Cette thèse regroupe des travaux concernant le biais d'usage de codons et son rôle chez les bactéries et leurs phages, en particulier sur les processus de traduction et l'organisation des génomes bactériens. Après une introduction portant sur i) la traduction chez les procaryotes, et ii) les techniques de classification et leurs liens avec la théorie de l'information, un nouvel algorithme de partition d'un ensemble de gènes en fonction de leur usage de codons est présenté. Son application aux génomes d'E. coli et de B. subtilis permet de mettre en évidence plusieurs phénomènes. Le génome de ces organismes se décompose respectivement en 4 et 5 groupes de gènes ayant des usages de codons distincts. Les gènes du même groupe tendent à partager des fonctions similaires, et sont organisés sur le chromosome en domaines cohérents d'une longueur de 10 à 15 gènes. Cette organisation non triviale pourrait permettre une régulation de la vitesse de traduction des gènes en fonction de leur similarité avec leur environnement génétique. <br />Dans la seconde partie le biais de codons et le contenu en ARN de transfert (ARNt) de bactériophages sont analysés, comparativement à ceux de leurs hôtes. L'étude statistique montre que le contenu en ARNt des phages n'est pas aléatoire, mais biaisé en faveur d'ARNt complémentaires aux codons fréquents dans le génome du phage. Un modèle d'équation maîtresse montre que cette distribution des ARNt au sein des génomes de phages pourrait être le résultat de deux processus : l'acquisition aléatoire par le phage d'ARNt, parmi ceux de l'hôte, et la perte préférentielle des ARNt correspondants à des codons moins utilisés par le phage que par son hôte. Un tel mécanisme permettrait au phage de s'adapter en ne conservant au final que les ARNt présents en quantité insuffisante chez son hôte pendant l'infection. Finalement, on observe plus d'ARNt chez les phages lytiques que chez les tempérés, laissant supposer que les processus de traduction sont soumis à une plus forte pression de sélection chez eux.

Les infections nosocomiales sont causées par des germes opportunistes souvent résistants aux antibiotiques et persistants sur les surfaces, représentant une source constante de risque d’infection en milieu hospitalier. Dans ce contexte, l’isolement et la caractérisation de bactériophages s’attaquant spécifiquement aux bactéries nosocomiales telles que Staphylococcus aureus résistant (SARM), Enterococcus résistant (ERV), Pseudomonas aeruginosa et Acinetobacter baumanii, pourraient fournir une alternative bactéricide naturelle contre la transmission de ces infections. Des phages isolés des eaux usées, ont été sélectionnés selon leur capacité d’amplification, leur profil génomique et leur potentiel lytique envers différentes souches bactériennes cliniques. Les meilleurs ont été caractérisés en détail pour s’assurer de leur spécificité, sécurité, stabilité et efficacité préalablement à leur utilisation in vivo. Sept phages contre SARM et trois contre Acinetobacter baumanii ont été caractérisés. Quatre phages SARM s’avèrent être de bons candidats potentiels et pourraient être testés en milieu hospitalier comme agents désinfectants dans le but de lutter contre les infections nosocomiales. / Nosocomial infections are directly related to opportunistic germs, which are often resistant to antibiotics and persistent on surfaces, representing a high infectious risk in hospitals. In this context, the isolation and characterization of bacteriophages specifically targeting nosocomial bacteria such as resistant Staphylococcus aureus (MRSA), resistant Enterococcus (VRE), Pseudomonas aeruginosa and Acinetobacter baumanii, could provide a natural bactericidal alternative against the transmission of these infections. Phages, isolated from waste water, were selected according to their capacity of amplification, their genomic profile and lytic potential towards various bacterial clinical strains. The best ones were characterized in detail to primarily ensure their specificity, safety, stability and effectiveness, before studying their in vivo usage. Seven phages against MRSA and three against Acinetobacter baumanii were characterized. Four MRSA phages proved to be good potential candidates and could be tested in hospitals as disinfectant agents with the aim of fighting nosocomial infections.

Bacteriophage genomes show pervasive mosaicism, indicating that horizontal gene exchange plays a crucial role in their evolution. Phage genomes represent unique combinations of modules, each of them with a different phylogenetic history. Thus, a web-like, rather than a hierarchical scheme is needed for an appropriate representation of phage evolutionary relationships. Part of the virology community has long recognized this fact and calls for changing the traditional taxonomy that classifies tailed phages according to the type of genetic materials and phage tail and head/capsid morphologies. Moreover, based on morphological features, the current system depends on inspection of phage virions under the electron microscope and cannot directly classify prophages. With the genomic era, many phages have been sequenced that are not classified, calling for development of an automatic classification procedure that can cope with the sequencing pace. The ACLAME database provides a classification of phage proteins into families and assigns the families with at least 3 members to one or several functions.<p>In the first contribution of this work, the relative contribution of those different protein families to the similarities between the phages is assessed using pair-wise similarity matrices. The modular character of phage genomes is readily visualized using heatmaps, which differ depending on the function of the proteins used to measure the similarity. <p>Next, I propose a framework that allows for a reticulate classification of phages based on gene content (with statistical assessment of the significance of number of shared genes). Starting from gene/protein families, we built a weighted graph, where nodes represent phages and edges represent phage-phage similarities in terms of shared families. The topology of the network shows that most dsDNA phages form an interconnected group, confirming that dsDNA phages share a common gene pool, as proposed earlier. Differences are observed between temperate and virulent phages in the values of several centrality measures, which may correlate with different constraints to rampant recombination dictated by the phage lifestyle, and thus with a distinct evolutionary role in the phage population. <p>To this graph I applied a two-step clustering method to generate a fuzzy classification of phages. Using this methodology, each phage is associated with a membership vector, which quantitatively characterizes the membership of the phage to the clusters. Alternatively, genes were clustered based on their ‘phylogenetic profiles’ to define ‘evolutionary cohesive modules’. Phages can then be described as composite of a set of modules from the collection of modules of the whole phage population. The relationships between phages define a network based on module sharing. Unlike the first network built from statistical significant number of shared genes, this second network allows for a direct exploration of the nature of the functions shared between the connected phages. This functionality of the module-based network runs at the expense of missing links due to genes that are not part of modules, but which are encoded in the first network. <p>These approaches can easily focus on pre-defined modules for tracing one or several traits across the population. They provide an automatic and dynamic way to study relationships within the phage population. Moreover, they can be extended to the representation of populations of other mobile genetic elements or even to the entire mobilome.<p>Finally, to enrich the phage sequence space, which in turn allows for a better assessment of phage diversity and evolution, I devise a prophage prediction tool. With this methodology, approximately 800 prophages are predicted in 266 among 800 replicons screened. The comparison of a subset of these predictions with a manually annotated set shows a sensitivity of 79% and a positive predictive value of 91%, this later value suggesting that the procedure makes few false predictions. The preliminary analysis of the predicted prophages indicates that many may constitute novel phage types.<p>This work allows tracing guidelines for the classification and analysis of other mobile genetic elements. One can foresee that a pool of putative mobile genetic elements sequences can be extracted from the prokaryotic genomes and be further broken down in groups of related elements and evolutionary conserved modules. This would allow widening the picture of the evolutionary and functional relationships between these elements.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les bactéries constituent le socle de presque tous les écosystèmes et l’étude de leurs dynamiques face aux perturbations biotiques et abiotiques est essentielle à la compréhension de leur maintien, de leur évolution et de leur diversification. Cette thèse vise à une meilleure appréhension de l’impact des bactériophages et des antibiotiques sur l’écologie évolutive des populations bactériennes et, plus particulièrement, sur l’évolution de leurs comportements sociaux. Dans une première partie, nous avons étudié comment les antibiotiques (Chapitres 1 et 2) et les phages (Chapitre 3) affectent les interactions fondées sur la production de biens publics ainsi que l’évolution de la résistance dans les populations de Pseudomonas aeruginosa, en combinant modélisation mathématique et évolution expérimentale. Nous avons montré que les phages et les antibiotiques favorisent les tricheurs face aux coopérateurs dans les environnements homogènes. Alors que l’avantage des tricheurs permet la croissance de la population et augmente la fréquence de résistance à court terme (Chapitre 1), les populations dominées par les tricheurs finissent par décliner en présence de phages, vraisemblablement suite aux pressions combinées des phages et des tricheurs (Chapitre 3). Dans une seconde partie, nous avons exploré in vitro les interactions complexes entre les phages et les antibiotiques dans le contexte des thérapies combinées. Conformément à la prédiction de la théorie de l’évolution selon laquelle plusieurs moyens de contrôle combinés sont plus efficaces que chacun séparément, nous avons montré que l’usage simultané de phages et d’antibiotiques réduit davantage la survie et la résistance des populations. Si ce résultat principal peut être modulé par différents facteurs tels que la dose d’antibiotiques (Chapitres 4 et 5), le moment d’inoculation (Chapitre 4), et le mode d’action des antibiotiques (Chapitre 5), il persiste sur le long terme (Chapitre 5). Nos résultats soulignent la complexité des interactions entre les effets négatifs des phages et des antibiotiques et l’écologie évolutive des populations bactériennes et apportent de nouveaux éléments à la fois à la compréhension de l’évolution de la socialité et à l’usage thérapeutique potentiel des phages et des antibiotiques. / Bacteria are the basis of virtually all ecosystems and examining their dynamics in the face of biotic and abiotic perturbations is essential to understanding their persistence, evolution and diversification. This thesis is directed towards a better understanding of the impact of phage and antibiotic pressure on the evolutionary ecology of bacterial populations and, in particular, on the evolution of bacterial social behaviours. First, using a combination of mathematical modelling and experimental evolution, we studied how antagonisms in the form of antibiotics (Chapters 1 and 2) and phages (Chapter 3) affect the dynamics of public goods production and strategies, and the evolution of resistance in populations of the bacterium Pseudomonas aeruginosa. We found that both phages and antibiotics favour cheats over cooperators in well-mixed environments. While the advantage to cheats leads to population growth and even increased resistance frequency in the short-term (Chapter 1), the cheat-dominated populations eventually declined in the presence of phage predators, arguably due to the combination of antagonist pressure and cheating load (Chapter 3). Second, based on the evolutionary prediction that multiple control agents will be more efficient at controlling bacterial populations and reducing the evolution of resistance, we investigated in vitro the complex interactions between phages and antibiotics in the context of combined therapies. We showed that the combination of phages and antibiotics decreased population survival and resistance evolution significantly more than either alone. While this main result may be mitigated by several factors such as antibiotic dose (Chapters 4 and 5), the timing of inoculation (Chapter 4), and antibiotic mode of action (Chapter 5), it is also obtained in longer-term assays (Chapter 5). Our results highlight the complexity of the interplay between the negative effects exerted by antibiotics and phages and the evolutionary ecology of bacterial populations, and bring new insights both to the understanding of social evolution and for the potential therapeutic use of phages and antibiotics.

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.

La reconnaissance spécifique du génome viral et son encapsidation est une étape cruciale pour l’assemblage de particules virales. Chez SPP1, comme chez d’autres bactériophages à queue, le moteur moléculaire qui encapside le génome viral est composé de la terminase, une enzyme hétéro-oligomérique qui possède une activité ATPasique et nucléasique, et de la protéine portale, un oligomère cyclique par lequel l’ADN viral est transloqué. Dans un grand nombre de ses virus, l’encapsidation de l’ADN est initiée par la reconnaissance et le clivage d’une séquence spécifique nommée « pac ». C’est un évènement qui se produit une seule fois au début d’une série de cycles d’encapsidation processive à partir d’un concatémère issu de la réplication du génome du phage. La région pac de SPP1 contient deux séquences (pacL et pacR) où TerS (gp1) se lie entourant la région (pacC) où TerL (gp2) coupe l’ADN de SPP1.Ici, nous montrons qu’une région de la séquence pacL et qu’un motif polyadénine de pacR agissent ensemble pour promouvoir le clivage en pacC. La dégénération de la région pacC n’a pas montré d’effet sur que le clivage endonucléolytique qui a lieu à une position bien définie de pacC avec une précision de ~6 pb. Des études avec des phages proches de SPP1 ont montré une conservation dans la position du clivage, malgré des variations dans pacC, pacR ou dans la distance entre pacL et pacC. Les données sont compatibles avec un modèle dans lequel TerS interagit spécifiquement avec la région pacL, sur laquelle le multimère cyclique TerS doit s’enrouler, et le motif polyadénine de la région pacR. Le complexe nucléoprotéique résultant va créer un contexte structural qui permet de recruter et positionner le domaine nucléase de TerL pour une coupure très précise sur pacC sans spécificité de séquence. / The specific recognition of the viral genome and its packaging is a critical step in viral particle assembly. In SPP1, as in many tailed bacteriophages, the macromolecular motor that encapsidates viral DNA is composed of terminase, a hetero-oligomeric enzyme possessing ATPase and nuclease activities, and of portal protein, a cyclic oligomer through which DNA is translocated. In a large number of these viruses, DNA packaging is initiated by recognition and cleavage of a specific sequence pac. This event occurs once at the beginning of a series of processive encapsidation events along a substrate concatemer of replicated phage genomes. The SPP1 pac region has two sequences where TerS (gp1) binds (pacL and pacR) flanking the segment where TerL (gp2) cleaves the SPP1 DNA (pacC). Here we show that a sequence segment of pacL and a poly-adenine motif in pacR act together to promote cleavage at pacC. Extensive degeneration of pacC sequence has no detectable effect in pac cleavage. The endonucleolytic cut occurs at a defined position with a precision of ~6 bp. Studies with SPP1-related phages show conservation of the cut position, irrespectively of sequence variation in pacC, in pacR or changes in pacL-pacC distance. The data is compatible with a model in which TerS interacts specifically with a region of pacL that probably wraps around the TerS cyclical multimer, and a poly-A tract in pacR. The resulting nucleoprotein complex architecture positions TerL for accurate cleavage at pacC without specific sequence requirement.

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.

Les bactériophages (ou phages) sont des prédateurs de bactéries et sont redoutés dans les productions agro-alimentaires mettant en œuvre des fermentations. En œnologie, la transformation du jus de raisin en vin fait appel à différents types de fermentation. La fermentation alcoolique est réalisée par des levures, et peut être suivie par une fermentation malolactique (FML), notamment pour les vins rouges, afin d’améliorer la stabilité microbiologique et les qualités organoleptiques du produit. La bactérie lactique OEnococcus oeni (O. oeni) appartient à la famille des Leuconostocaceae et est l’acteur principal de la FML. Des souches d’O. oeni sont utilisées comme levain malolactique, et inoculées dans le vin pour mieux maitriser les fermentations. O. oeni rencontre dans son environnement des phages spécifiques appelés oenophages. Toutefois, bien que la présence de ces oenophages ait été constatée, leur diversité reste à ce jour peu explorée, tout comme leurs implications dans l’élaboration du vin. Une fréquence élevée de la lysogénie a été observée dans l’espèce et parmi les levains commercialisés. Les risques associés a la présence de phages ou à la lysogénie sont des paramètres peu abordés dans la filière. Afin de répondre à ces interrogations, dans un premier axe, la diversité des oenophages a été étudiée en isolant des phages à partir d’une large collecte d’échantillons œnologiques menée dans le sud-ouest de la France. L’analyse d’échantillons de différents types de vin, de différents cépages, collectés à différentes étapes de la vinification nous a permis de mettre en lumière une diversité génomique des oenophages non suspectée. Nous avons initié le développement de nouveaux outils moléculaires pour étudier la dynamique des populations bactériennes et phagiques dans le contexte œnologique. Ainsi, une première approche par Digital Droplet PCR a été utilisée pour détecter et quantifier les populations lysogènes. Dans un deuxième axe, l’interaction phage-hôte en présence de composés phénoliques du vin a été étudiée. Les travaux suggèrent que la croissance d’O. oeni en présence de certains flavonols et acides phénoliques réduit la capacité d’adsorption des phages sur leur hôte. / Bacteriophages are viral predators of bacteria and a major concern in fermentations involved in food processing industry. In winemaking, transformation of grape juice into wine involves different types of fermentations. Alcoholic fermentation is driven by yeasts, and can be followed by malolactic fermentation (MLF), especially for red wines, which can improve microbial stability and sensorial quality of wine. The lactic acid bacterium OEnococcus oeni (O. oeni), member of Leuconostocacae family, is generally responsible for the MLF process. Strains of O. oeni are also used as starters to master MLF. O. oeni encounters specific phages called oenophages. Even though the presence of oenophages has been observed, their diversity remains poorly investigated, just like their implications in winemaking. However, high frequency of lysogeny has been observed among O. oeni strains and starters. Risks linked with the presence of phages and lysogeny are questioned in the sector. In the first part of this thesis, oenophages diversity has been studied with the isolation of a large number of phages during the collection of a broad range of oenological samples in South West France. Analysis of samples coming from different wine types and varieties, collected at different steps of winemaking enabled us to highlight an underestimated genomic diversity. We also initiated the development of new molecular tools to study population dynamics among phages and hosts in the winemaking context. Thus, a first approach by Digital Droplet PCR has been used to detect and quantify lysogenic strains. In the second part, phage-host interactions in the presence of wine phenolic compound were investigated. Our results suggest that growth of O.oeni cells in the presence of particular flavonols and phenolic acids reduces adsorption capacities of phages on their host.

Introduits dans l’environnement par l’intermédiaire de sources ponctuelles et diffuses, les virus et les bactériophages entériques peuvent se propager dans les cours d’eau par l’intermédiaire de différentes voies de dissémination. Détectées à la fois dans les eaux de surface et les sédiments des rivières, ces particules virales demeurent inertes dans le milieu hydrique. Leur propagation dépend donc uniquement des nombreuses interactions qu’elles partagent avec leur environnement. Qui plus est, la contamination virale des ressources en eau semble étroitement liée aux variations hydro-climatologiques. Mais malgré les connaissances déjà acquises à ce sujet, de multiples zones d’ombre subsistent concernant les variables et facteurs contrôlant le comportement in situ des particules virales dans le milieu hydrique. L’objectif de ce travail a donc été de définir le transport et le devenir des bactériophages ARN F-spécifiques dans une rivière en fonction de leurs caractéristiques propres et des conditions hydro-climatologiques. L’application de stratégies et méthodologies originales, tirées du domaine de l’hydrologie comme l’utilisation du temps de résidence de la masse d’eau ou l’échantillonnage automatique à haute fréquence, a permis d’étudier les comportements des bactériophages ARN F-spécifiques in situ. L’influence des facteurs environnementaux et plus particulièrement de la température de l’eau et du débit de la rivière sur la propagation et la survie in situ de ces particules infectieuses dans la colonne d’eau a été démontrée. Dans les sédiments, une distribution spatiale des bactériophages ARN F-spécifiques infectieux a été mise à jour. Cette particularité a pu être comprise et déchiffrée grâce à la combinaison de la caractérisation du sédiment et de l’étude du comportement d’attachement des quatre génogroupes. Les transferts de particules virales entre la colonne d’eau et les sédiments ont également pu être mis en exergue et s’avèrent être fortement dépendants des conditions hydro-climatologiques. Ainsi, la dynamique des bactériophages ARN F-spécifiques a pu être mieux appréhendée, et de même, les origines et la nature de la pollution virale ont été mieux discernées lors d’événements de crues. L’ensemble de ces résultats permet de compléter le puzzle de la dynamique des bactériophages ARN F-spécifiques dans la rivière. Les nouvelles approches expérimentales et méthodes d’analyse mises en place devraient permettre d’aboutir à une meilleure évaluation des risques viraux pour la santé humaine liés à l’utilisation des ressources en eau / Introduced into the environment through point and diffuse sources, enteric viruses and bacteriophages can be spread in watercourses via various dissemination routes. Detected in both surface water and river sediment, these viral particles remain inert in environmental water. Their spread is governed by many interactions that they have with their direct environment. Moreover, viral contamination of water resources is closely related to hydro-climatological variations. Despite the important knowledge already reported on this subject, many grey areas remain about the variables and factors controlling the in situ behavior of viral particles in environmental water. The aim of this study was therefore to define the transport and fate of F-specific RNA bacteriophages in a river according to their intrinsic characteristics and hydro-climatological conditions. The application of innovative strategies and methodologies from the hydrological science domain, such as the use of the residence time of the river water mass or high frequency automatic sampling, allowed studying the in situ behavior of F-specific RNA bacteriophages. The influence of environmental factors, especially water temperature and flow rate, has been demonstrated to have an impact on the in situ propagation and survival of infectious viral particles in the water column. Furthermore, the spatial distribution of infectious F-specific RNA bacteriophages was underlined in sediments. The accurate characterization of sediment and the study of the attachment capacity of the four genogroups explained this specific distribution. Finally, transfers of viral particles between the water column and sediment was highlighted and appeared to be highly dependent on hydro-climatological conditions. Besides the gained knowledge of the dynamics of F-specific RNA bacteriophages, the sources and origins of viral pollution of streams during rain and flood events were elucidated. This work helps completing the jigsaw puzzle on presence and transmission of F-specific RNA bacteriophages in river systems. The novel experimental approach further enhances human health-dependent viral risk evaluation linked to water resource utilization and management

Les Escherichia coli entérohémorragiques (EHEC) sont responsables de toxi–infections alimentaires conduisant à des colites hémorragiques pouvant se compliquer d'un syndrome hémolytique et urémique. Le facteur majeur de pathogénicité est la production de Shiga-toxines (Stx), dont la toxine Stx2. Nous avons étudié la production de toxine Stx2 in vitro par des souches STEC provenant de diverses origines (bovine ou clinique), appartenant à divers séropathotypes, et codant pour différents variants Stx2. Nous avons montré que les souches O157:H7 les plus pathogènes possèdent le variant stx2 et produisent de fortes quantité de Stx2 en conditions basales comme en présence d'un inducteur du système SOS. Les souches non-O157 présentant ces caractéristiques pourraient représenter un risque pour la santé humaine. Nous avons ensuite étudié l'effet de molécules présentes dans le tube digestif sur la synthèse de Stx2 par E. coli O157:H7. Les auto-inducteurs AI-2 et AI-3 du quorum sensing, produits par le microbiote intestinal, n'influencent pas la synthèse de Stx2, non plus que l'hormone intestinale norépinéphrine. Cependant, la protéine régulatrice QseA impliquée dans une voie de signalisation par le quorum sensing serait un activateur transcriptionnel de stx2. Enfin, nous avons étudié la production de Stx2 par la souche EHEC O157:H7 EDL 933 dans un milieu se rapprochant le plus possible de celui rencontré in vivo par les EHEC, en particulier grâce à un modèle de rats associés au microbiote intestinal humain. Nous avons ainsi montré que le microbiote humain inhibe la transcription de stx2 par l'inhibition de la transcription de recA même lors de l'induction du système SOS, et que cette inhibition peut être en partie attribuée à l'espèce Bacteroides thetaiotaomicron.