Les maladies fébriles y compris les maladies bactériennes sont mal connues en Côte d’Ivoire et en Guinée. Tout d’abord, nous avons recherché par biologie moléculaire des bactéries pathogènes transmises par les tiques en Côte d’Ivoire. Nous avons analysé différentes espèces de tiques prélevées chez des bovins et mis en évidence des bactéries pathogènes responsables de nombreuses maladies infectieuses comme Rickettsia, Borrelia, Anaplasma, Ehrlichia, Coxiella burnetii (fièvre Q) et aussi vingt nouvelles espèces potentielles.Ensuite, notre objectif était de détecter par biologie moléculaire des micro-organismes pathogènes chez l’homme. Concernant l’étude des plaies et des peaux saines en Guinée, la plupart des patients étaient infectés par Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus et plusieurs espèces d'Acinetobacter.Parmi les patients fébriles et les sujets apyrétiques recrutés en Guinée et en Côte d’Ivoire, Plasmodium falciparum reste le micro-organisme le plus fréquent surtout dans les échantillons de sang des patients fébriles bien que plusieurs bactéries aient été aussi identifiées. En Guinée, il s’agissait de Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes, Streptococcus pneumoniae, Salmonella enterica Non Typhi et Non Paratyphi et R. felis. Ces bactéries ont été également identifiées ainsi que Salmonella enterica Typhi, Salmonella enterica Paratyphi, Tropheryma whipplei et une nouvelle espèce potentielle de Wolbachia en Côte d’Ivoire. Nos travaux ont permis d’établir le répertoire des bactéries transmises par les tiques en Côte d’Ivoire, celles impliquées dans les bactériémies en Côte d’Ivoire et en Guinée (Conakry). / Febrile illnesses including bacterial diseases are poorly known in Côte d'Ivoire and Guinea.In the first part of our work, we researched by molecular biology bacteria transmitted by ticks in Côte d’Ivoire. We analyzed different species of ticks collected from cattle and highlighted pathogenic bacteria responsible for many infectious diseases such as Rickettsia, Borrelia, Anaplasma, Ehrlichia, Coxiella burnetii (Q fever) and twenty potential new species. In the second part, our goal was to detect using molecular biology several microorganisms in humans in Guinea (Conakry) and Côte d'Ivoire. As regards the study of wounds and healthy skin in Guinea, most patients were infected with Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, several species of Acinetobacter.Among the febrile patients and healthy controls afebrile recruited in Guinea and Côte d'Ivoire, Plasmodium falciparum is the most common detected microorganism especially in blood samples from febrile patients although several bacteria were also identified. In Guinea, it was Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes, Streptococcus pneumoniae, non-typhoidal Salmonella spp., and R. felis. These bacteria were also identified as well as Salmonella enterica Typhi, Salmonella enterica Paratyphi, Tropheryma whipplei and a potential new species of Wolbachia in Côte d’Ivoire.This work allowed establishing the repertory of bacteria transmitted by ticks in Côte d’Ivoire, as well as those involved in bacteremia in Côte d’Ivoire and Guinea (Conakry).

Les écosystèmes aquatiques eutrophes sont souvent perturbés par des proliférations de cyanobactéries potentiellement toxiques. Si de nombreux travaux ont été publiés sur leur écologie et leur toxicité, peu d'entre eux concernent leurs interactions avec les bactéries chimiotrophes qui leur sont associées au sein de la phycosphère, ce qui a motivé cette thèse. Par des travaux réalisés sur des écosystèmes naturels et des approches en laboratoire, nous montrons que les communautés bactériennes (CB) associées aux cyanobactéries ont une structure et une composition différentes de celles qui ne subissent pas leur influence directe. Ces communautés associées sont dominées par des bactéries ayant une forte affinité pour la matière organique (MO) et réunissant des espèces spécialistes toujours retrouvées en association avec des cyanobactéries et des espèces généralistes capables de se développer dans tous les environnements riches en MO. Nos travaux ont aussi révélé que les CB présentent des différences structurelles et fonctionnelles selon le genre de cyanobactéries auquel elles sont associées, et notamment selon leur capacité à fixer ou non l'azote atmosphérique. Enfin, un focus particulier a été porté sur les bactéries impliquées dans le cycle de l'azote sachant que cet élément est avec le phosphore, souvent limitant pour la croissance des cyanobactéries. Nos résultats montrent que plusieurs étapes essentielles de ce cycle semblent être plutôt effectuées par la CB qui n'est pas sous l'influence directe des cyanobactéries ce qui suggère l'existence d'un découplage dans l'exploitation de la MO et dans le cycle de l'azote entre CB associées et non associées aux cyanobactéries. / Potentially toxic cyanobacteria blooms often occur in eutrophic aquatic ecosystems. While many studies have been published on their ecology and toxicity, few have investigated the interactions between cyanobacteria and their associated chimiotrophic bacteria within the phycosphere. This latter is the subject of this thesis. Using both natural ecosystems and laboratory approaches, we show that the structure and composition of bacterial communities (BC) associated with cyanobacteria are different from those that are not under the direct influence of the cyanobacteria. These associated communities are dominated by bacteria that have a high affinity for organic matter (OM) and are composed of specialist species that are always found in association with cyanobacteria and generalist species that can grow in any OM rich environments. Our results also revealed that the associated BC differs structurally and functionally between diazotrophic and non- diazotrophic cyanobacteria. We also specifically investigated the bacteria involved in the nitrogen cycle knowing that this element, with phosphorus, is often limiting for the growth of cyanobacteria. Our results show that several essential steps in this cycle appear to be rather done by the BC that is not under the direct influence of cyanobacteria, which suggests the existence of a decoupling between the MO and nitrogen cycles between associated and non-associated BC.

Les invasions biologiques ont des conséquences écologiques telles que l'émergence de pathogènes et de ravageurs. Les populations invasives font face à de nouvelles conditions biotiques et abiotiques qu'elles doivent surmonter. Ces invasions biologiques sont des systèmes modèles pour étudier l'évolution sur de courtes échelles de temps car elles nécessitent une adaptation rapide qui fait intervenir différents processus (sélection naturelle, dérive, plasticité phénotypique). Du fait des introductions multiples et de l'hybridation, une augmentation de la variabilité génétique nucléaire peut-être observée dans ces populations, support d'une réponse adaptative plus rapide. De plus, chez les insectes, les symbiotes peuvent jouer un rôle important dans l'adaptation, contribution encore largement inconnue. Le ravageur de culture Bemisia tabaci est un complexe d'espèces dont les barrières reproductives sont peu connues et dont les différentes entités --- les cytotypes --- présentent des cortèges symbiotiques qui leur sont spécifiques. Grâce à une description de la dynamique spatio-temporelle de ces cytotypes, en contexte invasif en France et plus largement dans le bassin méditerranéen, nous avons constaté la présence simultanée de deux de ces entités et nous nous sommes interrogés sur un éventuel remplacement ou une coexistence. Cette situation originale nous a permis de tester leurs limites reproductives grâce à des microsatellites et des tests comportementaux, ainsi que la possibilité de transferts horizontaux de bactéries. Transferts que nous avons tenté de reproduire en laboratoire. Nous avons aussi développé des marqueurs RADSeq pour de futures analyses génomiques / Biological invasions have ecological consequences such as the emergence of pathogens and pests. Invasive populations face new biotic and abiotic conditions that they have to overcome.These biological invasions are model systems to study the evolution over short time scales because they require rapid adaptation that involves different processes (natural selection, drift, phenotypic plasticity).Because multiple introductions and hybridization, an increase in the nuclear genetic variability may be observed in these populations, supporting a faster adaptive response.Moreover, in insects, symbionts can play an important role in adaptation, a contribution largely unknown yet.Bemisia tabaci crop pest is a complex of species whose reproductive barriers are poorly known and whose different entities --- the cytotypes --- have symbiotic associations specific to them.Through a spatio-temporal dynamics description of these cytotypes in invasive context in France and more widely in the Mediterranean bassin, we found the simultaneous presence of both of these entities and we wondered about a possible replacement or coexistence.This peculiar situation has allowed us to test their reproductive boundaries with microsatellites and behavioral tests, as well as the possibility of horizontal transfer of bacteria. Transfers that we tried to reproduce in the laboratory. We have also developed RADSeq markers for future genomic analyzes

L'objectif de la thèse est de caractériser des populations bactériennes susceptibles de dégrader la lignine des résidus de culture afin d'optimiser la biodisponibilité du compartiment holocellulosique. L'originalité du sujet réside dans la recherche de bactéries ligninolytiques en utilisant des approches combinant à la fois de l'isolement de souches, des techniques de biologie moléculaire et de la mise en œuvre de ces micro-organismes à l'échelle de réacteur pilote, dans le cadre de prétraitements des résidus de culture. Les travaux de recherche ont été réalisés pour mettre en évidence et identifier des micro-organismes potentiellement intéressants et caractériser leurs systèmes enzymatiques susceptibles d'intervenir dans la dégradation de la lignine. Suite à l'isolement de plusieurs souches d'intérêts et à la mise en place de réacteurs, des expérimentations ont été réalisées afin de suivre l'effet des prétraitements biologiques sur la dégradation de la biomasse et notamment par l'étude des transformations biochimiques, de l'accessibilité à la cellulose ainsi que de l'évolution des communautés microbiennes. Les résultats de ces travaux ont montré que la communauté endogène joue un rôle primordial dans la biodégradation de la paille de colza. Bien que l'inoculation de bactéries exogènes ait eu peu d'influence, il est possible d'améliorer l'accessibilité à cellulose par un mélange de lignine et des sels minéraux permettant d'enrichir la communauté endogène active. Cette thèse s'articule autour de plusieurs analyses multi-échelles et complémentaires permettant de développer un prétraitement biologique de résidu de culture, d'améliorer sa mise en œuvre et son utilisation pour la digestion anaérobie par voie sèche ou la production de bioéthanol. / The aim of the PhD project is to characterize bacterial populations potentially capable of degrading lignin within crop residues to optimize the bioavailability of holocellulose compartment to be valorized by anaerobic digestion. The originality of the subject lies in finding ligninolytic bacteria using approaches combining the isolation of strains and technique of molecular biology, and the application of these microorganisms on a reactor scale, as part of pretreatment of crop residues. Firstly, research work was carried out to find and identify potentially interesting micro-organisms and characterize their specific enzyme systems. Secondly, studies have been conducted on the application of micro-organisms isolated for a biological pretreatment of rape straw. Pretreatments were carried out in a series of laboratory reactors dedicated to follow the effect in real time. A method allowing the quantification of the cellulose accessibility for cellulases in substrate was established. In parallel, high-throughput sequencing analysis was performed to monitor and/or characterize the bacterial and archaeal communities in the reactors. The results obtained have shown that the main factor influencing the degradation of the straw was not the presence of ligninolytic strains which could not influence the development of endogenous community, but the supply of some nutrients included in a mixture with lignin and mineral salts which could enrich a particularly active community. The data obtained in the thesis allowed to capitalize knowledge on the biodegradation of lignocellulosic biomass. This prospective study allowed the consideration of using the biological pretreatments developed at the upstream of biogas and biofuel sectors.

La compréhension de l'évolution des génomes est un des enjeux clé de la biologie actuelle. Nous avons rédigé une revue littéraire consacrée à la contribution de la génomique dans la compréhension de la diversité, de l'évolution et des phénotypes d'un super-phylum bactérien, le super-phylum PVC (Planctomycetes, Verrucomicrobiae et Chlamydiae). Ces bactéries proviennent d'environnements variés et présentent des caractéristiques phénotypiques intéressantes. Les analyses génomiques ont révélé la grande diversité de ces espèces, mais ont aussi permis de reconstruire l'évolution de leurs génomes et d'expliquer l'apparition de certains phénotypes particuliers. Une partie de notre travail était consacré à l'étude de l'évolution et de l'impact de la présence d'un plan cellulaire particulier chez les bactéries PVC. Ce plan cellulaire est sujet a différentes interprétations et induirait la compartimentation des cellules en deux régions distinctes. Les résultats obtenus semblent indiquer que cette caractéristique n'induit pas une protection des génomes bactériens vis à vis des transferts de gènes horizontaux, comme on pourrait le supposer. En revanche les observations microscopiques réalisées sur deux espèces ont permis de mieux appréhender l'évolution de ce plan cellulaire. Nous avons, de plus, détecté une contribution de l'environnement concernant la sélection des gènes transférés. Il semblerait que les gènes transférés soient en effet sélectionnés selon leurs fonctions par les différents environnements.Nos travaux ont donc permis d'améliorer la compréhension des relations entre l'évolution, les phénotypes et l'environnement, en particulier chez les bactéries du super-phylum PVC. / The comprehension of genomes evolution is a key issue of modern biology.We wrote a review dedicated to the genomic contribution in comprehension of diversity, evolution and phenotypes, in a bacterial super-phylum named PVC (for Planctomycetes, Verrucomicrobiae and Chlamydiae). These bacteria are distributed in varied environments and present specific phenotypic characteristics. Genomic analyzes revealed the important diversity of these species and allow also to reconstruct the genomes evolution and, in some cases, to explain the presence of specific phenotypes. One part of our work was dedicated to the study of evolution and impact of one of this phenotype, the special cell plan detected in PVC bacteria. This original cell plan is subject to different interpretations and induces the compartmentalization of cells in two different regions, whom one containing the nucleoid. Our results indicate that this feature has probably no role in the protection of bacterial genomes against horizontal genes transfers, so, its function is still unknown. Microscopic observations of two species from PVC super-phylum permit to better understand the evolution of the special cell plan. The environment seems to contribute in the genomes evolution, by selection of genes transferred. Genes transferred are probably selected according to their functions by the different environments.Our works allowed to improve the knowledge about relations between evolution, genomes, phenotypes and environment, especially in bacteria from PVC super-phylum.

Les exopolysaccharides (EPS) sont des biopolymères pouvant être synthétisés par les Eucaryotes, lesArchées et les Procaryotes. Au niveau bactérien les EPS peuvent être impliqués dans la constitution du biofilm (phénomène de biofouling) lors de la colonisation de nouveaux milieux. Ces biopolymères ont des propriétés physico-chimiques et biologiques spécifiques et innovantes à haut potentiel biotechnologique (agroalimentaire, santé, cosmétique, ingénierie environnementale ...). A l'opposé, leurs rôles écologiques lors de l'établissement de biofilms de souches potentiellement pathogènes peuvent rendre leur éradication compliquée.Les processus de dépolymérisation par voie enzymatique sont nécessaires pour réaliser l'élucidation structurale fine des EPS complexes, pour la production de dérivés bio-actifs calibrés à faible poids moléculaire ou pour empêcher la formation de biofilm. La mise en évidence de ces phénomènes enzymatiques sur des microorganismes modèles peut également permettre de mieux cerner les flux de matière au sein de certains compartiments biologiques en particulier en milieu marin. Néanmoins la complexité et grande diversité de structures des EPS rendent la recherche d’enzymes de dépolymérisation spécifiques difficile.Deux stratégies ont été employées pour trouver des sources d'enzymes.1. La voie bactérienne via l’utilisation de bactéries marines productrices d’EPS.2. La voie virale par la recherche de polysaccharidases de bactériophages marins. En plus d’EPS marins déjà connus, de nouveaux substrats (EPS) originaux ont été produits et caractérisés à partir de batéries marines d’intérêts biotechnologiques et/ou écologiques pour les besoins du projet. Un criblage enzymatique sur 11 souches bactériennes du genre Alteromonas a permis de mettre en évidence que 7 d’entre elles présentaient une activité de dépolymérisation endogène vis-à-vis de leur propre EPS. Une bioprospection a été réalisée afin de constituer une virothèque à partir d’hôtes bactériens producteurs d’EPS dans le but de fournir une source de Cazymes virales potentielles. Sur 33 bactériophages, 10 ont été sélectionnés pour leur capacité à rester infectieux lorsque leurs hôtes synthétisent des EPS. Finalement un système hôte/virus a été sélectionné.Les 5 virus (appelés Carin-1 à 5) infectant Cobetia marina DSMZ 4741 ont été étudiés au niveau de leurs traits de vie. Les capacités de dépolymérisation de Carin-1 et Carin-5 sur l'EPS L6 ont été explorés plus en détail. En parallèle, la structure chimique de l'EPS L6 a été intégralement élucidée. / Exopolysaccharides (EPSs) are a class of biopolymer synthesized by Eukarya, Archea and Procarya.Bacterial EPSs are involved in biofilm establishment and biofouling phenomenon. These polymers have physicochemical and biological properties suitable with biotechnological valorization. At the opposite, their involvment in biofouling of pathogenic strains can be problematic.Enzymatic depolymerization process are necessary for EPSs structural elucidation, Bioactive oligosaccharides production or to disrupt polysaccharidic biofilms. The highlight of enzymatic phenomenon can help to understand biogeochimical process in the ocean. Nevertheless the important structural diversity as well as their complexity make the sourcing of specific enzymes difficult.Two strategies were used to find enzymes.1. The bacterial way by using EPS-producing marine strains2. The viral way, with marine bacteriophages.For the need of the study, several EPS-substrates were produced and characterized. The majority of them were totally new. An enzymatic screening on 11 marine Alteromonas strains shown that 6 were able to depolymerize their EPS in an endogenous way. A bioprospection was realized to isolates marine bacteriophages with potential viral Cazymes. 10 out of 33 phages were selectionned for their ability to be infectious with their hosts in EPS production induced. Finally, a host/virus system was chosen. The bacteriophages infecting Cobetia marina DSMZ 4741 (named Carin-1 to 5) were studied. The polysaccharidase activities of Carin-1 and Carin-5 on the L6 EPS were studied more deeply. In parallel, the complete structural elucidation of the L6 EPS was realized.

Chaque année, deux à trois millions de musulmans de plus de 180 pays à travers le monde affluent vers l'Arabie Saoudite pour l'accomplissement du grand pèlerinage à la Mecque, appelé communément le "Hajj". Les virus, et particulièrement celui de la grippe, sont les causes les plus fréquentes d'infections respiratoires aiguës chez les pèlerins.Nous avons décidé de réaliser une étude bibliographique afin de rechercher des preuves de l'efficacité des mesures non pharmaceutiques de prévention des infections respiratoires pendant le Hajj. En résumé, bien que le lavage des mains soit fréquent parmi les pèlerins, le port du masque reste un défi majeur et la distanciation sociale, visant à réduire les contacts avec les personnes infectées, difficilement réalisable pendant le séjour en Arabie Saoudite. Les données sur l'efficacité de ces mesures non pharmaceutiques dans le contexte du Hajj sont limitées et les résultats sont contradictoires, soulignant la nécessité d'études supplémentaires.En 2012 et 2013, nous avons conduit une étude prospective afin d'évaluer sur la même cohorte de pèlerins la prévalence de virus et de bactéries pouvant être responsables d'infections respiratoires aiguës, avant le départ de France pour le Hajj et au retour d'Arabie Saoudite. Nous avons ainsi démontré l'acquisition par les pèlerins de virus respiratoires, principalement rhinovirus, coronavirus (non MERS-CoV) et les virus grippaux, pendant leur séjour en Arabie Saoudite. Aucun n'a été testé positif pour le MERS-CoV. Aussi, une proportion importante de pèlerins a été infectée par Streptococcus pneumoniae, alors que leur couverture vaccinale contre le pneumocoque est faible. / Annually, over two million Muslims from more than 180 countries gather in the Kingdom of Saudi Arabia to perform the pilgrimage to Mecca, also known as the "Hajj". Respiratory viruses, and especially influenza virus, are the most common cause of acute respiratory infection among pilgrims.We conducted a review to summarize the evidence related to the effectiveness of non-pharmaceutical interventions in preventing the spread of respiratory infectious diseases during the Hajj. Overall, although hand hygiene compliance is high among pilgrims, face mask use and social distancing remain difficult challenges. Data about the effectiveness of these measures at the Hajj are limited, and results are contradictory, highlighting the need for future large-scale studies.In 2012 and 2013, we conducted for the first time a prospective longitudinal study of pilgrims, to determine the prevalence of viruses and bacteria potentially responsible for acute respiratory symptoms, before departing from France for the Hajj and before leaving Saudi Arabia. We thus demonstrated the acquisition of respiratory viruses, most notably rhinovirus, coronaviruses (other than MERS-CoV), and influenza viruses, by pilgrims during their stay in Saudi Arabia. None of the pilgrims was positive for MERS-CoV. Also, while vaccination coverage against pneumococcal infection is low among pilgrims, many of them have acquired Streptococcus pneumoniae.

La première partie de ma thèse est une revue donnant un aperçu du répertoire génomique des bactéries intracellulaires et de leurs symbiotes. L'objectif de cette étude est d'explorer le processus permettant aux bactéries intracellulaires d'acquérir leur mode de vie spécifique. Nous avons commencé par examiner les données à propos de l'existence ancienne de bactéries intracellulaires, leur adaptation à leur hôte et les différences entre sympatrie et allopatrie. Une comparaison du contenu génomique de plusieurs bactéries avec différents modes de vie a révélé la capacité des bactéries à échanger des gènes à des degrés différents, en fonction de l'écosystème. La deuxième partie de ma thèse porte sur la séquence du génome de la souche Diplorickettsia massiliensis 20B qui est une bactérie intracellulaire obligatoire à Gram négatif isolée à partir des tiques de Slovaquie Ixodes ricinus. Dans ma troisième et dernière partie, nous exploré le répertoire du génome de Diplorickettsia massiliensis en le comparant aux génomes de bactéries phylogénétiquement très proches de Diplorickettsia massiliensis, issues de différentes niches. Ceci a permis de révélé son mode de vie allopatrique. Dans cette étude, nous avons comparé les caractéristiques du génome de Diplorickettsia massiliensis avec vingt-neuf espèces séquencées de Gammaproteobacteria (Legionella, Coxiella burnetii, Francisella tularensis et Rickettsiella grylli) en utilisant l'approche pangénomique multi-genre. Ce travail de thèse fournit des données originales et permet d’apporter plus de lumière sur la diversité des bactéries intracellulaires. / The initial purpose of my thesis is to understand with the help of comparative genomics, genomic variations based on coexistence, by examining data on the ancient existence of intracellular bacteria, their host adaptation and the differences between sympatry and allopatry. The first part of my thesis is a review giving insight into intracellular bacterial genome repertoire and symbionts. The goal of this review is to explore how intracellular microbes acquire their specific lifestyle. Due to their different evolutionary trajectories, these bacteria have different genomic compositions. We reviewed data on the ancient existence of intracellular bacteria, their host adaptation and the differences between sympatry and allopatry. A comparison of the genomic contents of bacteria with certain lifestyles revealed the bacterial capacity to exchange genes to different extents, depending on the ecosystem. The second part of my thesis present about the genome sequence of Diplorickettsia massiliensis strain 20B which is an obligate intracellular, gram negative bacterium isolated from Ixodes ricinus ticks collected from Slovak. In the third part, we investigated the genome repertoire of Diplorickettsia massiliensis compared to closely related bacteria according to its niche, revealing its allopatric lifestyle. In this study, we compared the genomic features of Diplorickettsia massiliensis with twenty-nine sequenced Gammaproteobacteria species (Legionella strains, Coxiella burnetii strains, Francisella tularensis strains and Rickettsiella grylli) using multi-genus pangenomic approach. This thesis work provides original data and sheds light on intracellular bacterial diversity.

Le traitement des infections intracellulaires est compliqué par la capacité des bactéries à «se cacher» à l’intérieur des cellules de l’hôte, en particulier celles du système immunitaire, entravant ainsi l’action de nombreux agents antimicrobiens. La diffusion croissante de souches résistantes est très inquiétante. Dans ce cadre, les nanoparticules (NPs) constituent une stratégie prometteuse pour administrer de manière optimisée des agents antimicrobiens.Ce travail de thèse, réalisé dans le cadre du projet européen ITN Cyclon Hit, visait à développer et caractériser des NPs biodégradables et biocompatibles chargées en antibiotiques, composés d’acide polylactique (PLA), d’acide poly (lactique-co-glycolique) (PLGA) et de polycaprolactone (PCL) ou de cyclodextrines polymérisées (pCD).Les deux premiers chapitres sont consacrés aux verrous technologiques liés à l'encapsulation de certains médicaments puissants dans les NPs polymériques. Tout d'abord, ces vecteurs ont été utilisés pour la délivrance simultanée d'une combinaison de molécules actives récemment découverte, l'éthionamide (ETH) et son Booster, pour le traitement de la tuberculose. Deuxièmement, ils ont été employés pour relever les défis liés à l'incorporation d'une quinolone de première génération, l'acide pipémidique (PIP), dans le but d'optimiser sa distribution intracellulaire dans des infections telles que la salmonellose.La co-incorporation efficace de l'ETH et du booster a dû surmonter de nombreuses difficultés liées à des problèmes de solubilité, de cristallisation et de biodisponibilité. Nos NPs en PLA et en pCD ont montré leur capacité de co-encapsuler efficacement les deux molécules et tout particulièrement celles en pCD. Elles incorporent les médicaments à la fois dans les cavités des CD et dans des microdomaines hydrophobes. Les NPs en pCD, non toxiques après administration pulmonaire répétée de fortes doses, ont été administrés in vivo par voie endotrachéale directement au site d'infection. Elles ont permis une diminution de 3-log de la charge bactérienne pulmonaire des animaux infectés après seulement 6 administrations. De même, l'incorporation de PIP a été confrontée à des défis liés à la cristallisation de PIP et à sa libération incontrôlée. Malheureusement, le PIP présentait une faible affinité pour tous les matériaux polymériques étudiés et son encapsulation physique était infructueuse. Ainsi, une approche alternative a été développée en couplant le PIP au PCL via une réaction sans catalyseur initiée par le médicament. Le conjugué PCL-PIP se auto-assemble en forme de NPs avec une charge en PIP de 27%. Cependant, le PCL-PIP n'a pas pu être dégradé in vitro, mais l’approche de synthèse de conjugués est séduisante pour obtenir de particules stables et avec un contenu important en PIP.La compréhension approfondie de la structure et de la composition du noyau et de la couronne des nanostructures contenant une ou deux molécules actives est cruciale pour leur optimisation. Les deux derniers chapitres sont donc consacrés à l'application innovante de l'AFM-IR, une méthode nanospectroscopique originale combinant la microscopie à force atomique (AFM) avec la spectroscopie infrarouge (IR), à l'analyse chimique des NPs en PLGA ou à leur détection sans marquage après internalisation dans les cellules.L’AFM-IR est capable de fournir une caractérisation chimique à l'échelle nanométrique (résolution ~10 nm). Une avancée majeure du travail est l'application du mode tapping permettant l'investigation individuelle de chaque NP. Le signal IR spécifique des composants des NPs a été utilisé pour appréhender la composition chimique de leur cœur et couronne ainsi que pour localiser précisément le médicament. De plus, l'AFM-IR en mode contact a permis pour la première fois la localisation sans marquage et l'identification chimique des NP à l'intérieur des cellules. Ce travail ouvre la voie à d'innombrables applications de cette technique dans le domaine de la nanomedecine. / The treatment of intracellular infections is very challenging given the ability of bacteria to “hide” inside the cells of the host, especially the ones of the immune system, thus hampering the action of many antimicrobial agents. The battle against these bacteria has been further exacerbated by the increasing diffusion of antimicrobial resistant strains. In this frame, nanoparticles (NPs) are a very promising strategy to overcome the limitations of free antimicrobial agents by administering them in an optimized manner.This PhD work, performed as part of the European Project ITN Cyclon Hit, aimed at the development and advanced characterisation of antibiotic-loaded biodegradable and biocompatible NPs made of poly (lactic acid) (PLA), poly (lactic-co-glycolic) (PLGA) and polycaprolactone (PCL) or of polymerised cyclodextrins (pCDs).The first two chapters are dedicated to the encapsulation of powerful but challenging drugs in polymeric NPs. Firstly, these carriers were employed for the simultaneous delivery of a potent drug combination recently discovered, ethionamide (ETH) and its booster, for tuberculosis therapy. Secondly, they were used to address the challenges related to the incorporation of a first-generation quinolone, pipemidic acid (PIP), with the aim of optimising its intracellular delivery in infections such as salmonellosis.The efficient co-incorporation of ETH and booster had to overcome several technological barriers. These drugs presented solubility, crystallisation and bioavailability-related problems which were overcome thanks to the developed NPs. Our engineered PLA and pCD NPs were both able to efficiently co-encapsulate the two molecules. Among the in depth-characterised formulations, pCDs NPs displayed the best physico-chemical properties and were shown to host the drugs both in the CD cavities and in confined spaces inside NPs crosslinked polymer. The pCD NPs were administered in vivo by endotracheal route directly to the infection site. Empty NPs were shown non-toxic after repeated pulmonary administration of high doses. Moreover, loaded pCD NPs led to a 3-log decrease in the pulmonary bacterial load of infected animals after only 6 administrations. Similarly, the incorporation of PIP faced challenges mainly related to PIP crystallization and burst release. Unfortunately, PIP displayed poor affinity for all the studied polymeric materials and its physical encapsulation was unsuccessful. Thus, an alternative approach was developed by coupling PIP to PCL by using an original catalyst-free drug-initiated reaction. The PCL-PIP conjugate self-assembled in NPs with up to 27 wt% PIP which were thoroughly characterised. However, the conjugate couldn’t be enzymatically degraded. With the design of novel PCL-PIP conjugates, this self-assembly approach could represent a promising strategy.The deep understanding of the structure and composition of complex core-corona nanocarriers containing one or two active molecules is crucial for their optimisation. The last two chapters are devoted to the innovative application of AFM-IR, an original nanospectroscopic method combining atomic force microscopy (AFM) with infrared (IR) spectroscopy, to the chemical analysis of PLGA NPs or to their label-free detection after cell internalisation.AFM-IR is able to provide chemical characterisation at the nanometer scale (resolution ~10nm). One main breakthrough here is the application of the recently developed tapping mode allowing the investigation of single polymeric NPs. The specific IR signal of NPs constituents was used to unravel the chemical composition of their core and corona as well as to precisely locate the drug. Moreover, the AFM-IR in contact mode enabled for the first time the label-free localisation and unambiguous chemical identification of NPs inside cells using the polymer IR specific response as a fingerprint. This work paves the way for countless application of this technique in the field of drug delivery.

Les bactériophages sont de puissants prédateurs bactériens. Leur développement est généralement redouté dans les industries agro-alimentaires mettant en oeuvre des fermentations, car les phages sont responsables d’accidents de fabrication affectant la qualité finale du produit. Leur impact lors de la vinification est moins bien défini. Le procédé comporte une étape de fermentation malolactique (FML), qui est assurée par la bactérie lactique Oenococcus oeni. La maîtrise de la FML est un moyen efficace pour protéger la qualité et la typicité des vins, vecteurs de commercialisation. Jusqu’à présent, cette étape fondamentale du processus de vinification n’est pas toujours maîtrisée. L’explication majeure réside dans l’insuffisance de la biomasse bactérienne endogène, liée aux conditions physico-chimiques difficiles du milieu. Des solutions visant à conduire rapidement la FML sont disponibles, comme l’inoculation de souches commerciales de O. oeni. Ces stratégies n’offrent toutefois pas une totale garantie de succès, et des retards ou non déclenchements de FML sont toujours observés. Ces situations inexpliquées amènent à s’interroger sur l’impact d’autres paramètres sur la fermentescibilité malolactique. L’objectif de cette thèse était d’évaluer la présence et la diversité des bactériophages antagonistes de la bactérie lactique O. oeni présents dans l’écosystème. La diversité des prophages présents dans le pangénome de O. oeni a été explorée. La lysogénie est fréquente dans l’espèce. Quatre groupes de prophages ont été identifiés sur la base de la séquence de l’intégrase, et du site de recombinaison site-spécifique utilisé. La pertinence de la classification établie a été vérifiée sur un panel de 40 phages isolés de moûts et de vins. Nos travaux suggèrent que la lysogénie est un moyen pour O. oeni de résister aux stress et aux phages, grâce à la présence de mécanismes de résistance sur les génomes prophagiques. La stabilité de la lysogénie lors de l’inoculation de souches lysogènes dans le vin et la possible libération de dérivés lytiques sont deux paramètres à prendre en compte lors des FML spontanées, et lors de l’inoculation de levains malolactiques. Ils sont susceptibles de moduler quantitativement et qualitativement la population. / Bacteriophages are responsible for the predation of bacteria. They pose an ever-present threat to the food industries because they invade and destroy the starter and affect production. Their destructive potential is currently difficult to establish during spontaneous production of wine. Malolactic fermentation (MLF) represents a main stage in the winemaking process, and is essentially driven by the lactic acid bacterium (LAB) Oenococcus oeni. A rapid and efficient FML is essential to optimize wine quality and typicity, as sales rely on top-quality products. Up to now, this essential step is not controlled, and this results from the limited growth of MLF bacteria in wine, due to stressing conditions. Inoculation of commercial bacterial starter cultures is a strategy to improve MLF control, and will allow a rapid and complete fermentation. However, despite these evolutions, sluggish or complete failures of MLF are still reported by wine farmers, either during spontaneous or directed fermentations. Such cases suggest that additional factors need to be identified. The outline of this thesis was to demonstrate the occurrence of phages infecting O. oeni in the ecosystem and provide essential information regarding phage diversity. We analyzed prophage diversity through comparative genomics and demonstrated that lysogeny is widespread. Four prophage groups were identified according to the integrase gene sequence and attachment site used for site specific recombination. The relevance of the classification scheme was verified through the analysis of a panel of 40 phages isolated from wine and must. We suggest that lysogeny helps O. oeni to cope with stress and phage attack, through the presence of specific anti-phage mechanisms harbored by the prophages. The stability of lysogens during inoculation in wine, and the possible release of lytic particules have to be considered during spontaneous or directed MLF. They are expected to shape the population.