Débutée en 2005, l'ère du pangénome a connu un important essor ces dernières années, notamment grâce aux progrès des techniques de séquençage haut débit. Le pangénome, qui est divisé en deux grandes parties, le core génome et le génome accessoire, offre un grand éventail d'utilisation. Au cours de ces trois dernières années, nous avons étudié cette gamme de possibilités en nous basant sur des pathogènes humains tel que Coxiella burnetii, Kingella kingae et Bacillus anthracis. Ainsi, outre la découverte d'une nouvelle espèce de Kingella et l'étude de quelques génomes spécifiques, nous nous sommes attardés sur le lien entre pangénome et pathogénicité, sur l'importance des SNPs (Single Nucleotide Polymorphism), ainsi que sur la corrélation entre pangénome et taxonomie et donc, par extension, nous avons étudié la notion d'espèce bactérienne. / The pangenome area began in 2005 and had known a huge increase thanks to the improvement of the Next Generation Sequencing methods. The pangenome, which is divided into two parts, the core and the accessory genome, offer a large panel of uses. During the last three years, we have studied all these possibilities. We based our work on human pathogens as Coxiella burnetii, Kingella kingae and Bacillus anthracis. Thus, in addition to the discovery of a new Kingella species and the study of some specific genomes, we studied in details the link between pangenome and pathogenicity, the importance of SNPs (Single Nucleotide Polymorphism) and the correlation between pangenome and taxonomy. Finally, we worked on the bacterial species definition.

L’étude de l’art pariétal paléolithique a pris un nouveau tournant ces dernières décennies, depuis que la communauté scientifique se trouve confrontée au développement d’algues, de bactéries et de champignons qui menacent certaines représentations parmi les plus fameuses au monde. Les péripéties que connaît la grotte de Lascaux (Montignac-sur-Vézère, Dordogne), depuis sa découverte en 1940 et la fermeture au public en 1963, ont fait prendre conscience de l’extrême fragilité du milieu souterrain, dont l’équilibre peut être rompu par de simples variations des conditions climatiques et environnementales. Certes, les formes biologiques n’ont de cesse de fasciner les hommes, leurs liens implicites avec l’art est manifeste depuis la Préhistoire et se retrouve aujourd’hui dans l’art contemporain ou l’architecture. Mais la compréhension de l’influence des microorganismes (à l’origine de processus d’altérations) sur la facture des œuvres ou leur évolution dans le temps, rend tangible la nécessité de considérer la grotte ornée comme un écosystème dont l’interface entre la paroi et l’atmosphère doit être examinée sous l’angle de la physique-chimie et de la microbiologie. Parmi les formes d’altérations biologiques décrites en grotte, le mondmilch est très largement répandu, mais la part des bactéries dans la mise en place et l’organisation structurale de ce type de concrétion pariétale reste méconnue. Dans une perspective diachronique, le mondmilch mérite d’être mis en relation avec l’art préhistorique : à la fois support et altéragène potentiel des représentations, ses implications vont au-delà de l’aspect esthétique. Datation de l’art pariétal, rôle dans la conception de cet art par les hommes du Paléolithique ou indicateur de la santé d’une grotte sont autant de facettes abordées dans ce travail qui a pour ligne directrice l’intégration et la prévention du risque de voir peu à peu disparaître certains joyaux du patrimoine mondial. / The study of Paleolithic parietal art took a new turn during the last decades, since the scientific community has been confronted with the development of algae, bacteria and fungi that jeopardize some representations among the most famous around the world. The episodes that have been taking place in Lascaux cave (Montignac-sur-Vézère, Dordogne), since its discovery in 1940 and its closure to the public in 1963, made people conscious of the extreme fragility of cave environment, whose equilibrium can be broken by simple variations of environmental and climatic conditions. Biological forms certainly still fascinate people; their implicit links with art is evident since the Prehistoric times and can be found in contemporary art or architecture nowadays. A better understanding of the microorganisms influence (they are the cause of alteration processes) on the state of the paintings, drawings or engravings, or on their evolution in time, makes us understand that it is necessary to consider a painted cave as an ecosystem whose interface between the wall and the atmosphere has to be examined from the points of view of physics, chemistry and microbiology. Among the forms of biological alterations described in the caves, moonmilk is highly common, but the role of bacteria in the setting up and the structural organization of this kind of wall concretion is still little-known. In a diachronic perspective, moonmilk deserves to be put in relation with prehistoric art: at the same time support and potential factor of alteration of the representations, its implications go beyond the esthetical aspect. The dating of parietal art, its role in this art conception by people from the Paleolithic or its function as indicator of a cave health are some of the aspects studied in this work, whose guidelines are the integration and the prevention of the risk of seeing some masterpieces of world heritage disappear little by little.

La pathogénicité des bactéries a toujours été attribuée à des facteurs de virulence et les bactéries pathogènes sont considérées comme étant mieux armées, comparé à des bactéries ne provoquant pas de maladies. Selon les premières études génomiques, le fait de supprimer un certain nombre de gènes des bactéries pathogènes, limiterait leur capacité à infecter leurs hôtes. Au contraire, des études de génomique comparatives récentes, démontrent que la spécialisation des bactéries dans les cellules eucaryotes est associée à une perte de gènes massive, en particulier pour les endosymbiontes allopatriques qui sont isolés depuis longtemps dans une niche intracellulaire. En effet, les bactéries sympatriques, extracellulaires, ont souvent des génomes plus grands et présentent une résistance et une plasticité plus importante. Ces bactéries constituent, de fait, plutôt des complexes d’espèces que de vraies espèces. Certaines bactéries spécialistes, comme les bactéries pathogènes, arrivent à s’échapper de ces complexes et à coloniser une niche, bénéficiant alors d’un nom d’espèce. Leur spécialisation leur permet de devenir allopatriques et leurs pertes de gènes favorisent une évolution réductive. Ces observations nous ont conduits à réaliser une étude afin de quantifier le taux de perte de gènes lors de l’évolution de ces bactéries extracellulaires vers celle de bactéries spécialistes intracellulaires. Notre objectif était de vérifier que ce qui caractérise l’évolution des bactéries intracellulaires est bien la réduction génomique, en prenant en compte tous les événements possibles de gains de gènes. Par ailleurs, dans une étude neutre comparant les 12 espèces pandémiques les plus dangereuses pour l’homme avec les espèces non-épidémiques les plus proches, nous avons voulu identifier des spécificités génomiques associées à la capacité virulente de bactéries pathogènes et démontrer que, à part les toxines et les modules toxine-antitoxine, ce qui caractérise ces espèces ce ne sont pas les facteurs de virulence, mais la perte des gènes de régulation. Au final, les bactéries pathogènes ont un répertoire virulent dans lequel les gènes absents sont aussi importants que les gènes présents. / The virulence of pathogenic bacteria has been attributed to virulence factors and pathogenic bacteria are considered to have more genes compared to bacteria that do not cause disease. According to the first genomic studies, removing a certain number of genes from pathogenic bacteria impairs their capacity to infect hosts. However, more recent studies have demonstrated that the specialization of bacteria in eukaryotic cells is associated with massive gene loss, especially for allopatric endosymbionts that have been isolated for a long time in an intracellular niche. Indeed, bacteria living in sympatry often have bigger genomes and exhibit greater resistance and plasticity and constitute species complexes rather than true species. Specialists, including specific pathogenic bacteria, escape these bacterial complexes and colonize a niche; thereby gaining a species name. Their specialization allows them to adopt allopatric lifestyle and experience reductive genome evolution. These observations led us to design a study to quantify the rate of gene losses during the evolution of free-living bacteria to intracellular specialists. Our objective was to verify that what characterizes the evolution of intracellular bacteria is genomic reduction, taking under consideration all possible gene gain events. Furthermore, in another neutral study comparing the 12 most dangerous pandemic bacteria to Humans to their closest non-epidemic species, we wished to identify any genomic specificities associated to the virulent capacity of pathogenic bacteria and demonstrate that, besides toxins and surprisingly, toxin-antitoxin modules, pathogenic bacteria are not characterized by more virulence factors, but rather by a loss of regulatory genes. Finally, virulent bacteria exhibit a genomic repertoire in which absent genes are as important as present ones.

Les bactéries jouent un rôle important dans le fonctionnement des sols et participent activement à l'altération des silicates. L'altération des silicates contrôle en partie la lixiviation d'éléments minéraux majeurs essentiels en solution (maintien de la fertilité des sols). Cependant, si les principaux processus d'altération des silicates sont bien connus en milieu aérobie (acidolyse et complexolyse), cette fonction d'altération bactérienne des silicates n'a jamais été utilisée comme indicateur biologique de la fertilité des sols. Le premier objectif de ce travail de thèse a donc été d'identifier les processus d'altération de 2 micas par des bactéries hétérotrophes en utilisant un modèle d'altération empirique basé sur l'activité des protons et ligands pour identifier et étudier les interactions entre les bactéries et les minéraux. Le traçage des processus d'altération par les isotopes stables du Mg a également été testé. Le second objectif a été de corréler la fonction d'altération de communautés bactériennes aux conditions naturelles rencontrées dans différents sols. Ce travail confirme que l'oxydation partielle du glucose en acides organiques est le mécanisme prédominant par lequel les bactéries amplifient la lixiviation d'éléments en condition aérobie lors de l'altération de la biotite et de la phlogopite, surtout pour des pH proches de la neutralité. Le modèle empirique utilisé a été adapté pour permettre de comparer les taux de libération initiaux du fer lors de l'altération abiotique et bactérienne de micas afin d'identifier les 2 processus majeurs impliqués. Cette approche a permis de mettre en évidence des phénotypes d'altération en fonction du métabolisme, la compétence des souches bactériennes utilisées et des conditions expérimentales. L'étude menée avec les isotopes stables du Mg comme traceurs d'altération n'a pas montré de fractionnements signant chaque processus. L'utilisation du modèle a ensuite permis de montrer que le potentiel d'altération des silicates par les communautés bactériennes dépend de leur origine et en particulier des teneurs en MO et en nutriments des horizons de sols échantillonnés. Deux stratégies d'altération des silicates par ces communautés ont été mises en évidence : (1) les communautés bactériennes isolées des horizons riches en nutriments libèrent peu d'acides organiques, mais très complexants (stratégie K), (2) les communautés isolées d'horizons pauvres en nutriments libèrent beaucoup d'acides organiques peu complexant (stratégie r). L'approche interdisciplinaire proposée dans ce travail permet d'identifier et de caractériser les processus d'altération de phyllosilicates par des bactéries et offre un outil d'identification fonctionnel prometteur pour évaluer la qualité des sols / The bacteria play an important role in soil functioning and are also involved to the weathering of silicate minerals. The silicate weathering controlled the leaching of essential major mineral elements in solution, essential to maintaining soil fertility. However, although the main weathering processes of silicates are well known in aerobic (the proton- and ligand-promoted dissolution), this function of bacterial weathering of silicate minerals has never been used as a biological indicator of soil fertility. The first aim of this work was therefore to identify the process of weathering in two phyllosilicates by heterotrophic bacteria, using an empirical model of silicates weathering based on the activity of protons and ligands to identify and study the interactions between bacteria and minerals. Tracing of weathering processes by isotopic approach using stable isotopes of Mg has also been tested. The second aim was to correlate the “silicate weathering” function of bacterial communities of various soils in field conditions. This study confirms that the partial oxidation of glucose to organic acids is the predominant mechanism by which bacteria accelerate the leaching of elements under aerobic conditions during the weathering of biotite and phlogopite especially at pH close to neutrality. The empirical model used has been adapted to compare the initial release rate of iron in bacterial and abiotic weathering of micas to identify the two major processes involved. This approach highlighted the identification of phenotypes according to the metabolism and the competence of the bacterial strains used. The study with stable isotopes of Mg as tracers of weathering showed no fractionation during the proton- and ligand-promoted dissolution. Using the model in the second part of this work showed that the silicate weathering potential by microbial communities depends on their origin and in particular the contents of OM and nutrients of soil horizons sampled. Two strategies of silicate weathering in these communities have been identified: (1) the bacterial communities isolated from nutrient-rich horizons released few organic acids, but very chelating (strategy K), (2) communities isolated from nutrient-poor horizons release many low chelating organic acids (strategy r). The interdisciplinary approach proposed in this work to identify and characterize the weathering of phyllosilicates by soil heterotrophic bacteria or communities in different environments. It provides a original and promising tool for identifying functional to evaluate the quality of natural soils

L’accumulation des métaux toxiques dans l’environnement représente une forte menace environnementale et sanitaire. Les éponges marines, invertébrés sessiles qui filtrent activement l’eau de mer environnante, peuvent concentrer des composés toxiques comme les métaux lourds (Pérez et al., 2005) et être utilisés comme bioindicateurs de pollution métallique (Patel et al., 1985). Elles hébergent une biomasse bactérienne importante (Websterand Taylor, 2012), dont le rôle dans la séquestration de polluants environnementaux reste encore mal connu.Notre étude s’est portée sur les bactéries tolérantes aux métaux lourds (Cu2+, Pb2+, Ni2+ etZn2+) associées à l’éponge méditerranéenne Spongia officinalis (classe : Demospongia, ordre :Dictyoceratida, famille : Spongiidae) connue pour son accumulation de métaux toxiques(Pérez et al., 2005). Nous avons d’abord développé une étude de la communauté bactérienne associée à l’éponge S. officinalis récoltée dans un environnement pollué en métaux par la combinaison d’approches moléculaire (DGGE, CARD-FISH) et culturale. Afin de comprendre les mécanismes d’accumulation et/ou de résistance vis‐à‐vis des métaux d’une souche de Pseudovibrio sp. isolée de S. officinalis pour sa tolérance au cuivre nous avons développé des approches combinées de protéogénomique (électrophorèse bidimensionnelle,séquençage du génome) et de microscopie (microscopie électronique à balayage couplée à une analyse élémentaire EDX). Enfin, la diversité chimique associée à l’éponge S. officinalis,sa variabilité spatiale et temporelle ont ensuite été caractérisées par couplage d’analyse chromatographique et de spectrométrie de masse (LC-MS, LC-MS/MS). / The accumulation of toxic metals in the environment is a strong environmental and health threat. Marine sponges are sessile invertebrates that actively filter the surrounding seawater.They can concentrate toxic compounds such as heavy metals (Perez et al. 2005) and are used as bioindicators of metal pollution (Patel et al. 1985). They host an important bacterial biomass (Webster and Taylor 2011), whose role in the sequestration of environmental pollutants is still unclear.Our study focused on bacteria tolerant to heavy metals (Cu2+, Pb2+, Ni2+, Zn2+) associated with the Mediterranean sponge Spongia officinalis (class: Demospongia, order Dictyoceratida,family: Spongiidae) known for its accumulation of toxic metals (Perez et al. 2005). We first developed a study of bacterial community associated with the sponge S. officinalis harvested in a metal polluted environment by the combination of cultural and molecular approaches(DGGE, CARD-FISH). The mechanisms of accumulation and/or resistance to copper of a sponge isolated strain, Pseudovibrio sp. was investigated by combined approaches of proteogenomics (two-dimensional electrophoresis, sequencing of the genome) and microscopy (scanning electron microscopy coupled with elemental analysis EDX). A final approach was developed to characterize the chemical diversity associated with this sponge and spatial and temporal variability by coupling chromatographic analysis and mass spectrometry (LC-MS, LC-MS/MS).

Les écosystèmes ultramafiques (serpentiniques) de Nouvelle-Calédonie sont considérés comme des « hotspots » de la biodiversité, notamment en raison des pressions adaptatives exercées par des conditions édaphiques drastiques. En effet, ces sols, résultant de l'altération naturelle du manteau océanique, sont composés de plus de 85% d'oxydes de fer, sont déficients en N, P, K, déséquilibrés en Ca/Mg et riches en métaux lourds (Ni, Cr, Mn, Co). Dans les associations entre végétaux et microorganismes du sol, les deux partenaires jouent un rôle essentiel dans l'adaptation aux conditions édaphiques, essentiellement au niveau de la tolérance aux métaux lourds. Dans notre étude, nous avons choisi des espèces endémiques du genre Tristaniopsis (Myrtaceae) comme plantes modèles pour étudier le rôle des champignons ectomycorhiziens et des bactéries associées à l'adaptation des plantes au nickel. Pour étudier l'effet des sols ultramafiques sur la diversité des ectomycorhizes et des bactéries mycorhizosphériques, ainsi que sur les déterminants génétiques de résistance/adaptation des bactéries associées, environ 150 ectomycorhizes ont été échantillonnées à partir de quatre sites ultramafiques (trois au massif du Koniambo et un dans la forêt de Desmazures) et deux non-ultramafiques reposant sur des sols volcano-sédimentaires (site d'Arama). La caractérisation génotypique et phylogénétique des ectomycorhizes et des bactéries mycorhizosphériques obtenues a révélé la présence d'une grande diversité de champignons (principalement Cortinarius, Pisolithus, Russula, Boletellus) et de bactéries (Pseudomonas, Burkholderia, Bacillus) dans les deux types de sols, avec une richesse spécifique particulièrement élevée dans les sols ultramafiques. De plus, les bactéries mycorhizosphériques provenant des sols ultramafiques avaient des proportions significativement plus élevées d'isolats portant les gènes nreB et cnrT que celles issues des sols volcano-sédimentaires. Une forte corrélation positive a également été observée entre l'occurence de ces gènes, connus pour conférer la tolérance aux métaux lourds chez les bactéries, et la tolérance des isolats au nickel en culture pure. La récente mise en évidence de souches bactériennes mycorhizosphériques Ni-tolérantes et promotrices de la croissance de Pisolithus albus en co-culture doivent permettre d'identifier des bactéries auxiliaires de la mycorhization qui pourront être ensuite exploitées dans le cadre de programmes de revégétalisation de sites ultramafiques miniers en Nouvelle Calédonie. / New Caledonian ultramafic (serpentine) ecosystems are considered as hotspots of biodiversity, partly because of the adaptative pressure exerted by drastic edaphic conditions. Indeed these soils resulting from natural weathering of oceanic mantle could be composed of up to 85 % of iron oxides and are deficient in N.P.K., unbalance for the Ca/Mg ratio and rich in heavy metals Ni, Cr, Mn, Co. Both plant and soil microbes play a vital role in the adaptation to soil conditions mainly heavy metal uptake and tolerance. In our study, we choose endemic species of the genus Tristaniopsis (Myrtaceae) as model plant to study the role of ectomycorrhizal fungi and associated bacteria in plant adaptation to nickel. To investigate the effect of ultramafic soils on ectomycorrhiza and mycorrhizosphere bacteria diversities as well as on the genetic determinants of resistance/adaptation of associated mycorrhizosphere bacteria, 200 ectomycorrhizas were sampled from four different ultramafic sites (3 in Koniambo and 1 in Desmazures forest) vs two non-ultramafic ones from volcano-sedimentary soils (Arama). Molecular characterization of ectomycorrhiza (rRNA ITS) and associated mycorrhizosphere bacteria (16S rRNA) from these samples showed the presence of different fungi (Pisolithus albus, Russula spp., Boletellus spp.) and bacteria (Burkholderia spp., Bacillus spp., Pseudomonas spp.) that can be found in both soils. However, bacteria isolated from ultramafic soils could grow in the presence of Ni up to 20 mmol L-1 and contained cnrA and nreB genes, known to confer heavy metal tolerance, contrary to bacteria isolated from non-ultramafic soils. Moreover, we found a strong positive correlation between heavy metal tolerance and P-solubilizing ability. Further knowledge on functional diversity of ectomycorrhiza-mycorrhizosphere bacteria associations and its role in the adaptation of plants to ultramafic soils would help in the understanding of plant functioning on New Caledonian mine sites.

Les bactéries entéropathogènes du genre Salmonella et Shigella sont transmises par les aliments ou l’eau et sont responsables de nombreuses infections entériques chez les animaux et les humains. Ces maladies infectieuses restent une cause importante de morbidité et de mortalité dans les pays en voie de développement. L’existence de multiples sérotypes de Salmonella et de Shigella ainsi que l’émergence de souches résistantes aux antibiotiques, nécessite le développement de vaccins efficaces et large spectre. Ces bactéries utilisent un système d’injection de leurs protéines effectrices, appelé injectisome ou encore Système de Sécrétion de Type III (SST3), nécessaire à leur pathogénicité. Alors que les protéines effectrices injectées au moyen de cet injectisome sont variées et dépendent essentiellement du type cellulaire cible et donc de la spécificité du pathogène, certaines des protéines structurales composant l’injectisome sont relativement bien conservées parmi les différentes bactéries pathogènes, notamment les protéines de l’aiguille : PrgI et MxiH, et celles de la coiffe de l’aiguille : SipD et IpaD, respectivement de Salmonella et Shigella. Ces protéines, fortement impliquées dans la virulence des bactéries, semblent donc être des cibles de choix pour lutter contre des infections opportunistes impliquant ces bactéries pathogènes.Le premier objectif de cette thèse était d’évaluer l’immunogénicité et l’effet protecteur des protéines structurales de l’injectisome citées précédemment contre les infections à Salmonella et Shigella. Les protéines recombinantes préparées et produites au laboratoire ont été utilisées de façon séparée ou en combinaison pour immuniser des souris par différentes routes. Ensuite, les réponses immunitaires des souris ainsi immunisées ont été analysées par des tests immunométriques. Enfin, le potentiel immunogène et vaccinant de ces protéines structurales a été évalué en infectant les souris immunisées avec 100 DL50 de Salmonella par voie orale ou de Shigella par voie intranasale. Le meilleur résultat a été obtenu en utilisant la voie intra-gastrique pour les immunisations avec environ 70% de protection. Cette stratégie a permis également d’évaluer la pertinence de cette approche vaccinale dans un modèle murin de protection croisée (entre 25 et 60%). Le deuxième objectif de cette thèse était d’évaluer le pouvoir protecteur d’anticorps monoclonaux murins reconnaissant les régions conservées des protéines SipD et IpaD. Les anticorps obtenus ont été caractérisés et leur pouvoir neutralisant a été évalué in vivo dans un modèle murin d’infection avec Salmonella ou Shigella (jusqu’à 60% de protection).L’ensemble de ces travaux montre que l’utilisation de certaines protéines structurales conservées de l’injectisome de bactéries entéropathogènes présente un intérêt vaccinal et immunothérapeutique pour aider au traitement de certaines salmonelloses et shigelloses. / Salmonella and Shigella species are food and water borne pathogens that are responsible for enteric infections in both humans and animals. These infectious diseases are still the major cause of morbidity and mortality in the emerging countries. The existence of multiple Salmonella and Shigella serotypes as well as the emergence of antibio- resistant strains, require the development of protective and broad-spectrum vaccines. All these bacteria utilize a system for injection of their effectors, called injectisome or Type III Secretion System (T3SS), necessary for their pathogenicity. While effector proteins are varied and depend essentially on the cellular target and thus on the specificity of the pathogen, the structural proteins that form the injectisome are common to all virulent Salmonella and Shigella spp., particularly the needle proteins PrgI and MxiH and the needle-tip proteins SipD and IpaD of Salmonella and Shigella respectively. These proteins, strongly involved in the virulence of the bacteria, appear to be ideal candidate antigens for a subunit-based, broad spectrum vaccine.The first aim of my PhD was to evaluate the immunogenicity and protective efficacy of structural proteins of the above-mentioned injectisome against Salmonella and Shigella infections. The recombinant proteins were prepared and produced in the laboratory and were used alone or in combination to immunize mice using different routes. The immune responses of immunized mice were then analyzed by immunometric assays. Finally, the protective efficacy was evaluated in a mouse model of intestinal (Salmonella) or pulmonary (Shigella) challenge. The best result was obtained by orogastric immunization with 70% of protection. This strategy also allowed to estimate the relevance of this approach in a mouse model of crossed protection (from 25 to 60%). The second objective of my PhD was to evaluate the protective efficacy of murine monoclonal antibodies recognizing conserved regions of SipD and IpaD proteins. The obtained antibodies were characterized and their therapeutic effect was evaluated in vivo with a Salmonella and Shigella infection murine model (up to 60% of protection).To conclude, this work showed that some conserved structural proteins composing the injectisome of enteropathogenic bacteria is of interest for treatment of enteric diseases caused by Salmonella and Shigella.

La société Nanobactérie développe un traitement thermique innovant contre le cancer qui repose sur l‘utilisation de nanoparticules d‘oxyde de fer d‘origine bactérienne, appelées magnétosomes. Celles-ci sont injectées directement dans la tumeur puis activées par le champ magnétique alternatif. Cette activation crée une augmentation locale de la température provoquant la destruction de la tumeur, sans affecter les tissus sains environnants. Afin d‘éviter les problèmes de toxicité liés à la présence d‘endotoxines bactériennes à la surface des magnétosomes, un processus de purification est utilisé. Il permet l‘élimination de toute la membrane organique immunogène et de garder ainsi le minéral responsable de l‘activité thermique. Cependant, l‘élimination de cette membrane entraîne l‘agrégation des magnétosomes. La première étape de ce travail de thèse a donc consisté à stabiliser les magnétosomes purifiés, et l'‘identification du meilleur revêtement a été évaluée. Dans une deuxième partie, une nouvelle modalité de chauffage a été mise au point pour augmenter l‘efficacité de l‘hyperthermie magnétique dans la destruction de cellules cancéreuses. / The Nanobactérie company develops a novel strategy of cancer treatment using iron oxide nanoparticles of bacterial origin, called magnetosomes. These nanoparticles are injected directly into the tumor and then activated by an alternating magnetic field. Activated nanoparticles trigger a highly localized rise of temperature, inducing the destruction of the tumor without any adverse effects on adjacent healthy tissues. To avoid the problems of toxicity caused by the presence of bacterial endotoxin which present on the surface of magnetosomes extracted from bacteria, a process of purification is realized to eliminate all the immunogenic organic membrane and keep only the mineral responsible for the thermal activity. However, since elimination of this membrane causes the aggregation of the magnetosomes which become unstable in aqueous solution, the first part of this work consisted in stabilizing the purified magnetosomes by a modification of their surface. The identification of the best coating was then evaluated. Moreover, in the second part of this work, a new heating modality was assessed to increase the efficiency of the magnetic hyperthermia in the destruction of cancer cells.

L’étude, la détection et l’identification de pathogènes est une problématique majeure pour la sécurité alimentaire et la médecine. Cependant, les pathogènes bactériens présents à de faibles concentrations nécessitent souvent une période de plus de 36h pour être identifiés par les méthodes standards. Ce délai est extrêmement contraignant pour des domaines où la rapidité du diagnostic est un facteur clé. Il y a donc une forte demande pour le développement d’outils pour mieux comprendre le comportement bactérien et ainsi développer des techniques de détection plus rapides et plus performantes.Les systèmes d’imagerie SPR sont largement utilisés pour l’analyse d’interactions moléculaires, car ils permettent une mesure en parallèle, en temps réel et sans marquage, tout en étant faciles d’utilisation et compatibles avec des milieux complexes. Cette technique a montré son efficacité pour l'étude et la détection de bactéries en utilisant les interactions moléculaires avec les anticorps, mais les délais de détection restent pénalisants.Dans ce contexte, un nouveau système d’imagerie permettant l’étude et la détection spécifique de pathogènes bactériens performant est développé en mettant à profit les avancées récentes en imagerie SPR optimisée en résolution. Notre système permet d'améliorer les temps de détection de pathogènes en milieux modèles grâce à sa capacité à détecter des bactéries individuelles. Il peut également être utilisé pour l'étude de l'interaction entre bactéries et surfaces spécifiques. Des premiers tests montrent que notre instrument est capable de caractériser le comportement bactérien de plusieurs souches bactériennes en interaction avec des surfaces fonctionnalisées par des espèces chimiques différentes / The study, detection and identification of pathogens is a major issue for food safety and medicine. However, bacterial pathogens present at low concentrations often require a period of more than 36 hours to be identified by standard methods. This delay is extremely constraining for areas where rapid diagnosis is a key factor. There is therefore a strong demand for the development of tools to better understand bacterial behavior and thus develop faster and more efficient detection techniques.SPR imaging systems are widely used for the analysis of molecular interactions, as they allow parallel, real-time and unlabeled measurement, while being easy to use and compatible with complex media. This technique has proven effective in the study and detection of bacteria using molecular interactions with antibodies, but detection times remain penalizing.In this context, a new imaging system allowing the study and specific detection of high-performance bacterial pathogens is being developed, taking advantage of recent advances in SPR imaging optimized in resolution. Our system improves pathogen detection times in model environments through its ability to detect individual bacteria. It can also be used to study the interaction between bacteria and specific surfaces. Initial tests show that our instrument is capable of characterizing the bacterial behaviour of several bacterial strains in interaction with surfaces functionalized by different chemical species.

Le tube digestif est la première barrière contre les agresseurs présents dans la nourriture (virus, bactéries, produits chimiques, pesticides etc...). Il doit donc maintenir au mieux son intégrité structurale et fonctionnelle tout au long de la vie de l'individu. Bien que l'impact délétère d'une intoxication aiguë puisse être surmonté par la capacité de défense et de régénération de la muqueuse digestive, une agression prolongée ou répétée peut compromettre l'équilibre physiologique (l'homéostasie) du tube digestif. Parmi les agresseurs pouvant être ingérés avec la nourriture, on trouve la bactérie Bacillus thuringiensis (Bt) et représente 70% des ventes de bioinsecticides. Bt est une bactérie Gram+ sporulante qui produit, pendant la sporulation, des toxines nommées Cry. Parmi les différentes souches de Bt, certaines ont été sélectionnées pour la spécificité d'action de leurs toxines Cry contre des nuisibles et sont commercialisées sous forme de sporanges. Certaines de ces souches sont utilisées en agriculture biologique en France et l'accroissement de leur utilisation fait qu'elles sont de plus en plus présentes dans la nourriture, source de contamination potentielle pour l'homme et l’environnement. La question qui se pose maintenant est de savoir si un tel accroissement de l’utilisation de Bt peut avoir des impacts sur des espèces non cibles. Mon projet de thèse a consisté en l’étude des conséquences de l'ingestion de Bt (sous forme végétative ou de sporanges) sur la physiologie intestinale de la drosophile (animal non sensible à Bt en termes de toxicité aigüe / The digestive tract is continuously subjected to multiple aggressions through virus, bacteria, toxins and chemicals mixed in the feed. Therefore the gut lining has established a mechanism of replenishment in order to maintain the physiological function of the organ called the gut homeostasis. Although the deleterious impact of acute poisoning can be overcome by the defense capacity and regeneration of the gut mucosa, prolonged or repeated intoxication can impair its homeostasis. Among the aggressors hidden in the feed, there is the bacterium Bacillus thuringiensis (Bt). Bt is worldwide used as bioinsecticide. Indeed the multitude of Bt strains produces a broad range of crystalline toxins, named Cry toxins, which certain have been selected in organic farming owing to their lethal properties against specific pests. Because of incentive programs for sustainable development, the use of Bt bioinsecticides as an alternative to chemical pesticides will further increase in the next decades. Although the specificity of the acute toxicity of Cry toxins has been proved since many years, data are scarce on adverse effects that could result from chronic exposure. The question now is how far non-target organisms will be potentially impacted by the resulting augmentation of the Bt bacterium and its Cry toxins in the environment. To answer this challenge, I used Drosophila (a non-target organism) to study the impacts of Bt bioinsecticides on the gut physiology because 1/ the digestive tract is the main entrance for feed contaminated by Bt bioinsecticides and 2/ Bt and its toxins are known to impair the gut epithelium of sensitive pests