Les bactériocines sont des peptides antimicrobiens produits par des bactéries naturellement immunisées contre leurs propres bactériocines. Ce travail a permis l’identification de nombreuses souches productrices de peptides antimicrobiens. Ces derniers ont été extraits et purifiés par différentes techniques chromatographiques, puis identifiés et caractérisés par la mesure de leurs masses et par l’analyse de leurs structures (approche protéomique et séquençage d’Edman). Parmi les résultats obtenus, il y a :- la mise en évidence d’une nouvelle bactériocine (maltaricin CPN), appartenant à la classe IIa, isolée et identifiée chez Carnobacterium maltaromaticum ;- l’identification de trois nouvelles espèces productrices de pédiocine PA-1 ;- l’isolement de souches productrices de bactériocines multiples (appartenant à différentes classes) ;- la mise en évidence pour certaines bactériocines d’une forte activité antimicrobienne in vitro (spectres d’activité incluant des pathogènes).Les travaux se poursuivent avec l’application de deux souches productrices de bactériocines dans du lait fermenté (Lben) en vue de lutter contre L. monocytogenes.Les bactériocines sont des peptides antimicrobiens produits par des bactéries naturellement immunisées contre leurs propres bactériocines. Ce travail a permis l’identification de nombreuses souches productrices de peptides antimicrobiens. Ces derniers ont été extraits et purifiés par différentes techniques chromatographiques, puis identifiés et caractérisés par la mesure de leurs masses et par l’analyse de leurs structures (approche protéomique et séquençage d’Edman). Parmi les résultats obtenus, il y a :- la mise en évidence d’une nouvelle bactériocine (maltaricin CPN), appartenant à la classe IIa, isolée et identifiée chez Carnobacterium maltaromaticum ;- l’identification de trois nouvelles espèces productrices de pédiocine PA-1 ;- l’isolement de souches productrices de bactériocines multiples (appartenant à différentes classes) ;- la mise en évidence pour certaines bactériocines d’une forte activité antimicrobienne in vitro (spectres d’activité incluant des pathogènes).Les travaux se poursuivent avec l’application de deux souches productrices de bactériocines dans du lait fermenté (Lben) en vue de lutter contre L. monocytogenes. / Bacteriocins are antimicrobial peptides produced by bacteria naturally immunized against their own bacteriocins. This work has allowed the identification of several strains which produce antimicrobial peptides. These have been purified using different chromatographic techniques. Then, they have been identified and characterized by the measurement of their mass and by the analysis of their structure (proteomic approach/ Edman sequencing). Among the obtained results, there was:- the discovery of a new bacteriocin (maltaricin CPN) produced by C. maltaromaticum and belonging to the class IIa ;- the identification of three new pediocin PA-1 producing species;- the isolation of bacterial strains wich produce multiple bacteriocins belonging to several classes ;- the in vitro determination of a strong antimicrobial activity(affecting pathogens) with some bacteriocins.This work is still underway with the application of two bacteriocin producing strains in fermented milk (Lben) in order to tackle L. monocytogenes.

Les bactéries lactiques préviennent la contamination de produits alimentaires par des bactéries pathogènes en inhibant leur prolifération, essentiellement par la production d'acide lactique et de peptides antimicrobiens nommés bactériocines. Les bactériocines sont synthétisées par voie ribosomique. Elles sont actives contre des bactéries phylogénétiquement proches incluant des pathogènes tels que Listeria et Enterococcus. Notre étude a porté sur l'isolement et la caractérisation d'une bactériocine produite par la souche KM432Bz isolée d'une boisson fermentée des Balkans, le boza et que nous avons identifiée comme un Leuconostoc pseudomesenteroides. Des analyses structurales par spectrométrie de masse et dégradation d'Edman de la bactériocine produite par Ln. pseudomesenteroides KM432Bz ont montré que sa structure primaire était similaire à celles de deux bactériocines de classe IIa, les leucocines A et B et à la leucocine A-QU15 récemment découverte. Le système génétique impliqué dans la biosynthèse de cette leucocine a été identifié et analysé. Le gène codant la préleucocine KM432Bz est identique à ceux codant les préleucocines B et A-QU15. La leucocine produite par la souche KM432Bz présente un spectre d'activité dirigé contre des espèces proches de la souche productrice telles que Lactobacillus, Leuconostoc et Weissella ainsi que des espèces pathogènes appartenant aux genres Listeria, Enterococcus et Streptococcus avec des concentrations minimales inhibitrices comprises entre 0,08 et 10 μM. Par ailleurs, il a été montré que le facteur de transcription s54, impliqué dans la transcription de la mannose perméase du système phosphotransférase, est impliqué dans la sensibilité de Listeria monocytogenes à cette bactériocine.

Il a été montré que la consommation de Lactobacillus pouvait avoir des conséquences sur le poids de l’hôte, et ce, en fonction de la souche inoculée. Nous avons voulu comprendre le mécanisme par lequel ces microorganismes prolifèrent dans le tube digestif et induisent un changement de poids. Nous avons exploré la production de bactériocines permettant aux souches de Lactobacillus de croître au détriment des autres micro-organismes. Nous avons constitué une base de données de bactériocines nommée BUR et recherché les bactériocines dans les génomes de bactéries du tube digestif humain. Nous avons observé une abondance de bactériocines dans les génomes des bactéries du tube digestif, majoritairement dans les Firmicutes. Aussi, nous avons approfondi l’étude du profil métabolique des souches de Lactobacillus par une approche génomique et dans une analyse in vitro. Nous avons constaté que les souches de Lactobacillus dont la consommation induit une perte de poids possèdent des enzymes qui empêchent l'obésité en réduisant les niveaux de glucose dans le sang, les niveaux de triacylglycérols sériques, la masse corporelle et l'accumulation de graisse, tandis que les génomes des souches dont la consommation induit un gain de poids codent pour plusieurs enzymes favorisant la production de fructose, et mobilisent l'énergie et le carbone stocké dans les acides gras. De ce fait, nous pouvons dire que les espèces de Lactobacillus jouent un rôle important dans la digestion des nutriments, avec un effet direct sur le changement de poids. / It has been shown that Lactobacillus consumption could affect the weight of the host, and led consequently to significant weight gain or loss, depending on the strain. We wanted to understand the mechanism by which these microorganisms induce weight change. We explored the various known mechanisms, including the production of bacteriocins, allowing Lactobacillus strains to grow at the expense of other microorganisms. We established a bacteriocin database, named BUR, and search for bacteriocins in the genomes of human gut bacteria. We observed an abundance of bacteriocins in the genomes of bacteria in the digestive tract, predominantly in Firmicutes. We also have deepened the study of the metabolic profile of Lactobacillus strains, both by a genomic approach and in an in vitro assay, to better understand the pathophysiology of obesity. We have found that Lactobacillus strains whose consumption induces weight loss possess enzymes which prevent obesity by reducing glucose levels in blood, serum triacylglycerols levels, body weight and the accumulation of fat, whereas the genomes of strains whose consumption leads to weight gain encode several enzymes promoting the production of fructose and mobilize energy and the carbon stored in the fatty acids. Therefore, we can say that Lactobacillus species are important in the digestion of nutrients and can have a great influence on carbohydrate and lipid metabolism, with direct effect on weight change.

Un des enjeux en génie microbien est de produire des quantités élevées de protéines. Parmi les hôtes disponibles pour la production hétérologue de protéines, Lactococcus lactis est une bactérie à fort potentiel. Son innocuité et son caractère gram positif en fait un hôte de choix pour la production de protéines d'intérêt. Parmi ces protéines figurent des bactériocines, qui sont des proteines antibactériennes pouvant être utilisées à des fins de sécurité sanitaires des aliments voire comme antibiotique. Ces travaux ont pour ambition d'améliorer la production hétérologue de la bactériocine pédiocine chez L. lactis au niveau quantitatif et qualitatif en ciblant respectivement les étapes de sécrétion et de maturation post-traductionnelle. La sécrétion a été améliorée en insérant les pro-peptides SD ou LEISSTCDA entre le peptide signal de sécrétion et la séquence de la bactériocine. Il a été montré que cette insertions n’affectent pas l’activité antibactérienne. L’analyse in silico de l’opéron responsable de la production de pédiocine chez la bactérie productrice sauvage a révélé que le gène pedC code une protéine prédite comme thiol-disulfide oxydoréductase, suggérant un rôle de cette protéine dans le statut redox des cystéines de la pédiocine. La co-expression de PedC avec la pédiocine recombinante a permis d’augmenter son pouvoir antibactérien. Les résultats obtenus pendant cette thèse ont ainsi montré que la production de pédiocine par L. lactis peut être améliorée par fonctionnalisation de l’extrémité N-terminale sans effet significatif sur le potentiel antibactérien et que PedC joue un rôle majeur dans le potentiel antibactérien de la pédiocine / Lactococcus lactis is considered an efficient cell factory for recombinant protein production. It is able to produce and secrete class IIa bacteriocins such as pediocin PA-1 via the general secretion (Sec) pathway. However, the positive charges at the N-terminus of pediocin PA-1 might impair secretion via the Sec secretion pathway and the obtained recombinant pediocin has been described as less potent than the pediocin from the natural producer. The impact of two propeptides on the production yield and on the potency of recombinant pediocins was investigated. The nucleotide sequences encoding the propeptides SD or LEISSTCDA were inserted between the sequence encoding the signal peptide of Usp45 and the structural gene of the mature pediocin PA-1. Both propeptides improved secretion of the recombinant pediocins. Although no major impact on the antibacterial activity of recombinant pediocins was observed, all recombinant bacteriocins produced in L. lactis were less potent than wildtype pediocin. Co-expression of the putative thiol-disulfide oxidoreductase PedC, which is encoded by the pediocin PA-1 operon, with the recombinant pediocins allowed to significantly decrease the minimal inhibitory concentration of the produced bacteriocins. To our knowledge, this report shows for the first time that the propeptides SD or LEISSTCDA lead to an improved secretion of recombinant pediocins with apparently no effect on the antibacterial potency and that PedC plays a major role in the potency of pediocin

Les antibiotiques sont des médicaments qui ont changé notre manière d’aborder les infections bactériennes et sont devenus l’un des symboles de la médecine moderne. Cependant leur utilisation massive a conduit à l'émergence de souches bactériennes multirésistantes. Ce problème est sans aucun doute un des grands défis que la médecine actuelle doit relever. Sachant que les bactéries évoluent à un rythme plus rapide que la production de nouveaux antibiotiques, il est urgent de trouver des approches alternatives. Il a été mis en évidence que ces mêmes bactéries sont capables de sécréter différents peptides antimicrobiens, ou bactériocines. Ces macromolécules présentent une grande diversité structurale et sont très efficaces pour combattre un grand nombre de souches pathogènes de façon spécifique. Les bactériocines ont un immense potentiel dans les domaines agroalimentaire et pharmaceutique. Notre projet s’intéresse aux bactériocines RumCs produites par une souche dérivée de Ruminococcus gnavus, une bactérie anaérobie stricte, membre dominant du microbiote intestinal humain. Le travail présenté dans ce manuscrit concerne la mise au point d’un système d’expression et de maturation hétérologue chez E. coli de la bactériocine RumC1. La caractérisation biochimique du peptide RumC1 montre que les bactériocines RumCs appartiennent à la famille des sactipeptides pour laquelle l’étape de biosynthèse fait intervenir une enzyme radical-SAM. Les sactipeptides présentent dans leurs séquences peptidiques un ou plusieurs ponts thioéther entre une cystéine et le carbone alpha d’un acide aminé partenaire. RumC1 renferme 4 ponts thioéther ce qui lui confère une structure originale en double épingle à cheveux. L’activité biologique de RumC1 montre que ce peptide est efficace contre un large spectre de bactéries à Gram positif incluant des pathogènes résistants tels que S.aureus et E. faecalis. Dans ces études nous n’avons pas noté de toxicité significative de RumC1 sur différentes lignées cellulaires humaine ni observé de phénomène de résistance. Les travaux en cours visent notamment à définir le mode d’action de RumC1 et à évaluer l’activité biologique de RumC1 dans un contexte d’infection in vivo chez la souris. / Antibiotics are drugs that have changed the way we approach bacterial infections and have become one of the symbols of modern medicine. However, their widespread use has led to the emergence of multiresistant bacterial strains. This problem is undoubtedly one of the major challenges facing today's medicine. Knowing that bacteria evolve at a faster rate than the discovery of new antibiotics, it is urgent to find alternative approaches. It has been shown that these same bacteria are capable of secreting antimicrobial peptides, the bacteriocins. These macromolecules have a high structural diversity and are very effective in combating a large number of pathogenic strains in a specific way. Bacteriocins have immense potential in the agro-food and pharmaceutical sectors. Our project focuses on the bacteriocins RumCs produced by a strain derived from Ruminococcus gnavus, a strict anaerobic bacterium of the human intestinal microbiota. The work presented in this manuscript concerns the development of a heterologous expression and maturation system in E. coli of the bacteriocin RumC1. The biochemical characterization of the RumC1 peptide shows that the RumCs bacteriocins belong to the family of sactipeptides for which the biosynthesis step involves a radical-SAM enzyme. The sactipeptides have in their peptide sequences one or more thioether bridges between a cysteine and the alpha carbon of a partner amino acid. RumC1 contains 4 thioether bridges which gives it an original structure in double hairpin. The biological activity of RumC1 shows that this peptide is effective against a broad spectrum of Gram-positive bacteria including resistant pathogens such as S.aureus and E. faecalis. In these studies, we did not note any significant toxicity of RumC1 on different human cell lines nor observed resistance phenomena. Current work aims to define the mode of action of RumC1 and to evaluate the biological activity of RumC1 in an in vivo context of infection in mice.