions on niche functioning has been highlighted in a wide range of environments, little is known about their role in wood decay. Based on microcosm experiments and using a culture-independent approach, we showed that the presence of the white-rot fungus Phanerochaete chrysosporium significantly modified the structure and diversity of the bacterial communities associated with the degradation of beech wood (Fagus sylvatica). Using a culture-dependent approach, it was confirmed that in the presence of the fungus the mycosphere effect resulted in increased bacterial abundance and modified the functional diversity of the fungal-associated bacterial communities. Lastly, a polyphasic approach simultaneously analysing wood physicochemical properties and extracellular enzyme activities was developed. This approach revealed that P. chrysosporium associated with a bacterial community isolated from its mycosphere was more efficient in degrading wood compared to the fungus on its own, highlighting for the first time synergistic bacterial-fungal interactions in decaying wood

La détection et l'identification de bactéries pathogènes revêt une grande importance dans de nombreux domaines tels que la santé et l’industrie agroalimentaire. Dans ce contexte, les travaux de thèse s’intéressent à détection non invasive de Salmonella via la fraction volatile de son métabolome dont les métabolites volatils caractéristiques sont le sulfure d’hydrogène et la cadavérine. Ils illustrent également le concept de substrats osmogènes libérant des mCOV exogènes sous l’action d’enzyme spécifique d’Escherichia coli. Un premier capteur colorimétrique capable de distinguer le sulfure d’hydrogène du méthanethiol a été préparé. Il s’agit d’une matrice de silicate nanoporeuse dopée avec les réactifs N,N-diméthyl-p-phénylènediamine et ions Fe3+. Une bonne stabilité de l’intermédiaire réactionnel issu de ces réactifs, la quinonediimine (QD), est obtenue pour une forte concentration d’acide chlorhydrique. La réaction entre QD et 1000 ppm de sulfure d’hydrogène et de méthanethiol entraîne l’apparition respective d’une coloration verte et rouge-marron du capteur. Le capteur fluorimétrique de cadavérine, basé sur la formation d’un complexe fluorescent entre le Naphthol AS-BI déméthylé (ArOH) et la cadavérine, permet de détecter 250 ppb de cadavérine. La preuve de concept de substrats osmogènes a été illustrée avec la détection de p-nitrophénol (pNP) et de β-naphthylamine (β-NA) libérés en présence d’enzymes de E. coli, β-D-glucuronidase et L-alanine- β-naphthylamidase. Les capteurs nanoporeux produits, de taille de pores contrôlée, peuvent détecter 100 ppm de pNP, composé coloré (jaune) et 100 ppm de β-NA, composé fluorescent, ou encore 100 ppm de β-NA par dérivation chimique de ce dernier avec le diméthyl-p-aminocinnamaldéhyde (formation d’un produit rouge). En milieu biologique, l’eau est un interférent majeur. / Microbial contamination of food and biological samples is a big issue in the industry as much as in the medical field. In that context, the present thesis brings innovative solutions. A first explored way is the identification of Salmonella by detecting and measuring the specific metabolomics volatile organic compounds (mVOC) released, H2S and cadaverine. Another new concept is the use of osmogenic substrates able to release mVOC under the action of specific enzyme of Escherichia coli.A first colorimetric sensor able to discriminate H2S from CH3SH was produced, using a nanoporous silicate matrix doped with N,N-dimethyl-p-phenylenediamine and Fe3+ ions. A very acidic medium is needed to stabilize the “key” intermediate of the reaction, the quinonediimine species (QD), which gives with H2S and CH3SH a green and red-brown product, respectively. The fluorimetric sensor of cadaverine is based on the formation of a fluorescent complex between AS-BI demethylated Naphthol and cadaverine and can detect 250 ppb of cadaverine. A proof of concept of osmogenic substrates is given with the detection of p-nitrophenol (pNP) et de β-naphthylamine (β-NA) released under the action of Escherichia coli enzymes, β-D-glucuronidase et L-alanine- β-naphthylamidase. Various nanoporous sensors are produced with tailored pore size, which can detect 100 ppm of the yellow pNP, 100 ppm of the fluorescent β-NA and 100 ppm of the red product issued from the derivation of β-NA with dimethyl-p-aminocinnamaldehyde. In biological media, water remains the major interfering agent.

Dans un contexte de destruction des zones humides à l’échelle mondiale, conséquence des activités d’origine anthropique, la restauration écologique de ces milieux et de leurs fonctions est devenue un enjeu écologique et sociétal. L’objectif de ce projet est de recréer des prairies humides à vocation agricole aux caractéristiques pédologiques et floristiques aussi proches que possible de celles des prairies totalement détruites par l’exploitation de matériaux alluvionnaires. L’étude présentée ici se focalise sur l’incidence des matériaux pédologiques utilisés pour la recréation de quatre sols sur les fonctions du sol et les cortèges floristiques associés. L’hypothèse principale est que la recréation d’un sol morphologiquement proche de celui détruit devrait permettre d’orienter la restauration écologique.L’hypothèse sous-jacente est qu’en utilisant différents matériaux pédologiques locaux, on hérite de leurs caractéristiques physico-chimiques et biologiques ce qui permettait de conserver les fonctions pédologiques qui leur sont associées et favorisait le retour d’un cortège floristique compatible avec un usage agricole. La première partie est consacrée à l’étude de deux fonctions remplies par les sols de zones humides à savoir le stockage du carbone organique et la dénitrification. Deux années et demi après la fin des travaux de comblement de ballastières, ces deux fonctions sont conservées au sein des quatre types de sols recréés. Les principaux résultats montrent un niveau d’efficience des matériaux pédologiques testés, fonction de leur sol origine et de leurs caractéristiques physico-chimiques. La deuxième partie est consacrée à l’étude des mécanismes de structuration des communautés végétales. Le suivi de la colonisation spontanée de la végétation a permis d’appréhender la forte contribution de la banque de graines issue des matériaux pédologiques locaux. Malgré la mise en évidence d’un début de trajectoires dynamiques au sein des quatre sols recréés, la similarité entre les communautés obtenues et les communautés cibles des prairies de référence n’excède pas 50 %. Les productions de biomasses aériennes associées à ces communautés sont comparables en quantité à celles des prairies de référence mais pas en qualité. La mise en place d’une gestion par semis associée à une fauche montre dès la première année une production de biomasses de qualité se rapprochant de celles des prairies locales.La dernière partie de ce manuscrit est consacrée à l’effet de trois niveaux d’engorgement des sols sur le processus de dénitrification et sur les traits de réponse d’une espèce prairiale, Holcus lanatus. Placer les quatre matériaux pédologiques dans des conditions identiques d’engorgement permet de souligner l’importance de l’héritage des communautés bactériennes dénitrifiantes sur le processus de dénitrification. Parallèlement, ces conditions expérimentales permettent de mettre en évidence les traits de réponses morphologiques et fonctionnels de l’espèce considérée. À l’issue de ces suivis, le meilleur compromis de restauration alliant sol, végétation et coûts économiques doit prendre en considération l’origine et l’histoire (i.e. gestion) des matériaux utilisés lors de la recréation écologique. / In a worldwide context of wetland destruction, a consequence of anthropic activities, ecological restoration of such habitats and their functions has become a societal and ecological issue. The objective of this project is to recreate agriculture-oriented wet grasslands with pedological and floristical properties as similar as possible to typical grasslands destroyed by alluvial materials extraction. The study presented here focuses on the impact of pedological materials, used in the re-creation of four soils, on soil functions and associated floristic processions. The main hypothesis is that re-creation of a soil morphologically similar to the previously destroyed one should drive ecological restoration. The underlying hypothesis is that different local pedological materials inherit their previous physicochemical and biological properties. This should conserve associated pedological functions and favor the return of a floristic procession compatible with agricultural exploitation. The first part is dedicated to the study of carbon storage and denitrification, two wetlands soils functions. These two functions are retained within the four re-created soils two and a half year after gravel-pit filling. Main results highlight functional efficiency levels of tested pedological material inherited from their respective initial topsoil physico-chemical properties. The second part is devoted to the study of mechanisms structuring plant communities. The high contribution of local pedological materials seed bank during the colonization process and its impact on aforementioned mechanisms was highlighted from our monitoring. Despite demonstration of the start of a dynamic trajectory in the four created soils similarity between obtained and target communities never exceeds 50%. Aerial biomass production associated to these communities is comparable to the production in reference wet grasslands in terms of quantity, but not quality. Implementation of management (sowing and mowing) shows biomass production of comparable quality to reference grassland from the first year onwards. The last part focuses on the effect of three soil waterlogging levels on the denitrification process and the response traits of Holcus lanatus, a meadow species. Pedological materials placement in identical waterlogging conditions highlights the importance of denitrifying bacteria communities inheritance on the denitrification process. These experimental conditions also enabled us to highlight the considered species morphological and functional response traits. To conclude and following our monitoring the best compromise for concurrent restoration of soil and vegetation while considering cost-effectiveness needs to account for topsoils origin and history (i.e. management).

Le traitement biologique des eaux usées urbaines et industrielles reste une activité ayant un impact négatif sur l’environnement et sur le changement climatique par l’émission des gaz à effet de serre (GES), notamment le CO2. Les changements innovants au niveau des procédés de traitement des eaux usées par l’intégration des flocs de microalgues-bactéries ont abouti à des procédés multitrophiques sans apport d’O2 et sans dégagement du CO2. Il s'agit d'une étude de faisabilité de ces flocs-MaB pour la photobioremédiation des polluants (organiques et minéraux) et pour la production de biomasse valorisable en bioénergie dans le cadre de l'économie circulaire. En présence de la lumière, les flocs-MaB ont été intégrés dans des photobioréacteurs à biomasse fixe afin d'assurer un traitement durable des eaux usées grâce aux échanges symbiotiques entre les micro-oragnismes en terme de nutriments et de gaz. L'encapsulation des flocs-MaB dans des billes de PVA-alginate a montré l'effet des conditions physico-chimiques et hydrodynamiques sur l'élimination des polluants et l'évolution multicellulaire des flocs au sein des réacteurs à multi-échelles. Par ailleurs, la biomasse multitrophique immobilisée sur des supports biodégradables d'olive (OPP) et sur des disques en PVC a assuré une meilleure performance des bioréacteurs à lit fluidisé et à disques rotatifs, respectivement, pour la bioremédiation des eaux usées. Les propriétés des supports (porosité, rugosité et structure) et les comportements hydrodynamiques ont été contrôlés pour favoriser l'attachement des biofilms multitrophiques. Le développement de biofilm montre l'effet des interactions multitrophiques entre les microalgues et les bactéries sur l'élimination des composés organiques (DCO) et nutriments (ammonium et phosphore). La biomasse des flocs-MaB a été récupérée et réutilisée pour le traitement du digestat liquide à l'issu du digesteur et pour améliorer la production de biométhane par une co-digestion anaérobie. Ce procédé multitrophique et intégré permet d'obtenir Zéro déchet à la sortie du processus / The biological treatment of urban and industrial wastewaters represents a process with a negative impact on the environment and on climate change through the emission of greenhouse gases (GHG), particularly CO2. In the presence of light, microalgae-bacteria flocs (MaB-flocs) have been integrated into photobioreactors with fixed biomass to ensure a sustainable wastewater treatment without O2 supply and CO2 release. The entrapment of flocs in PVA-alginate beads has shown the effect of physicochemical and hydrodynamic conditions on the elimination of pollutants and the multicellularity evolution within multi-scale bioreactors. In addition, the immobilization of biomass on biodegradable olive carriers and on PVC disks provided a better performance of fluidized bed and rotating discs bioreactors, respectively, for the bioremediation of wastewater. The properties of the supports (porosity, roughness, and structure) and the hydrodynamic behaviors have favored the attachment of multitrophic biofilms. Biofilm development shows the effect of multitrophic interactions between microalgae and bacteria on the organic compounds (COD) and nutrients (ammonium and phosphorus) removals. The MaB-flocs biomass was recovered and reused for the treatment of the digestate and to improve the production of biomethane by anaerobic co-digestion. This integrated multitrophic technology makes it possible to obtain zero wastes at the end of the process

Ubiquitaires et très anciens, les communautés des tapis microbiens font preuve de capacités métaboliques et adaptatives très importantes. Situés en zone côtières, ces écosystèmes peuvent être soumis à des contaminations pétrolières. Dans ce contexte, cette étude vise d’une part à décrire la structure et le fonctionnement de tapis microbiens et d’autre part à comprendre l’impact d’une contamination pétrolière sur ces écosystèmes. Cette étude porte sur deux tapis microbiens de l’étang de Berre aux paramètres physico-Chimiques proches mais présentant des contaminations pétrolières contrastées. Le fonctionnement du système étant tributaire d’autres facteurs tels que la lumière et les saisons, les variations saisonnières et nycthémérales ont été prises en compte dans cette étude. Un accent particulier a également été porté sur le cycle du soufre de par son importance en milieu marin. Les résultats de cette étude mettent en évidence des structures de communautés différentes entre les deux tapis au niveau global, la séparation spatiale prévalant sur la séparation saisonnière. La fraction active de la communauté du site contaminé présente une évolution linéaire tandis que celle du site témoins suit pour sa part les variations saisonnières. Au niveau du site contaminé une augmentation de l’expression des gènes impliqués dans la dégradation des hydrocarbures couplée à une biodégradation des hydrocarbures suggère que le tapis contaminé est adapté à la contamination pétrolière. Malgré les différences de structures et d’activités de dégradation, des profils métaboliques très semblables sont cependant observables entre les deux tapis, avec des fonctions similaires laissant supposer une redondance fonctionnelle. Des variations saisonnières et nycthémérales ont également été observées avec notamment des Desulfobulbaceae plus abondantes au printemps et plus actives en journée. Des études culturales ont été réalisées en parallèle. Elles permettront d’appréhender de manière complémentaire la dynamique des communautés des sulfato-Réducteurs au sein du tapis et de mieux comprendre les variations mises en évidence dans cette étude. / Ubiquist and very ancient, the microbial mats communities demonstrate very important metabolic and adaptive capacities. Located in the coastal area, these ecosystems may be subject to oil contamination. In this context, the aim of this study is on one hand to describe the structure and functioning of microbial mats and on the other to understand the impact of oil contamination on these ecosystems. This study focused on two microbial mats from the Berre lagoon with close physical chemical parameters but with contrasted hydrocarbon contamination levels. The functioning of the system is dependent on other factors such as light and seasons, diurnal and seasonal variations were taken into account in this study. Special emphasis was placed on the sulfur cycle due to its importance in the marine environments. The results of this study highlighted different communities’ structures at the global level between both mats, the spatial variation prevailed on seasonal variation. The active part of the community from the contaminated site shows a linear trend while that one of the uncontaminated site follows the seasonal variations. The contaminated site shows genes involved in hydrocarbon degradation more expressed coupled to a hydrocarbon biodegradation suggesting that the contaminated mat is adapted to the petroleum contamination. Despite these differences in the structure and the degradation capacities, very similar metabolic profiles are observed between the two mats with similar functions, suggesting functional redundancy. Seasonal and diurnal variation was also observed, the Desulfobulbaceae were particularly more abundant in spring and more active during the day. A complementary cultural approach will allow to better understanding the dynamics of sulfate-Reducers communities in the mat and comprehending these variations.

L’éclosion de bactéries résistantes aux antibiotiques constitue un problème sérieux auquel fait face notre système de santé. L’une des stratégies récemment proposées afin de s’attaquer efficacement et irréversiblement à ces microorganismes multi-résistants est de cibler directement leur membrane via l’action de molécules induisant un débalancement électrolytique de part et d’autre de cette dernière. Parallèlement, ces mêmes agents peuvent aussi avoir des applications dans le traitement de maladies originant des dysfonctions du transport ionique, comme la fibrose kystique. À cet égard, nous présentons dans cette thèse différents sels d’imidazolium et benzimidazolium N,N-disubstitués possédant un potentiel à la fois antimicrobien et ionophore. Notre approche se résume d’abord en un volet mécanistique où une série de modifications structurelles ont été apportées à des sels d’imidazolium et benzimidazolium afin d’observer comment ces changements modulent l’efficacité du transport d’anions dans la membrane artificielle d’un liposome. Nous avons à ce titre pu conclure que l’espèce formée de deux bras aromatiques phényléthynylbenzyl, disposées symétriquement de part et d’autre d’un cation imidazolium, induisait le meilleur transport des anions chlorures, au travers d’une membrane de liposomes, à des concentrations de l’ordre du micromolaire. En outre, les monocations imidazolium et benzimidazolium flanqués d’un contre-anion bis(trifluorométhylsulfonyl)amide ont conduit à une activité ionophore plus rapide. Qui plus est, en s’appuyant sur ces résultats, nous avons présenté le premier exemple, à notre connaissance, d’un transporteur d’anions et de cations, contenant le cation benzimidazolium et capable d’agir aussi bien dans des liposomes que dans des bactéries. Dans un second temps, les meilleurs agents ionophores ont été étudiés dans les membranes plus complexes des bactéries et des globules rouges humains pour vérifier leur effet bactéricide et leur innocuité. Le design de nos transporteurs formés d’un espaceur luthidine a ainsi permis d’obtenir un agent antimicrobien efficace dans des bactéries gram positives et négatives (B. thuringiensis et E. coli) avec une toxicité limitée de l’ordre de 10% sur les globules rouges humains à ses concentrations bactéricides. / The emergence of antibiotic resistant bacteria is a serious problem that our health system faces. One recently proposed strategy to effectively and irreversibly kill these multi-resistant microorganisms is to directly target the integrity of their membrane, using small molecules able to induce an electrolyte imbalance. Moreover, the same molecules may find applications in the treatement od diseases originating from the dysfunction of ion transport, such as cystic fibrosis. Herein we present different imidazolium and benzimidazolium salts N,N-disubstituted with both antimicrobial and ionophoric potential. We first performed mechanistic studies where different structural changes have been made to the imidazolium and benzimidazolium salts to observe how these modifications modulate the efficiency of the anion transport in artificial membrane liposomes. We were able to conclude that the species formed of two aromatic arms phenylethynylbenzyl arranged symmetrically on either side of an imidazolium cation, induced a better transport of chloride anions, through a membrane of liposomes at the micromolar range. In addition, monocations imidazolium and benzimidazolium flanked with an bis(trifluorométhylsulfonyl)amide anion led to faster ionophore activity. Moreover, based on these results we presented the first example, to our knowledge, for an anions and cations benzimidazolium-based transporter, acting as well in liposomes as in bacteria. Secondly, the best anionophore agents were analyzed in more complex bacterias and human red blood cells membranes to study their bactericidal potential and innocuity. Among all the benzimidazolium salts studied, we identified one compound, which presents interesting antibacterial properties as a result of its ability to induce an electrolytic imbalance and to disrupt the integrity and the potential of the bacterial membranes. At the same time this antibacterial agent presented a low toxicity to human cells in bacteriostatic range concentrations.

Le sol représente le support de la production agricole. A l’interface avec les autres compartiments de la biosphère, il remplit de nombreuses fonctions essentielles à la fourniture de services écosystémiques nécessaires au bien-être de nos sociétés. C’est aussi une ressource non renouvelable dont les propriétés physicochimiques et biologiques ont été altérées par le développement de l’agriculture intensive. La prise de conscience actuelle de cet état de fait a révélé la nécessité de définir de nouveaux modes de gestion adaptés à la préservation et à l’utilisation durable des sols. Elle a ainsi marqué l’entrée dans l’ère de l’agroécologie qui prône un modèle de production optimisant notamment les services rendus par la biodiversité afin de réduire le recours aux intrants et à l’utilisation d’énergie. Pour atteindre cet objectif, le développement d’une gamme d’indicateurs permettant d’évaluer les pratiques/systèmes agricoles en rendant compte de la qualité biologique du sol est donc indispensable. Cette thèse, dont l’objectif est de contribuer au développement de bioindicateurs microbiens de la qualité du sol, s’inscrit dans ce contexte agroécologique. Le choix de travailler sur les communautés microbiennes se justifie pleinement dans cette problématique car elles sont (i) présentes avec une forte densité et diversité dans tous les environnements, (ii) fortement impliquées dans le fonctionnement biologique et les services rendus par le sol, et (iii) elles répondent de façon très sensible aux changements des conditions environnementales en termes de modification de biomasse, de structure/diversité et d’activité. Elles offrent donc un potentiel important en termes de développement de bioindicateurs. Ce travail a porté plus précisément sur l’évaluation de deux indicateurs complémentaires : (i) la biomasse moléculaire microbienne et (ii) la diversité taxonomique microbienne. Dans une première partie nous avons éprouvé la robustesse de ces deux indicateurs en évaluant les biais associés à chacune des étapes techniques des procédures mises en œuvre pour leur mesure. Nous avons ensuite utilisé ces deux indicateurs dans différents contextes agronomiques pour évaluer leur pertinence. Un premier travail a ainsi consisté à suivre la réhabilitation du patrimoine microbien, par l’implantation d’une culture à vocation énergétique, d’un sol pollué irrigué pendant une centaine d’années par des eaux usées. Une seconde application a porté sur l’étude de l’impact de différentes pratiques agricoles sur les communautés microbiennes selon l’intensité du travail du sol (labour vs. travail réduit), la gestion des résidus de culture (export vs. restitution), et le type de culture (annuelle vs. pérenne).Les résultats montrent que la biomasse moléculaire microbienne et la diversité taxonomique obtenue par séquençage massif sont deux bioindicateurs robustes et sensibles pour décrire la qualité microbiologique des sols agricoles dans des contextes très variés. Ces deux indicateurs permettent de mettre en évidence aussi bien des perturbations des sols que l’impact positif de pratiques innovantes. Ils peuvent donc représenter des outils performants pour l’évaluation des systèmes agricoles, aidant à une amélioration de leur mode de gestion et, à long terme, permettant une utilisation durable des ressources fournies par ces sols. / Soil is the support of agricultural production. It performs many functions essential to the provision of ecosystem services necessary for the well-being of our societies. Soil physicochemical and biological properties have been altered by the development of intensive agriculture while it is a non-renewable resource, revealing the need to develop new management practices suitable for the sustainability of soil quality. This also marked the entry into the “Agroecology” era, which promotes the development of new agricultural systems optimizing services provided by biodiversity to reduce the use of inputs and energy use. To achieve this aim, the development of a range of indicators to assess the impact of agricultural practices on the biological quality of the soil is essential. This thesis, which aims to contribute to the development of microbial bio-indicators of soil quality, is a part of this agroecological context. The choice to work on microbial communities is fully justified because they are (i) present with a high abundance and diversity in all environments, (ii) heavily involved in biological functioning and the soil ecosystem services, (iii) they respond very sensitive to changes in environmental conditions in terms of biomass, diversity and activity. They therefore have significant potential in terms of bio-indicators of development. This work has focused specifically on the evaluation of two complementary bioindicators: (i) the microbial molecular biomass and (ii) the microbial taxonomic diversity. In a first part we tested the robustness of these two bioindicators by assessing the biases associated with each of the procedure technical steps used for their measurement. We then used these bioindicators in different agricultural contexts to assess their sensitivity. A first work has followed the rehabilitation of microbial patrimony of a polluted soil irrigated for a hundred years by sewage, by implanting a bioenergy crop. A second application has focused on the impact of different agricultural practices on microbial communities depending on the intensity of tillage (tillage vs. reduced tillage), management of crop residues (export vs. restitution), and the crop type (annual vs. perennial). Results highlighted that microbial molecular biomass and microbial taxonomic diversity achieved by high throughput sequencing are both robust and sensitive bioindicators to describe the microbiological quality of agricultural soils in very different contexts. Both bioindicators allow evidencing soil disturbances but also the positive impact of innovative practices. They may therefore represent powerful tools for the assessment of agricultural systems, helping to improve their long term management, allowing a sustainable use of resources provided by soils.

Les bactéries promotrices de la croissance des plantes (PGPR) peuvent améliorer la performance et la tolérance des plantes lors de stress environnementaux. Arabidopsis thaliana est un modèle de choix pour étudier les mécanismes impliqués dans les interactions plante-bactéries. Nous avons analysé de multiples traits associés à la dynamique de croissance, au développement et la physiologie des végétaux afin d'évaluer les effets de l'inoculation par Phyllobacterium brassicacearum STM196, une PGPR isolée de la rhizosphère du colza, sur les réponses d'A. thaliana à des stress hydriques de différentes intensités. Grâce à des outils performants de phénotypage, nous avons développé une nouvelle approche d'analyse à haut-débit pour examiner l'implication de STM196 dans les stratégies de résistance des plantes au stress hydrique. Nos résultats montrent pour la première fois que les PGPR peuvent interférer dans les stratégies d'échappement des plantes grâce à des modifications de la croissance et du temps de floraison. De plus, STM196 induit une meilleure résistance au déficit hydrique modéré et une meilleure tolérance à la déshydratation sous une contrainte hydrique sévère. L'inoculation par STM196 peut ainsi représenter une valeur ajoutée aux stratégies de résistance intrinsèques aux plantes, ce qui est illustrée par sa remarquable capacité à promouvoir la survie et la production de biomasse végétale dans des environnements contrastés. Nos résultats soulignent l'importance des interactions plantes-bactéries dans les réponses des plantes à la sécheresse et offrent de nouvelles voies de recherches pour l'amélioration de la résistance à la sécheresse dans les cultures. / Plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) can enhance plant performance and plant tolerance to environmental stresses. Arabidopsis thaliana is a useful organism to study the mechanisms involved in plant-PGPR interactions. We analyzed multiple plant traits related to growth dynamics, development and physiology in order to assess the effects of Phyllobacterium brassicacearum STM196 strain, isolated from the rhizosphere of oilseed rape, on Arabidopsis responses to well-defined soil water availability. Using powerful tools for phenotyping, we developed a new high-throughput analysis to examine the implication of STM196 on plant strategies to cope with water stress. Our results show for the first time that PGPR can interfere in escape strategies of plants through modifications in plant growth and flowering time. Moreover, STM196 induced a better resistance to moderate water deficit and a better tolerance to dehydration under a severe stress. Inoculation by STM196 can represent an added value to plant resistance strategies, as illustrated by its remarkable ability to promote plant survival and biomass production under contrasted environments. Our results highlight the importance of plant-bacteria interactions in plant responses to drought and provide a new avenue of investigations to improve drought resistance in crops.