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Les systèmes à deux composants jouent un rôle prépondérant dans l'adaptation des bactéries à leur environnement. L'objectif de ce travail de thèse était d'identifier et de caractériser des systèmes à deux composants chez la bactérie phytostimulatrice Azospirillum nécessaires à l'adaptation à la rhizosphère de sa plante-hôte. L'analyse de la distribution génomique des gènes appartenant à la famille des systèmes à deux composants dans les génomes d'Azospirillum disponibles a révélé l'existence d'un grand nombre de gènes codant des hisitidine kinases hybrides, et une analyse plus approfondie a montré une organisation multidomaines complexe de cette famille de protéines. Afin de comprendre leur rôle chez Azospirillum, nous avons, dans un premier temps, sélectionné et inactivé quatre gènes codant des histidine kinases hybrides présentant une architecture multidomaines complexe. A l'aide d'une approche multidisciplinaire combinant génétique, biochimie et phylogénie, nous avons mis en évidence pour la première fois chez Azospirillum, un système atypique à trois-composants nommé PreSKR contrôlant un grand nombre de processus impliqués dans la survie et la colonisation de la rhizosphère, qui agirait en modulant le taux intracellulaire de c-di-GMP. Dans un second temps, nous nous sommes focalisés sur une histidine kinase hybride exprimée au contact de la plante hôte ; cette protéine, appelée RsiK, s'avère être impliquée dans la perception de surfaces et la régulation de la formation de biofilms. L'analyse du régulon par RNA-seq a révèlé que 78 gènes étaient contrôlés par ce système. La prévalence de la famille des histidine kinases hybrides chez Azospirillum couplée à l'approche fonctionnelle réalisée sur deux d'entre elle souligne l'importance des phosphorelais encore largement méconnus chez les bactéries rhizosphériques / Bacterial two-component systems play an important role in the ability of bacteria to adapt to various environments. The aim of this thesis was to identify and characterize two-component systems involved in the adaptation of the phytostimulatory bacteria Azospirillum to its host plant. Analysis of the genomic distribution of genes encoding two-component systems across Azospirillum available genomes revealed the existence of a high number of genes encoding hybrid histidine kinases, and further analyses highlighted a complex multi-domain organization of this family of proteins. In order to understand their role in Azospirillum, as a first step we selected and inactivated four genes encoding complex hybrid histidines kinases. Using a multidisciplinary approach which combines genetics, biochemistry and phylogeny, we brought to light for the first time in Azospirillum, an atypical three-component system named PreSKR which controls a wide variety of processes involved in survival and rhizosphere colonization likely by modulating c-di-GMP levels. As a second step, we focused on a gene encoding a hybrid histidine kinase named RsiK which is induced in contact with its host plant. RsiK is involved in surface sensing and biofilm formation regulation. Transcriptomic analysis of rsiK regulon by RNA-seq showed that 78 genes were under the control of this system. The prevalence of genes encoding hybrid histidine kinase family in Azospirillum, coupled with the functional characterization of two of them, highlight the importance of phosphorelays, still largely unrecognized in rhizospheric bacteria

Le genre Staphylococcus, première étiologie des infections ostéo-articulaires (IOA), est associé à des formes particulièrement difficiles à traiter. Trois mécanismes phénotypiques ont été rattachés à ce fort taux de chronicité et de rechutes, permettant l'adaptation bactérienne à la vie au sein du tissu osseux et un échappement au système immunitaire de l'hôte et à l'action des antibiotiques : la formation de biofilm, la persistance des staphylocoques dans les ostéoblastes, et l'évolution vers le morphotype de small colony variant (SCV). Longtemps considéré comme simple commensal cutanéo-muqueux, S. epidermidis est désormais reconnu comme un agent étiologique majeur des IOA sur matériel. Or, si le portage est universel, l'infection est un phénomène rare. A ce jour, aucun facteur génotypique n'a pu être associé au pouvoir invasif de certaines souches de portage. Notre travail a permis de montrer l'absence de pouvoir discriminant des capacités d'internalisation des ostéoblastes et de formation de biofilm entre souches commensales et invasives. Par ailleurs, un très faible taux d'internalisation de S. epidermidis dans les ostéoblastes a été mis en évidence, suggérant une importance moindre de ce mécanisme dans la physiopathologie des IOA à S. epidermidis par rapport aux IOA à S. aureus. Les principales études ayant porté sur les capacités d'interaction de S. aureus avec les ostéoblastes et de formation de biofilm ont cherché à en explorer les mécanismes à partir de souches de laboratoire ou de souches représentatives de quelques clones de S. aureus résistants à la méticilline (SARM). Dans notre cas, nous avons souhaité étudier une large collection de souches cliniques de S. aureus (n=95) sensible à la méticilline (SASM) responsables d'IOA aiguës ou chroniques. La caractérisation des fonds génétiques de cette collection, puis en élargissant notre étude à des collections de différents villes françaises, a d'abord permis de décrire une forte prévalence du clone émergent de SASM CC398 dans les IOA en France / Pas de résumé en anglais

Pseudomonas aeruginosa est un pathogène opportuniste de l’Homme responsable de nombreuses infections des voies pulmonaires et urinaires chez des patients immunodéprimés. Largement étudié pour son implication dans la sévérité des symptômes liés à la mucoviscidose, le« bacille pyocyanique » constitue un enjeu majeur en termes de sécurité sanitaire puisqu’il représente après Escherichia coli et Staphylococcus aureus la 3ème cause d’infections nosocomiales en France (INVS, Enquête nationale de prévalence des infections nosocomiales en France, 2012). La persistance de P. aeruginosa notamment dans le cadre médical, est largement due à sa grande capacité à s’adapter et à se développer en communauté organisée au sein de biofilm. Le génome de P. aeruginosa contient de nombreux gènes codant des systèmes de régulation dont la majorité est impliquée dans des mécanismes de perception-transduction de signaux, conférant à la bactérie son fort pouvoir d’adaptation. Parmi ces systèmes, les facteurs sigma à fonction extracytoplasmique (ECF), des sous-unités transitoires de l’ARN polymérase, jouent un rôle fondamental dans la résistance et l’adaptation aux stress. SigX est un facteur sigma ECF, impliqué dans la virulence et la formation de biofilms, ainsi que dans la production des acides gras à courte chaine. Au cours de cette étude, les fonctions cellulaires de SigX ont été précisées, Nous avons montré que SigX joue un rôle important dans la composition, la fluidité et la perméabilité membranaires, et par conséquent dans le métabolisme de la cellule. L’activation de SigX en réponse à des conditions entrainant un stress de l’enveloppe, telles que la perte de la porine majoritaire OprF, la présence d’une concentration de sucrose dans le milieu de culture ou d’une concentration sub-inhibitrice de tobramycine, suggère que cet ECF, comme AlgU, pourrait appartenir à la classe des ECF de type RpoE.De manière remarquable, certaines altérations de l’enveloppe pourraient induire la formation de biofilm, un phénotype impliquant au moins partiellement SigX. Il conviendra à présent de caractériser les mécanismes moléculaires conduisant à l’activation de SigX et de préciser le rôle de ce facteur sigma dans la formation de biofilm. / Pseudomonas aeruginosa is a major opportunistic pathogen causing many infectious diseases in immunocompromised patients. Widely studied because of its involvement in lung infections of cysticfibrosis suffering patients, this bacterium is a major public health challenge. P. aeruginosa persistence is largely due to its ability to adopt a multicellular lifestyle called biofilm. P. aeruginosa genome encodes numerous genes predicted to be involved in signal transduction allowing this bacterium to adapt to many environments. Among these systems, the extracytoplasmic function sigma factors, which are transitory subunits of the RNA polymerase, are of major importance for stress resistance and adaptation. SigX is an ECF sigma factor that has been involved in virulence, biofilm formation and in short chain fatty acidsbiosynthesis. This work led to precise the cellular functions of SigX. We have shown that SigX is of major importance for membrane homeostasis, including composition, fluidity and permeability. As a consequence, SigX was shown to be involved in P. aeruginosa metabolism. SigX activity is enhanced in conditions leading to a cell wall stress, as the lack of the major outer membrane porin OprF, high concentrations of sucrose or sublethal concentration of tobramycin, suggesting that this ECF, as AlgU,is a new cell wall stress responsive sigma factor. Remarkably, some alterations could induce biofilm formation, a phenotype involving at least partially SigX. The molecular mechanisms leading to SigX activity should now be deciphered and the role of this ECF in biofilm formation should be precised.

Le sud du Brésil est une région agricole qui connait une forte croissance de sa production tant au niveau céréalier qu'animal. L'intensification des pratiques agricoles ainsi que l'urbanisation grandissante dans cette région génèrent également une forte pression anthropique pour les milieux aquatiques et les sols. Le présent travail vise à mieux comprendre l'impact lié à l'utilisation puis au rejet de composés pharmaceutiques (humain ou vétérinaire) sur les rivières et les sols à travers l'exemple du bassin versant du Rio Guaporé. L'étude des sols a montré une contamination par les composés pharmaceutiques dans les zones agricoles, où l'épandage de lisiers apparait comme une source importante de contamination et de gènes de résistance aux antibiotiques. Les molécules détectées varient selon le type d'exploitation des sols et les épandages effectués. L'érosion importante que subissent les sols de cette région et leur lessivage par les pluies peuvent favoriser ensuite le transport de ces contaminants vers les milieux aquatiques. L'étude des milieux aquatiques, à travers le biofilm épilithique et les POCIS, ont permis de montrer que les zones de plus forte production agricole sont les plus contaminées. Une forte contamination par les zones urbaines a été cependant aussi mise en évidence. Ces résultats sont à mettre en relation avec l'absence de réseaux d'assainissement urbains dans cette région. La nature et l'ampleur de la contamination sont influencés par les variations saisonnières. L'utilisation de la sucralose et de la carbamazépine comme traceurs de l'activité anthropique s'est avérée prometteuse de même que l'usage des biofilms et des POCIS comme échantillonneurs. / Southern Brazil is an agricultural region that is experiencing a strong growth in both cereal and animal production. The intensification of agricultural practices as well as the growing urbanization in this region also generates a strong anthropic pressure for the aquatic environments and the soils. This work aims to better understand the impact of use and release of pharmaceutical compounds (human or veterinary) on rivers and soils through the example of the Rio Guaporé watershed. Soil studies have shown contamination by pharmaceutical compounds in agricultural areas where spreading of manure appears to be an important source of contamination and antibiotic resistance genes. The molecules detected vary according to the type of land use and the spreading. The significant erosion of soils in this region and their leaching by rainfall can then promote the transport of these contaminants to aquatic environments. The study of aquatic environments, through epilithic biofilm and POCIS, showed that areas with the highest agricultural production are the most contaminated. However, high contamination by urban areas has also been highlighted. These results are related to the absence of urban sanitation networks in this region. The nature and extent of contamination are influenced by seasonal variations. The use of sucralose and carbamazepine as tracers of anthropogenic activity proved promising, as was the use of biofilms and POCIS as samplers. / O sul do Brasil é uma área agrícola, que tem experimentado forte crescimento de sua produção tanto animal quanto grãos. A intensificação das práticas agrícolas assim como o aumento da urbanização na região greram alta pressão antropica nos ambientes aquáticos e nos solos. Este trabalho tem o objetivo de melhor entender o impacto relacionado com o uso e a descarga de compostos farmacêuticos (humano ou veterinário) nos rios e solos através do exemplo da bacia hridrografica do Rio Guaporé. O estudo do solo mostrou contaminação das áreas agricolas por produtos farmacêuticos, onde a utilização de estrume está emergindo como uma importante fonte de contaminação e genes de resistência a antibióticos. As moléculas detectadas variaram dependendo do tipo de uso do solo e do tipo de esterco usado como fertilizantes. A erosão significativa sofrida pelos solos nesta região e sua lixiviação podem, então, promover o transporte destes contaminantes até ambientes aquáticos. O estudo dos ambientes aquáticos através de biofilmes epilíticos e amostradores passivos (POCIS), mostraram que áreas de maior produção agrícola são os mais contaminados. Também foi destacada a elevada contaminação causada peals áreas urbanas. Estes resultados devem estar relacionados com a falta de saneamento urbano na região. A natureza e extensão da contaminação são influenciados por variações sazonais. Além disso, a utilização de sucralose e carbamazepina como traçadores de atividade antrópica em biofilmes e POCIS provou ser promissor.

Pseudomonas aeruginosa (PA) est une bactérie Gram négatif, pathogène opportuniste, impliquée dans un grand nombre d’infections nosocomiales. Cette bactérie est aussi le principal micro-organisme responsable des surinfections broncho-pulmonaires chez les patients atteints de mucoviscidose. Cette prééminence est due en partie à la capacité de PA à former des biofilms, ce qui lui confèrent une résistance exceptionnelle aux antimicrobiens. Au sein de notre laboratoire, une analyse protéomique différentielle a permis de démontrer, en 2004, l’existence d’un protéome spécifique lorsque la bactérie se développe en mode biofilm. Parmi les protéines spécifiquement exprimées en mode biofilm, la protéine hypothétique PA3731 a été plus particulièrement étudiée. Cette protéine est impliquée dans la formation de biofilm, la production de rhamnolipides, la résistance à la tobramycine et la mobilité de type « swarming ». Des recherches bioinformatiques ont montré que le gène pA3731 appartient à un cluster de 4 gènes allant de pA3729 à pA3732 (système BAC), qui pourraient être impliqués dans l’élaboration et/ou la régulation d’un même système protéique. Cette hypothèse a constitué le point de départ de ce travail de thèse. La présente étude a permis de confirmer l’implication du système BAC dans la formation du biofilm, la résistance aux antibiotiques et la production de rhamnolipides chez PA. Les études protéomiques ont mis en évidence l’implication de ce système dans l’expression de la pompe MexEF-OprN, de la porine OprD, et dans la régulation du Quorum Sensing. Des études intéractomiques, menées en parallèle, ont montré une forte interaction entre la protéine PA3731 et PA3732. Ces études ont également permis de valider une forte interaction entre ces protéines et les rhamnolipides. L’ensemble de ces résultats nous permettent d’avancer une hypothèse quant à l’implication du système BAC dans le transport des rhamnolipides vers le milieu extracellulaire. / Pseudomonas aeruginosa (PA) is a Gram-negative bacterium, opportunistic pathogen, involved in a large number of nosocomial infections. This microorganism is also the main infectious agent involved in bronchopulmonary infections in cystic fibrosis patients. This pre-eminence is partly due to the ability of PA to form biofilms, which confers to the bacterial cells an increased resistance to antibiotics. In our laboratory, a differential proteomic analysis allowed to demonstrate in 2004, the existence of a specific proteome when the bacterium grows in the biofilm mode. This study allowed identifying about 40 proteins, specifically accumulated when bacteria adhere to a surface. Among these proteins, the hypothetical protein PA3731 has been particularly investigated. This protein is involved in the biofilm formation, the rhamnolipids production, the resistance to tobramycin and the swarming mobility. Bioinformatic research showed that the pA3731 gene belongs to a cluster of 4 genes ranging from pA3729 to pA3732 (BAC system), which could be involved in the development and / or regulation of the same protein system. This hypothesis was the starting point of this thesis work. The present study confirmed the involvement of the BAC system in the biofilm formation, the antibiotic resistance and the rhamnolipid production in PA. Proteomic studies highlighted the implication of this system in the expression of the MexEF-OprN pump and that of the OprD porin, and in the regulation of Quorum Sensing. Interactomic investigations, conducted in parallel, showed a strong interaction between PA3731 and PA3732 proteins. These studies have also pointed out a strong interaction between these proteins and rhamnolipids. All these results suggest that the BAC system could play a major role in the transfer of rhamnolipids to the extracellular environment.

Les infections en biofilm, notamment de dispositifs médicaux, mettent fréquemment en échec les traitements antibiotiques, imposant le retrait du matériel. Pseudomonas aeruginosa s’est imposé comme le pathogène-type des infections en biofilm. Pour explorer les déterminants de l’échec du traitement antibiotique en biofilm, un modèle de biofilm in vitro à P. aeruginosa exposé à des doses supra-inhibitrices d’antibiotiques a été développé. En culture planctonique, une bithérapie deciprofloxacine et d’amikacine permettait de prévenir la sélection de mutants résistants pour des souches de P. aeruginosa de sensibilité diminuée à la ciprofloxacine ou à l’amikacine par surexpression d’efflux. En biofilm, l’association de la ciprofloxacine et de l’amikacine, administrées simultanément ou séquentiellement, n’était pas supérieure aux monothérapies, permettant une réduction bactérienne, mais pas d’éradication complète du biofilm. Quelles que soient les souches (sauvages ou exprimant un efflux) et l’antibiotique, l’échec microbiologique en biofilm était lié à la sélection de cellules persistantes, tolérantes aux antibiotiques. La ciprofloxacine induisait des modifications importantes de la structure du biofilm avec une réduction considérable des exopolysaccharides, composants majeurs de la matrice. L’étude transcriptomique de gènes potentiellement impliqués dans la persistance suggérait que l’activation précoce de la réponse stringente pourrait être une des voies principales de la tolérance en biofilm sous ciprofloxacine. Enfin, la présence de « small colony variants » au sein du biofilm, dotés d’une capacité accrue de formation de biofilm, témoignait de la diversité des populations en biofilm. Ces travaux participent ainsi à une meilleure compréhension des mécanismes d’échappement aux antibiotiques de P. aeruginosa en biofilm. / Biofilm device-related infections can lead to antibiotic failure requiring frequent removal of medical device. Pseudomonas aeruginosa has emerged as the typical pathogen for biofilm infections. To explore the determinants of antibiotic failure in biofilm, an in vitro P. aeruginosa biofilm model exposed to suprainhibitory antibiotic concentrations was developed. In planktonic culture, the ciprofloxacin and amikacin combination prevented the selection of resistant mutants in ciprofloxacin and amikacinlow-level resistant P. aeruginosa strains overexpressing efflux. In biofilm, the ciprofloxacin and amikacin combination, used simultaneously or sequentially, didn’t show superior effects compared to monotherapies. Despite an initial bacterial reduction, biofilm eradication was not obtained. Regardless of wild-type or efflux strains and antibiotic regimen used, antibiotic failure was related to the selection of antibiotic-tolerant cells named “persisters”. Ciprofloxacin induced significant alterations in the biofilm structure, notably a considerable reduction in the exopolysaccharides of the matrix. The transcriptomic analysis of genes, potentially involved in persistence, suggested that early activation of the stringent response might be one of the main pathways for ciprofloxacin tolerance in biofilm. Finally, the emergence of "small colony variants" within the biofilm, characterized by enhanced ability to form biofilm, attested to biofilm heterogeneity. This work therefore contributes to a better understanding of how P. aeruginosa biofilms escape antibiotic.

Dans l'objectif d'anticiper et de réduire la prolifération de l'amibe pathogène Naegleria fowleri dans les circuits de refroidissement de certaines centrales électriques, notre travail vise à mieux comprendre l'écologie de cette amibe dans des environnements complexes tels que les biofilms d'eau douce récemment reconnus comme niche écologique préférentielle des amibes libres. Des essais de laboratoire ont été réalisés pour déterminer l'impact des facteurs environnementaux naturels et anthropiques: température, nature du matériau support de la formation du biofilm, charge nutritionnelle et monochloramination sur le comportement et le devenir de Naegleria fowleri dans le biofilm. Ces travaux ont permis de démontrer que la survie, l'implantation, la croissance, le maintien et le déclin de Naegleria fowleri dans les biofilms sont principalement gouvernés par la concomitance des facteurs température et ressource nutritive. Les autres facteurs: nature du matériau, désinfection à la monochloramine et compétition amibienne, se présentent plutôt comme des paramètres de perturbation ou d'inhibition de cette dynamique. Par ailleurs, les résultats obtenus sur la colonisation du biofilm par les amibes confortent le rôle prépondérant de cet habitat comme réservoir naturel des amibes libres et Naegleria fowleri / This study is aiming at preventing and reducing the proliferation of the pathogenic free-living amoeba Naegleria fowleri in several power plant cooling circuits. This work contributes to provide a better understanding of the ecology of this amoeba in complex environments such as freshwater biofilms, which recently has been recognized as privileged ecological niche for free-living amoebae. Laboratory tests were conducted to determine the impact of environmental factors such as temperature, type of support material for the biofilm formation, nutritional resources and monochloramination treatment on the behavior and the fate of Naegleria fowleri in the biofilm. This work has demonstrated that the survival, implantation, maintain, growth and decline of Naegleria fowleri in biofilms are mainly governed by a combination of the temperature and nutritional resource factors. The other factors: type of support material, monochloramination treatment, and amoebic competition, appeared rather as disruptive or inhibitory parameters of this dynamic. Moreover, the obtained results for the amoebic colonization of the biofilm matrix confirm the crucial role of this habitat as natural reservoir for free-living amoebae and Naegleria fowleri

Ligninolytic fungi are well known for their ability to degrade a wide range of xenobiotics contaminating the environment, including synthetic industrial dyes. In this work Pleurotus ostreatus was used for decolorization of a synthetic textile dye Remazol Brilliant Blue R (RBBR). To set up a model fungal "fixed-bed" bioreactor the fungus was immobilized on a polyurethane foam and artificially contaminated with a model bacterium Rhodococcus erythropolis. The development of bacterial contamination can be expected during a real application of fungal bio filters in wastewater treatment. The main aim of the work was to study interspecies interactions in the model bioreactors during the dye decolorization. Ligninolytic enzyme activities were followed in the bioreactor cultures as markers of fungal biodegradation ability. In contrast to the controls, no bacterial growth was observed in the P. ostreatus bioreactor culture liquid. The results showed that fungal laccase, pH of the culture liquid, and glucose consumption by the fungus had no effect on the bacterial growth. However, 4*105 - 1,3*106 CFU/ml of R. erythropolis was detected to be associated with the fungal solid support. The presence of these bacteria had no effect on the decolorization performance of the bioreactors. Dye decolorization efficiency...

Einleitung Die ständige Suche nach effektiveren und/oder weiteren botanischen Antibiotika im weiten Feld der geographischen Artenvielfalt macht den Stand der Forschung sehr unübersichtlich. Ziel dieser Arbeit ist es, durch Literaturrecherche eine Übersicht antimikrobiell wirksamer Pflanzen, Zubereitungen und Extrakte auf ausgewählte Bakterien der Mundhöhle aufzuzeigen. Material und Methoden Die Literaturrecherche erfolgte weltweit durch englische Schlüsselwörter in den elektronischen Datenbanken Cochrane Library, Pubmed / Medline, Embase und Google scholar für den Zeitraum bis einschließlich Dezember 2012. Ergebnisse Es wurden Veröffentlichungen über 735 Pflanzen gefunden, die auf ihre antimikrobielle Wirkung gegen folgende Mikroorganismen getestet wurden: Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Porphyromonas gingivalis, Treponema denticola, Tannerella forsythia, Fusobacterium nucleatum, Prevotella intermedia, Campylobacter rectus, Streptococcus mutans, Streptococcus mitis, Streptococcus oralis, Streptococcus sanguinis, Streptococcus gordonii. Gute antimikrobielle Wirkung zeigten Extrakte von 149 Pflanzen. In 87 klinischen Studien wurden Extrakte und Mixturen von ingesamt 61 Pflanzen untersucht, wovon nur 4 Studien keinen Effekt auf die klinischen Parameter hatten. Schlussfolgerung für die Klinik Pflanzenextrakte als neue potenzielle antimikrobielle Wirkstoffe in Prävention und Therapie von oralen Erkrankungen erforden noch weitere kontrollierte Studien in definierten Verfahren. / Introduction The constant search for more effective and / or other botanical antibiotics in the vast field of geographic diversity makes the state of research very confusing. The aim of this work is to show an overview of antimicrobial plants, preparations and extracts on selected bacteria of the oral cavity through literature. Material and Methods The literature search was carried worldwide by English keywords in the electronic databases Cochrane Library, PubMed / Medline, Embase and Google scholar for the period up to and including December 2012. Results Publications were found about 735 plants. They were tested for antimicrobial activity against the following microorganisms: Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Porphyromonas gingivalis, Treponema denticola, Tannerella forsythia, Fusobacterium nucleatum, Prevotella intermedia, Campylobacter rectus, Streptococcus mutans, Streptococcus mitis, Streptococcus oralis, Streptococcus sanguinis, Streptococcus gordonii. Extracts of 149 plants showed good antimicrobial effect. In 87 clinical studies, extracts and mixtures of a total of 61 plants were examined, of which only 4 studies had no effect on clinical parameters Conclusion for the clinic Require new potential plant extracts as antimicrobial agents in the prevention and treatment of oral diseases, further controlled studies in defined procedures