Ce doctorat s'intègre dans les programmes OPUR et Piren-Seine et a eu pour vocation d'améliorer les connaissances actuelles sur l'influence des rejets urbains de temps de pluie sur la spéciation et la biodisponibilité des métaux dans les systèmes sous forte pression urbaine tel que la Seine. En effet l’impact des métaux lourds dans le milieu récepteur sur les organismes vivants dépend d'une part de leurs teneurs totales mais aussi et surtout de leur biodisponibilité. Il est généralement admis que la forme biodisponible des métaux lourds pour les organismes vivants est la forme dissoute libre. Les RUTP vont donc pouvoir considérablement modifier la teneur et la biodisponibilité des métaux lourds dans le milieu naturel dans la mesure où ces rejets sont fortement chargés en matière organique dissoute (MOD) qui va influencer considérablement, avec la MOD déjà présente dans le cours d'eau, la spéciation des métaux dans le milieu étant donnée sa capacité à complexer ces derniers et sa tendance à diminuer leur biodisponibilité. La compréhension de l'influence de la MOD sur la spéciation et la biodisponibilité des métaux suppose en outre que l'on connaisse précisément sa composition chimique ou plus exactement ses groupements fonctionnels. C'est pourquoi une partie de ces travaux est consacrée à la caractérisation de la matière organique dissoute d'origine naturelle et urbaine par son fractionnement selon le critère de polarité. Une caractérisation plus fine a été réalisée à l'aide des analyses fonctionnelles permettant ainsi de mieux aborder l'influence de la MOD sur la spéciation et la biodisponibilité du cuivre. Parallèlement à l'étude de caractérisation de la MOD, ce travail s'attache à mieux cerner le rôle de la MOD d'origine urbaine en particulier de la MOD hydrophile sur la spéciation et la biodisponibilité du cuivre. Dans cet objectif, la technique potentiométrique à l'aide d'électrode ionique spécifique ainsi que des biotests de toxicité aiguë (Daphnia magna) ont permis :- d'étudier la complexation du cuivre par les MOD afin notamment de fournir des paramètres de complexations des MOD hydrophiles peu connues jusqu'à présent et ainsi mieux prédire le transport des métaux en milieu urbain.- d'évaluer le rôle protecteur de la MOD d'origine urbaine sur la biodisponibilité du cuivre. Les résultats ont montré que la MOD issue des rejets urbains et rejetée dans le milieu récepteur présente des caractéristiques originales à savoir un fort pourcentage de MOD hydrophile, c'est à dire une faible hydrophobicité et un degré d'aromaticité peu marqué soulignant le caractère peu réfractaire de cette MOD. En revanche une plus grande diversité fonctionnelle de la MOD d'origine urbaine par rapport à la MOD naturelle a été mise en évidence notamment par un taux de structures protéiques très important. Les résultats obtenus vis-à-vis des MOD d'origine urbaine ont montré une réactivité particulière vis-à-vis du cuivre. En effet les rejets urbains ont montré une teneur en sites complexant plus élevée que ce qu'il est observé pour des matières organiques naturelles. Le rôle particulier de groupements amines dans la complexation du cuivre a été mis en évidence. L'approche utilisée pour évaluer la biodisponibilité du cuivre a révélé pour l'ensemble des MOD un effet protecteur vis-à-vis du cuivre sur les organismes vivants. Une corrélation positive de cet effet avec la teneur en eaux usées été mise en évidence, notamment pour les MOD des RUTP et plus particulièrement pour la fraction hydrophile (HPI), signalant ainsi la forte influence de la MOD d'origine urbaine sur la biodisponibilité et la toxicité du cuivre / This thesis was carried out on the framework of the OPUR and Piren-Seine programs. The main objectives were to improve the current knowledge on the influence of combined sewer overflows (CSO) on metal speciation and bioavailability in urban aquatic system. Indeed, the impact of heavy metals in the receiving environment on the life of microorganisms depends on a portion of their total concentrations but also and especially of their bioavailability. It is generally recognized that the bioavailable heavy metals to microorganisms is dissolved free. The CSO's will be able to significantly change the content and bioavailability of heavy metals in the environment in so far as these discharges are heavily loaded with dissolved organic matter (DOM) which will considerably influence with the DOM already present in course of water the speciation of metals in the environment given its ability to complex metals and its tendency to decrease their bioavailability. The understanding of the influence of DOM on trace metal speciation and bioavailability required that the chemical composition of DOM, more exactly its binding sites should be well understood. Therefore, one part of this research focused on the characterization of DOM of natural and urban origin by fractionation according to the criteria of polarity. A finer characterization was performed using functional analyses that were of prime importance to better understand the influence of DOM on copper speciation and bioavailability. Alongside the characterization study of the DOM, this work aims to better understand the role of urban DOM in particular hydrophilic fraction on the speciation and bioavailability of copper. To accomplish these objectives, the technique such as potentiometry with ionic selective electrode and bioassay such as an acute toxicity test (Daphnia magna) were performed in order to: - Study the copper binding by DOM in order to give some binding parameters of hydrophilic DOM and to better predict the fate of the trace metal. - Evaluate the protective role of urban DOM on copper bioavailability. Results showed some particular characteristics of urban DOM such as a high proportion of hydrophilic DOM, i.e. a low hydrophobicity and a low degree of aromaticity underlying the low refractory character of this DOM. Nevertheless a higher content of various functional groups was determined in urban DOM than in natural DOM. A very high content of proteinaceous structures was particularly identified in urban DOM. Binding experiments revealed a higher content of binding sites in urban discharges than in natural DOM and these sites are strongly correlated to amino groups. The approach used to evaluate copper bioavailability depicted a protective role of DOM to the organisms Daphnia magna(...)

Le fondaparinux (Arixtra®), anticoagulant de la classe des pentasaccharides de synthèse, est le premier inhibiteur d'origine synthétique, spécifique et indirect du facteur Xa de la coagulation. Il résulte de la synthèse chimique de l'unité pentasaccharidique des héparines, capable de se lier à l'antithrombine, une protéine endogène, inhibitrice de la coagulation. Cependant, son utilisation reste limitée par son administration uniquement possible par voie parentérale.L'objectif de ce travail de thèse est de développer une forme orale du fondaparinux en l'associant à un dérivé squalénique. Le squalène, terpénoïde naturel précurseur de la synthèse du cholestérol, possède une très bonne absorption orale (supérieure à 60 %). Dans ce contexte, deux stratégies d'association ont été développées: la première consistant à associer par liaison covalente le fondaparinux à un dérivé squalénique selon le concept de la « squalénisation » et la deuxième à associer par interactions non covalentes le fondaparinux à un dérivé squalénique cationique.Les travaux expérimentaux ont montré que la première stratégie était délicate à mettre en œuvre en raison d'une part de la difficulté à synthétiser un bioconjugué fondaparinux-squalène et d'autre part de la perte de l'activité anticoagulante du fondaparinux. En raison de ces obstacles, le concept de la « squalénisation » n'est pas adapté à ce type de molécule active. En revanche, la deuxième stratégie s'est montrée très prometteuse. Elle a consisté à formuler des nanoparticules par association non covalente du fondaparinux, chargé négativement, à un dérivé squalénique cationique. Cette approche a permis de mettre en évidence l’excellente capacité d'auto-assemblage en milieu aqueux de ces deux composés, liée à l’établissement de deux types d’interactions, électrostatiques et hydrophobes (entre les molécules de squalène). L'absorption orale du fondaparinux a été considérablement augmentée grâce à ce nouveau système nanoparticulaire. Cette nouvelle approche à base de squalène a ainsi montré son efficacité dans l'amélioration de l'administration orale du fondaparinux et pourrait représenter un système thérapeutique potentiel dans le traitement des maladies thromboemboliques. / Since its introduction in the market in 2002, fondaparinux (Arixtra®) is a drug of choice in the anticoagulant therapy. Its structure corresponds to the heparin pentasaccharide sequence that mediates its interaction with the natural plasma inhibitor of coagulation, antithrombin. However, like heparin, its application is limited due its unique administration by parenteral route. The aim of this project is to develop an efficient oral delivery system for fondaparinux by association with a squalene derivative. Squalene, a natural precursor of cholesterol in sterol biosynthesis, is well-known for its excellent oral absorption (i.e. more than 60 %). In this context, two strategies were investigated. The first consisted in achieving a covalent coupling between fondaparinux and a squalene derivative according to the concept of “squalenoylation”. The second was to associate fondaparinux to a cationic squalenoyl derivative by non-covalent association.Experimental work showed that the first strategy was delicate to implement due to the difficulty to synthesize a fondaparinux-squalene bioconjugate and, the loss of the anticoagulant properties of fondaparinux. Because of these obstacles, the concept of "squalenoylation" was not suitable for this type of active molecule. In contrast, the second strategy has been very promising. It consisted in the formulation of a nanoparticulate delivery system by ion-pairing of fondaparinux and a cationic squalenoyl derivative. This approach permitted to highlight the self-assembly of these two compounds in water as monodisperse nanoparticles thanks to electrostatic and hydrophobic interactions. Furthermore, the oral absorption of fondaparinux was significantly increased with this new nanoparticulate system. This new squalene-based approach has shown its effectiveness in improving the oral administration of fondaparinux and could be a potential delivery system in the treatment of thromboembolic diseases.

Les polychlorobiphényles (PCB) et notamment les congénères les plus présents dans les sites et sols pollués, les PCB non dioxin like, constituent un danger sanitaire potentiel. Le risque associé est exacerbé chez le jeune enfant (6 mois à 3 ans) du fait, notamment, de son comportement exploratoire qui, de plus, a lieu durant une période critique de la croissance. L'objectif principal de cette thèse a été de caractériser l'impact des caractéristiques du sol sur la biodisponibilité relative des PCB. Les résultats in vivo ont montré l'impact des caractéristiques de la matière organique des sols sur la biodisponibilité relative des PCB par l'emploi de sols artificiels. Plusieurs matières organiques standardisées ont été testées allant des matières organiques solubles (acides fulviques, acides humiques) à une matière organique à la condensation maximale : le charbon actif. Ces éléments ont permis de montrer de larges variations de biodisponibilité relative allant d'une biodisponibilité relative nulle (charbon actif) à 100% (acide fulvique). Ces données soulignent l'importance de la condensation de la matière organique dans la rétention des PCB durant les processus digestifs. L'impact de caractéristiques (contenu en carbone organique, argile, black carbon, pH, concentrations en PCB) de sols historiquement contaminés sur la biodisponibilité a ensuite été évalué. Le taux de carbone organique et en black carbon sur la rétention des PCB. Toutefois la biodisponibilité relative demeure supérieure à 45% quel que soit le sol étudié. Les PCB sont donc peu retenus par le sol. Ainsi, l'exposition aux PCB via l'ingestion de sol semble proportionnelle à la quantité ingérée / Polychlorobiphenyls (PCBs) and, overall, non-dioxin-like PCBs (NDL-PCBs) the most abundant congeners in contaminated environmental matrices, constitute a potential health hazard. This risk is even more acute for young children (6 month to 3-year-old) because of their mouthing activities and because this exposure occurs during a critical part of their growth. The main objective of this thesis was to characterise the impact of soil's characteristics on the relative bioavailability of PCBs. The impact of the soil organic matter characteristics on the relative bioavailability of PCBs was assessed using artificial soils. Several standardised organic matters were tested ranging from soluble organic matters (fulvic acids, humic acids) to one organic matters highly condensed, activated carbon, a model of black carbon. These elements lead to show important variations in terms of relative bioavailability from 0% (activated carbon) to 100%, maximal relative bioavailability (fulvic acids). These findings highlight the importance of OM condensation in terms of PCB retention during the digestive processes. Then, the Impact of organic carbon, black carbon and clay content, pH, NDL-PCBs concentrations in historically contaminated soils on bioavailability and bioaccessibility was assessed. These approaches tended to show the importance of OC and BC content on retention of PCBs. Relative bioavailability was found to be higher than 45%, whatever the soil. Thus, PCBs retention in contaminated soils appears rather limited. Finally, exposure to PCBs via soil ingestion appears proportional to the quantity ingested

La faible solubilité de certains médicaments cause des problèmes majeurs dans les formulations pharmaceutiques, puisque la solubilité dans l'eau est un critère indispensable pour la biodisponibilité. Les composés macrocycliques tels que les CDs et les calixarènes ont une cavité relativement hydrophobe, leur permettant ainsi d'encapsuler de nombreuses molécules. Les CDs ont déjà été utilisées comme excipients pharmaceutiques pour l'amélioration de la solubilité. La structure de ces macrocycles permet d'effectuer de nombreuses modifications, qui causent des changements tant au niveau de leurs caractéristiques physico-chimiques que sur leurs effets sur les organismes vivants. Ainsi, l'évaluation de la biocompatibilité de ces dérivés est primordiale en vue de leur utilisation en pharmacie. Puisque l'étude de la biocompatibilité de plusieurs dérivés de β-CD a déjà été étudiée, l'objectif de cette recherche était d'étendre ces expériences à des dérivés de l'α-CD qui sont disponibles dans le commerce. Nous nous sommes intéressés aux relations entre structure et toxicité. Ainsi les dérivés alkyl éther d'α-CD, avec des chaînes alkyle de longueur croissante et substitués sur différentes positions, ont été synthétisés et leur toxicité étudiée. Les para-sulphonato-calix[n]-arènes quant à eux, ont souvent été étudiés et ont montré une forte capacité à complexer de nombreux médicaments. Ils ont aussi démontré une activité biologique polyvalente. Néanmoins, leurs effets sur le mécanisme de transport paracellulaire n'a jamais été évaluée. Les tests de viabilité cellulaire et d'hémolyse nous ont permis d'une part de classer les α-CDs et de choisir les dérivés les plus sûrs, et d'autre part de comparer leur effets toxiques dans des systèmes différents. La comparaison des α- et ß-CDs portant les mêmes modifications chimiques nous a montré l'importance du nombre d'unités de construction. Le rapport entre l'effet cytotoxique et le nombre de groupes hydroxyles libres est également très important. Les dérivés portant de longues chaînes alkyles possèdent une faible solubilité, ce qui nous a conduits vers d'autres modifications chimiques : la sulfonation de ces derniers dérivés semble avoir un impact bénéfique sur la biocompatibilité de CDs. Elle a aussi amélioré la solubilité des calixarènes. Les calix[4] et [8]arène sulphonates ont prouvé leur effet positif sur l'absorption paracellulaire, tandis que le calix[6]arène sulphonate n'a pas eu d'effet similaire. Notre recherche conclut que les changements structurels sur les anneaux macrocycliques peuvent avoir un impact majeur sur la biocompatibilité. Comme les possibilités de modification sont pratiquement illimitées, l'évaluation de la structure et de l'activité est indispensable pour faciliter les choix les plus sûrs dans les applications pharmaceutiques à venir / The low solubility of drug candidates cause a major problem in pharmaceutical formulations, as the aqueous solubility is an indispensable criterion for appropriate bioavailability. Macrocyclic compounds possess a relatively hydrophobic cavity, which is suitable for guest molecule inclusion. Cyclodextrins and calixarenes are widely studied organic host-compounds, and CDs have already been used as pharmaceutical excipients for solubility enhancement. The macrocycles’ chemical structure allows their versatile modification, which eventuates changes not only in physicochemical characteristics, but in their effects on living organisms, as well. Thus, the biocompatibility evaluation of the derivatives is fundamental. Owing to the already performed assessment of numerous β-CD derivatives’ biocompatibility, the aim of this research was to extend these experiments to commercially available α-CDs. They have been used less frequently, however several derivatives, which have not been tested yet in vitro, have the possibility of future pharmaceutical use. Their importance is also certified by their benefits in nanoparticle formation. We have been interested in concrete structure-toxicity correlations, thus alkyl ether α-CD derivatives were synthetized bearing increasing length alkyl chains, in different positions. Para-sulphonato-calix[n]-arenes have already been widely examined due to their efficient drug complexation and versatile biological activity, however, their effects on paracellular transport mechanism have not been evaluated until now.The cell viability and hemolysis tests have allowed us to rank the α-CDs and to choose the safest derivatives, also to compare their toxic effects in different systems. The comparison of α- and β-CDs bearing the same chemical modifications highlighted the importance of the number of building units. Important information has been evaluated regarding the connection between the cytotoxic effect and the number of free hydroxyl groups. Derivatives with long alkyl chains possess low solubility, which led us towards further chemical modifications. Sulfonation seemed to have beneficial impact on the biocompatibility. Sulfonation also improved the solubility of calixarenes. C4S and C8S proved their positive effect on paracellular absorption in a non-toxic concentration range, however C6S had no similar effect, thus their behaviour in in vitro absorption model system arose forward-looking questions.Our research concludes, that the structural changes on the macrocyclic rings may have major impact on the biocompatibility. As the modification possibilities are practically unlimited, the evaluation of structure and activity cannot be avoided, facilitating the safest choice for further pharmaceutical use / A gyógyszerhatóanyagok rossz vízoldékonysága nagy kihívást jelent formulálásuk során, ugyanis a vízoldékonyság elengedhetetlen feltétele a megfelelő biohasznosulásnak. A makrociklusos vegyületek belső ürege viszonylag hidrofób, ez alkalmassá teszi őket vendégmolekulákkal való komplexképzésre. A ciklodextrinek és kalixarének széles körben tanulmányozott vegyületek, egyes CD-ek bejegyzett oldékonyságnövelő segédanyagok. A makrociklusok felépítése számos kémiai módosításra ad lehetőséget, amelyek nem csupán a fiziko-kémiai tulajdonságok változását eredményezik, hanem az élő organizmusokra kifejtett hatásokat is módosítják. Ezen származékok biokompatibilitás vizsgálata tehát elengedhetetlen. Számos β-CD származék biokompatibilitása ismert már, így kutatásunk célul tűzte ki ezen vizsgálatok α-CD-ekre történő kiterjesztését. Az α-CD-ek alkalmazása ritkább, azonban vannak származékok, amelyek in vitro vizsgálata még nem történt meg, de jelentőségük a nanopartikulum-képzésben már igazolt. A szerkezet-toxicitás összefüggések feltárása érdekében olyan alkil-éter CD származékokat szintetizáltunk, amelyek növekvő szénatomszámú alkil-csoportokkal rendelkeznek, eltérő pozíciókban. A para-szulfonáto-kalix[n]aréneket hatóanyag-komplexáló tulajdonságuk, valamint sokoldalú biológiai aktivitásuk miatt széles körben tanulmányozták már, azonban a paracelluláris anyagtranszportra gyakorolt hatásuk ezidáig még nem volt ismert. A sejtéletképességi és hemolízis vizsgálatok hozzásegítettek az egyes α-CD-ek rangsorolásához, továbbá a vegyületek különböző rendszerekben mért toxikussága is összevethetővé vált. A megegyező kémiai módosításokon átesett α- és β-CD-ek biokompatibilitása rávilágított a CD-gyűrű mértének jelentőségére. Egyértelmű összefüggést fedeztünk fel a toxicitás és a szabad hidroxil-csoportok száma között. A hosszú alkil-csoporttal rendelkező CD-ek rossz oldékonysága további kémiai módosításokat tett szükségszerűvé; a szulfát csoportok jelenléte jótékony hatással volt az oldhatóságra, és a citotoxicitásra is. A szulfatálás a kalixarének oldékonyságát is növelte. A C4S és C8S vegyületek növelték a paracelluláris felszívódás mértékét szubtoxikus koncentrációban, azonban a C6S nem mutatott hasonló hatást. Ezen eredmények további kérdéseket vetnek fel a pontos hatásmechanizmusról. Eredményeink rávilágítanak a makrociklusok szerkezetének és biokompatibilitásának összefüggéseire, valamint ezen ismeretek fontosságára annak érdekében, hogy minden formulációban a legbiztonságosabb segédanyagok legyenek alkalmazhatóak

Le sujet de cette thèse concerne l'élaboration de vecteurs fonctionnels de transfert de gènes destinés à la thérapie génique de tumeurs.<br />Deux familles de vecteurs synthétiques fonctionnels ont été synthétisées afin d'améliorer d'une part la biodisponibilité des vecteurs dans les applications in vivo et d'autre part leur spécificité de ciblage des tissus tumoraux. <br />La première famille de composés est constituée de télomères et de cotélomères « furtifs » issus des réactions de (co)télomérisation. Le design des télomères est basé sur un squelette « diblock » composé d'une partie polyaminée de degré de télomérisation aléatoire et d'une partie hydrophile (polyéthylène glycol). Le design des cotélomères est basé sur un squelette aléatoire de motifs aminés et de structures hydrophiles (tétraéthylène glycol et trishydroxyméthyl). La deuxième famille de vecteurs synthétiques est issue de la synthèse de lipides et polymères cationiques conjugués à un ligand dérivé de l'antagoniste des récepteurs à chimiokines CXCR-4, l'AMD3100 ou bicyclame.<br />Le potentiel des (co)télomères « furtifs » en tant qu'agents de condensation et de transfert de gènes a été évalué in vitro sur des cellules de carcinome pulmonaire humain A549.<br />Le potentiel des conjugués ciblés lipidiques et polymériques à compacter l'ADN et à transfecter de manière spécifique des cellules par la voie récepteur médiée a été évalué à la fois sur des cellules n'exprimant pas le récepteur CXCR-4 (A549, T98G) et sur des cellules l'exprimant (Jurkat).<br />Certains des (co)télomères « furtifs » testés (PEG2000-[NH2]n) ont démontré des efficacités de transfection comparables à des formulations lipidiques de référence (pcTG90/DOPE) tout en étant moins toxiques. Parmi les conjugués ciblés, le cotélomère iBu-[NH]80-[AMD]4 s'est révélé être un agent de transfert de gènes spécifique sur les cellules Jurkat sous certaines conditions de formulations, par rapport aux lipides et polymères conventionnels.<br />Mots clés : thérapie génique, transfert de gènes, lipoplexes, polyplexes, polyéthylène glycol, biodisponibilité, AMD-3100, ciblage, transfection.<br />Discipline : Chimie.

Les bassins de gestion des eaux pluviales, dont l'horizon de surface est parfois fortement contaminé, peuvent être naturellement ou volontairement colonisés par la végétation. L'objectif de ce travail est de mieux comprendre le rôle de la végétation dans le contrôle de la mobilité des métaux lourds comme le Zinc, le Cuivre et le Cadmium. Le premier volet de ces travaux, consacré à la caractérisation de la végétation se développant dans ces bassins, a montré que ces ouvrages abritaient une flore diversifiée, allant d'une végétation rudérale éparse à une végétation dense caractéristique de zones humides. Ensuite, une analyse physico-chimique multiparamétrique d'échantillons prélévés à la surface de bassins colonisés par des espèces végétales dominantes a été réalisée. Nous avons montré que les carbonates et la matière organique contrôlaient particulièrement la mobilité du Cu, Cd et Zn dans ces milieux. Les paramètres les plus variables temporellement et spatialement, sont essentiellement liés au cycle de la matière organique (nitrates, fraction métallique lié à la matière organique) mais également à l'apport de particules anthropiques (texture, métaux). Lorsque la plante est à son maximum de croissance, la mobilité potentielle des métaux est la plus élevée alors que la phase de sénescence de la plante semble conduire à un meilleur piégeage de ces contaminants. Cette thèse invite à considérer la végétation comme un agent de transformation de l'horizon de surface et à intégrer cette composante dans les futurs travaux sur la contamination des ouvrages d'assainissement urbain.

Le développement de l'industrie et de l'agriculture a entraîné l'accumulation d'éléments métalliques dans les sols. Dans ces écosystèmes, la fraction vivante intervient de façon importante dans la modification de la rétention des contaminants. Parmi les techniques de décontamination, la phytoremédiation apparaît comme un outil de choix. Si un des inconvénients majeurs de cette technique réside dans des durées de traitement pouvant atteindre plusieurs années, l'ajout de micro-organismes couplé aux plantes améliorerait les prélèvements et réduirait les temps de décontamination. Cette étude s'est intéressée aux possibilités de développer des procédés de phytoremédiation associés à des bactéries productrices de sidérophores, molécules ayant une forte affinité pour le fer mais également pour d'autres métaux. Dans ce contexte, un système de complexité croissante, jusqu'au modèle complet comprenant les constituants du sol, les bactéries, les métaux contaminants et les plantes, a été étudié avec pour objectif la compréhension des processus intervenant dans ces différentes interactions. Ces travaux ont conduit, dans un premier temps, à la compréhension, notamment par une approche de biologie moléculaire, des interactions intervenant entre des minéraux du sol, des argiles et des oxy-hydroxydes de fer, et une bactérie productrice de sidérophores, Pseudomonas aeruginosa. Les résultats ont mis en évidence le rôle majeur de l'un de ces sidérophores, la pyoverdine, ainsi que du biofilm, dans la dissolution des minéraux par cette bactérie. Une étude en fluorimétrie et dosages des métaux a, quant à elle, montré que la pyoverdine était capable de complexer des métaux contaminants adsorbés sur les argiles ou présents dans la structure cristalline des oxy-hydroxydes de fer. Enfin, ces travaux ont abouti à la mise en place du système d'étude dans sa globalité. Si la pyoverdine ou les bactéries productrices de sidérophores n'ont pas amélioré le prélèvement par les plantes du cadmium et du nickel, des résultats prometteurs ont cependant été obtenus pour le cuivre. De plus, les bactéries productrices de sidérophores s'avèrent être des cibles intéressantes en phytostabilisation.

Ce doctorat s'intègre dans les programmes OPUR et Piren-Seine et a eu pour vocation d'améliorer les connaissances actuelles sur l'influence des rejets urbains de temps de pluie sur la spéciation et la biodisponibilité des métaux dans les systèmes sous forte pression urbaine tel que la Seine. En effet l'impact des métaux lourds dans le milieu récepteur sur les organismes vivants dépend d'une part de leurs teneurs totales mais aussi et surtout de leur biodisponibilité. Il est généralement admis que la forme biodisponible des métaux lourds pour les organismes vivants est la forme dissoute libre. Les RUTP vont donc pouvoir considérablement modifier la teneur et la biodisponibilité des métaux lourds dans le milieu naturel dans la mesure où ces rejets sont fortement chargés en matière organique dissoute (MOD) qui va influencer considérablement, avec la MOD déjà présente dans le cours d'eau, la spéciation des métaux dans le milieu étant donnée sa capacité à complexer ces derniers et sa tendance à diminuer leur biodisponibilité. La compréhension de l'influence de la MOD sur la spéciation et la biodisponibilité des métaux suppose en outre que l'on connaisse précisément sa composition chimique ou plus exactement ses groupements fonctionnels. C'est pourquoi une partie de ces travaux est consacrée à la caractérisation de la matière organique dissoute d'origine naturelle et urbaine par son fractionnement selon le critère de polarité. Une caractérisation plus fine a été réalisée à l'aide des analyses fonctionnelles permettant ainsi de mieux aborder l'influence de la MOD sur la spéciation et la biodisponibilité du cuivre. Parallèlement à l'étude de caractérisation de la MOD, ce travail s'attache à mieux cerner le rôle de la MOD d'origine urbaine en particulier de la MOD hydrophile sur la spéciation et la biodisponibilité du cuivre. Dans cet objectif, la technique potentiométrique à l'aide d'électrode ionique spécifique ainsi que des biotests de toxicité aiguë (Daphnia magna) ont permis :- d'étudier la complexation du cuivre par les MOD afin notamment de fournir des paramètres de complexations des MOD hydrophiles peu connues jusqu'à présent et ainsi mieux prédire le transport des métaux en milieu urbain.- d'évaluer le rôle protecteur de la MOD d'origine urbaine sur la biodisponibilité du cuivre. Les résultats ont montré que la MOD issue des rejets urbains et rejetée dans le milieu récepteur présente des caractéristiques originales à savoir un fort pourcentage de MOD hydrophile, c'est à dire une faible hydrophobicité et un degré d'aromaticité peu marqué soulignant le caractère peu réfractaire de cette MOD. En revanche une plus grande diversité fonctionnelle de la MOD d'origine urbaine par rapport à la MOD naturelle a été mise en évidence notamment par un taux de structures protéiques très important. Les résultats obtenus vis-à-vis des MOD d'origine urbaine ont montré une réactivité particulière vis-à-vis du cuivre. En effet les rejets urbains ont montré une teneur en sites complexant plus élevée que ce qu'il est observé pour des matières organiques naturelles. Le rôle particulier de groupements amines dans la complexation du cuivre a été mis en évidence. L'approche utilisée pour évaluer la biodisponibilité du cuivre a révélé pour l'ensemble des MOD un effet protecteur vis-à-vis du cuivre sur les organismes vivants. Une corrélation positive de cet effet avec la teneur en eaux usées été mise en évidence, notamment pour les MOD des RUTP et plus particulièrement pour la fraction hydrophile (HPI), signalant ainsi la forte influence de la MOD d'origine urbaine sur la biodisponibilité et la toxicité du cuivre

Le développement de l’industrie et de l’agriculture a entraîné l’accumulation d’éléments métalliques dans les sols. Dans ces écosystèmes, la fraction vivante intervient de façon importante dans la modification de la rétention des contaminants. Parmi les techniques de décontamination, la phytoremédiation apparaît comme un outil de choix. Si un des inconvénients majeurs de cette technique réside dans des durées de traitement pouvant atteindre plusieurs années, l’ajout de micro-organismes couplé aux plantes améliorerait les prélèvements et réduirait les temps de décontamination. Cette étude s’est intéressée aux possibilités de développer des procédés de phytoremédiation associés à des bactéries productrices de sidérophores, molécules ayant une forte affinité pour le fer mais également pour d’autres métaux. Dans ce contexte, un système de complexité croissante, jusqu’au modèle complet comprenant les constituants du sol, les bactéries, les métaux contaminants et les plantes, a été étudié avec pour objectif la compréhension des processus intervenant dans ces différentes interactions. Ces travaux ont conduit, dans un premier temps, à la compréhension, notamment par une approche de biologie moléculaire, des interactions intervenant entre des minéraux du sol, des argiles et des oxy-hydroxydes de fer, et une bactérie productrice de sidérophores, Pseudomonas aeruginosa. Les résultats ont mis en évidence le rôle majeur de l’un de ces sidérophores, la pyoverdine, ainsi que du biofilm, dans la dissolution des minéraux par cette bactérie. Une étude en fluorimétrie et dosages des métaux a, quant à elle, montré que la pyoverdine était capable de complexer des métaux contaminants adsorbés sur les argiles ou présents dans la structure cristalline des oxy-hydroxydes de fer. Enfin, ces travaux ont abouti à la mise en place du système d’étude dans sa globalité. Si la pyoverdine ou les bactéries productrices de sidérophores n’ont pas amélioré le prélèvement par les plantes du cadmium et du nickel, des résultats prometteurs ont cependant été obtenus pour le cuivre. De plus, les bactéries productrices de sidérophores s’avèrent être des cibles intéressantes en phytostabilisation. / The industrial and agricultural development caused a metallic element accumulation in the soils. In these ecosystems, the living fraction significantly operates in the changes of contaminants retention. Among the decontamination techniques, the phytoremediation appears as a tool of choice. If one of major disadvantages of this technique is the long-term remediation process, the addition of microorganisms with the plants could enhance the uptakes and decrease the time to remediate. This work focused on the possibility to develop processes for siderophore-producing bacteria-assisted phytoremediation, siderophores being molecules with a high affinity for iron and also able to chelate other metals. In this context, a system with an increasing complexity until a complete model including the soil constituents, the bacteria, the contaminant metals and the plants, has been studied to understand the processes involved in these different interactions. The understanding of the interactions between the soil minerals, clays and iron oxydydroxides, and a siderophore-producing bacteria, Pseudomonas aeruginosa, have been first performed with, in particular, a molecular biology approach. These results have highlighted the major role of the one of siderophores, the pyoverdine, and also the biofilm in the mineral dissolution by this bacteria. Fluorimetry and metal quantification assays showed that the pyoverdine was able to chelate the contaminant metals adsorbed on the clays or present in the crystal structure of the iron oxyhydroxides. Lastly, the global system has demonstrated that if the pyoverdine or the siderophore-producing bacteria do not enhance the cadmium and nickel uptake by plants, promising results were obtained for copper. Moreover, siderophore-producing bacteria turn out to be interesting asset for the phytostabilization.

Les espèces réactives de l'oxygène (ROS) sont produites en continu dans tous les organismes aérobies et sont impliquées dans la signalisation cellulaire, les défenses contre les pathogènes, mais aussi le stress oxydant. Ce dernier correspond à un déséquilibre entre la production des ROS et leur prise en charge par les défenses anti-oxydantes de la cellule. Le stress oxydant est associé à de nombreuses pathologies, notamment les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin (MICI). Parmi les métallo-enzymes qui contrôlent la concentration en ROS, les superoxide dismutases (SOD) jouent un rôle essentiel. Ces enzymes sont responsables de la régulation du superoxyde le premier ROS produit lors de la réduction du dioxygène. Dans ces travaux, des complexes de Mn(II) mimant l'activité de la Mn-SOD (SODm) ont été conçus en utilisant une approche biomimétique. Leur intérêt pour limiter le stress oxydant et l'inflammation dans un modèle cellulaire des MICI a été examiné. En particulier, leur activité biologique a été étudiée au vu de leurs propriétés physico-chimiques et de leur biodisponibilité. Les résultats obtenus avec un complexe parent ont mené à la conception d'une deuxième génération de SODm couplés à une sonde multimodale, à des peptides pénétrants, ou à des peptides adressant aux mitochondries. L'étude du complexe parent fonctionnalisé par des peptides polyarginines a démontré l'influence de charges positives portées par le ligand sur la constante de vitesse. Dans la continuité de l'approche biomimétique développée ici, la conception de SODm de novo est présentée et constitue un premier pas vers l'imitation de l'influence de la seconde sphère de coordination. / Reactive oxygen species (ROS) are produced continuously in all aerobic organisms and are involved in cell signaling, defenses against pathogens, but also oxidative stress. This latter corresponds to an imbalance between ROS production and their consumption by the antioxidant defenses of the cell. Oxidative stress is associated with numerous pathologies, such as inflammatory bowel diseases (IBD). Among the metalloenzymes controlling the concentration of ROS, superoxide dismutases (SOD) play a crucial role. These enzymes are responsibles for the regulation of superoxide, the first ROS produced by the reduction of oxygen. In this work, Mn(II) complexes mimicking the activity of the Mn-SOD (SODm) were designed using a biomimetic approach. Their relevance to limit oxidative stress and inflammation in a cellular model of IBD was investigated. In particular, their biological activity was studied in light of their physico-chemical properties and of their bioavailability. The results obtained with a parent complex led to the design of a second generation of SOD mimics conjugated with a single core multimodal probe, cell-penetrating peptides, or mitochondria-penetrating peptides. An effect of electrostatic interactions on the catalytic rate constant of the parent complex functionalized with polyarginines peptides was demonstrated, similarly to what is observed for the enzyme. In the continuity of the biomimetic approach envisioned here, the design of de novo SOD mimics is presented and constitutes a first step toward the mimicry of second sphere influence.