L’un des objectifs principal de la biologie synthétique est de reprogrammer les organismes vivants pour résoudre des challenges mondiaux actuelles dans le domaine industriel, environnemental et de la santé. Tandis que de nombreux types de portes logiques génétiques ont été conçus, leur extensibilité reste limitée. Effectivement, la conception de portes logiques reste en grande partie un processus fastidieux et repose soit sur l’intuition humaine, soit sur des méthodes computationnelles de force brute. De plus, les circuits conçus sont généralement de grande taille et ne sont donc pas faciles à implémenter dans les organismes vivants.Durant ma thèse, mon objectif a été d’augmenter la puissance de calcul des circuits logiques utilisant des intégrases tout en permettant aux chercheurs d’implémenter simplement ces circuits à un large éventail d'organismes et d’entrées.Tout d’abord, j’ai développé un cadre extensible et composable pour le design systématique de systèmes multicellulaires implémentant de la logique Booléenne et histoire dépendent. Ce design est basé sur l'utilisation de sérine intégrases et peut intégrer un nombre arbitraire d’entrée. J’ai implémenté dans Escherichia coli des circuits logiques Booléens multicellulaires jusqu’à quatre entrées et des circuits histoire-dépendent jusqu’à 3 entrées. En raison de son extensibilité et de sa composabilité, ce design permet une implémentation simple et directe de circuits logiques dans des systèmes multicellulaires.J’ai également poussé le compactage des circuits logiques biologiques. Pour cela, j’ai généré une base de données complète de tous les circuits logiques unicellulaires possibles pour l’implémentation de fonctions booléennes à deux, trois et quatre entrées. La caractérisation d’un ensemble réduit des circuits de cette base de données devra être effectuée pour prouver la faisabilité de leur implémentation.Je pense que ces différentes stratégies de conception et les différents outils distribués (pièces biologiques et interface web) aideront les chercheurs et les ingénieurs à reprogrammer le comportement cellulaire de manière simple pour diverses applications. / A major goal of synthetic biology is to reprogram living organisms to solve pressing challenges in manufacturing, environmental remediation, or healthcare. While many types of genetic logic gates have been engineered, their scalability remains limited. Indeed, gate design remains largely a tedious process and relies either on human intuition or on brute-force computational methods. Additionally, designed circuits are usually large and therefore not straightforward to implement in living organisms.Here, I aimed at increasing the computation power of integrase-based logic circuits while permitting researchers to simply implement these circuits to a large range of organisms and of inputs.First, I developed a scalable composition framework for the systematic design of multicellular systems performing integrase-based Boolean and history-dependent logic and integrating an arbitrary number of inputs. I designed multicell Boolean logic circuits in Escherichia coli to up to 4 inputs and History-dependent circuits to 3 inputs. Due to its scalability and composability, this design framework permits a simple and straightforward implementation of logic circuits in multicellular systems.I also pushed forward the compaction of biological logic circuits. I generated a complete database of single-cell integrase-based logic circuits to obtain all possible designs for the implementation of up to 4-input Boolean functions. Characterization of a reduced set of circuits will have to be performed to prove the feasibility of the implementation of these circuits.All these design strategies can be implemented via easily accessible web interfaces, and open collections of biological components that are made available to the scientific community. These tools will enable researchers and engineers to reprogram cellular behavior for various applications in a streamlined manner.

Les integrons sont des systèmes de recombinaison génétique bactériens qui jouent un rôle majeur dans la dissémination des gènes de résistances aux antibiotiques. Ces plateformes génétiques sont capables de capturer des cassettes de gène et de les réorganiser afin de trouver des solutions adaptatives à un environnement changeant. Le mécanisme de recombinaison des intégrons est original. Contrairement aux autres systèmes de recombinaison spécifique de site de la même famille (catalysés par les recombinases à tyrosine), le site de recombinaison associé aux cassettes est reconnu sous forme d'ADN simple brin replié. Une large part de mon travail de thèse a été dédiée à la compréhension des mécanismes qui permettent à ces sites de recombinaison de passer de la forme stable qu'est la double hélice d'ADN à la conformation leur permettant d'être reconnu par la recombinase des intégrons. L'autre partie de ma thèse a consisté au développement d'un outil génétique utilisant les remarquables propriétés de recombinaison des intégrons. Ce nouvel outil, nommé « intégron synthétique » permet de générer un grand nombre de combinaisons de séquences hétérologues in vivo. Il pourrait être d'une grande utilité aux ingénieurs tentant d'assembler des réseaux et voies génétiques d'intérêt, par évolution dirigée.

L'adaptation d'une bactérie aux changements de son environnement est contrôlée par un réseau de régulation large et complexe, faisant intervenir de nombreux acteurs et modules différents. Dans ce travail, nous avons étudiés un module de régulation spécifique, contrôlant l'adaptation de la bactérie Escherichia coli à un changement de sources de carbone. Dans un milieu contenant du glucose et de l'acétate, la croissance est divisée en deux phases : les bactéries utilisent préférentiellement le glucose et commencent à métaboliser l'acétate qu'après l'épuisement du glucose. En effet, la présence du glucose réprime la transcription d'un gène nécessaire à la croissance sur acétate, le gène acs (codant pour l'acétyl-CoA synthétase). Le mécanisme régulateur fait intervenir le facteur de transcription Crp-AMPc et le système de transfert de phosphate (PTS), qui permet l'import du glucose. Plusieurs modèles décrivent en détail la cascade de réactions moléculaires à l'origine de cette « répression catabolique ». Cependant, certaines de nos observations expérimentales ne sont pas correctement prédites par les modèles actuels. Ces modèles doivent être révisés ou complétés. L'outil majeur que nous employons pour les expériences est la fusion transcriptionnelle : une région promotrice fusionnée en amont d'un gène rapporteur (GFP, luciferase). Avec ces constructions, nous mesurons la dynamique de l'expression génique dans différentes souches (mutants) et différentes conditions environnementales. Les observations à l'échelle de la population sont corroborées par des mesures similaires à l'échelle de la cellule unique. Nous utilisons cette même technologie pour construire de petits systèmes synthétiques qui sondent davantage le phénomène de répression catabolique. Nous avons ainsi créé un interrupteur génétique dont le fonctionnement est contrôlé par le flux glycolytique et nous avons construit un petit système de communication intercellulaire basé sur la molécule AMPc. Enfin, nous proposons une manière originale de mesurer l'état métabolique des cellules en utilisant la dépendance énergétique de la luciferase. / The adaptation of bacteria to changes in their environment is controlled by a large and complex regulatory network involving many different actors and modules. In this work, we have studied a specific module controlling the adaptation of Escherichia coli to a change in carbon sources. In a medium containing glucose and acetate, growth is divided into two phases : the bacteria preferentially use glucose and start to metabolize acetate only after glucose exhaustion. Indeed, the presence of glucose represses the transcription of a gene needed for growth on acetate : the acs gene (coding for acetyl-CoA synthetase). The regulatory mechanism involves the Crp-cAMP regulator and the phosphate transfer system (PTS), which is responsible for glucose import. Several models describe the cascade of molecular reactions responsible for this « catabolite repression ». However, our work shows that many of our experimental observations are incorrectly predicted by current models. These models have to be amended.We use transcriptional fusion, i.e., the fusion of a promoter region upstream of a reporter gene (GFP, luciferase), to measure the dynamics of gene expression in different genetic backgrounds and environmental conditions. Observations at the population level are corroborated by similar measurements at the single cell level. We use this same technology to construct small synthetic systems that probe further aspects of the phenomenon of catabolite repression. We have thus created a genetic toggle switch controlled by the glycolytic flux and we have built an inter-cellular communication system mediated by cAMP. Finally, we propose a novel way to measure the metabolic state of cells by using the energy dependence of the luciferase enzyme.

La biologie synthétique est une discipline émergente consistant principalement en la modification génomique d'organismes vivants. Ces modifications complexes visent la programmation de systèmes biologiques pour accomplir des fonctions spécifiques parfois absentes dans la nature. Ce domaine se divise en plusieurs branches dont l’élaboration d’un châssis cellulaire minimal. En effet, depuis déjà plus d’une dizaine d’années, un grand intérêt est porté vers la création d’une cellule simplifiée. Le génome d’une telle cellule contiendrait seulement ce qui est nécessaire à sa survie en condition de laboratoire. Cette cellule possèderait pour principal avantage de permettre une meilleure compréhension de son fonctionnement global en plus d’éventuellement devenir un modèle d’étude pour la modification et la restructuration des génomes. Elle sera également plus fiable dans un contexte d’ingénierie métabolique puisqu’elle contiendra moins de circuits géniques, diminuant le nombre d’interactions non désirées. Une cellule minimale serait donc un sujet d’étude fascinant en plus d’être un organisme facilement reprogrammable, constituant ainsi une pierre angulaire pour le développement de la biologie synthétique. La présente étude concerne la réduction génomique de la bactérie Escherichia coli. Nous avons choisi cette dernière puisque de nombreux outils moléculaires permettant de modifier son génome sont disponibles et puisqu’une littérature très dense la concernant a été cumulée au fil des ans. Plusieurs projets de réduction ont été entamés avec cet organisme et les génomes produits ne semblent pas pouvoir atteindre moins de 3,0 Mpb sans présenter des défauts considérables de croissance. Nous avons donc sélectionné la souche simplifiée DGF298, dont le génome fait 3,0 Mpb et permet la croissance en milieu minimal, pour générer des mutants d’insertion ou de délétion et les avons suivis dans plusieurs conditions distinctes afin de déterminer si cette souche possédait encore des gènes facultatifs. Ce mémoire traite principalement des résultats obtenus dans un milieu riche et défini. Les données ainsi générées suggèrent que le génome de cette souche peut être réduit considérablement, puisque plus de 73 % de ses séquences codantes ne semblent pas être importantes en milieu riche. Une partie de ces éléments facultatifs peut cependant être impliquée pour la survie dans certaines conditions, telles qu’en présence d’une source de carbone autre que le glucose ou en absence d’oxygène. Lors de la réduction subséquente, il faudra donc déterminer le niveau d’adaptabilité désiré pour la souche.

La biologie synthétique est une discipline en pleine expansion visant à concevoir et construire des systèmes biologiques possédant des fonctions qui n'existent pas dans la nature. Elle se fonde sur des principes d'ingénierie pour rationnaliser la conception de tels systèmes. Le projet CompuBioTic a pour objectif le développement d'un nouveau type de diagnostic du cancer colorectal, se fondant sur une approche de biologie synthétique. Un choix stratégique a été fait et consiste à vouloir développer un système non vivant, ne nécessitant pas de cellule hôte et fondé sur l'utilisation de réseaux protéiques plutôt que génétiques. Très peu de méthodologies et d'outils ont été développés pour faciliter la conception de ce type de système. Cette thèse propose une méthodologie en trois points : conception, simulation et validation expérimentale ainsi que deux outils bioinformatiques, développés pour aider à la conception de réseaux biochimiques synthétiques. Tout d'abord, CompuBioTicDB est une base de données qui regroupe et annote des dispositifs fonctionnels et des molécules réalisant des processus (protéines et petites molécules) pouvant être exploités dans un contexte de biologie synthétique. Deuxièmement, BioNetCAD est un outil permettant de concevoir un réseau biochimique composé de molécules réelles à partir d'un réseau abstrait. BioNetCAD facilite également la simulation spatio-temporelle du système conçu grâce à un lien vers le logiciel HSim. Des portes logiques moléculaires et un dispositif de détection du glucose ont ainsi été conçus, modélisés et validés expérimentalement. Les principes d'un système pour le diagnostic du cancer colorectal sont également proposés. / Synthetic biology is a growing discipline which aims to design and construct biological systems with functions that do not exist in nature. It is based on engineering principles to rationalize the design such systems. The CompuBioTic project aims at the development of a new system for the diagnosis of the colorectal cancer, based on a synthetic biology approach. A strategic choice has been done and consists in wanting to develop a non-living system, which does not require a host cell and which is based on the use of protein rather than genetic networks. Very few methodologies and tools have been developed to facilitate the design of such systems. This thesis proposes a methodology in three steps: design, simulation and experimental validation, as well as two bioinformatics tools, developed to assist the design of synthetic biochemical networks. Firstly, CompuBioTicDB is a database that registers and annotates functional devices and molecules carrying processes (proteins and small molecules) that can be exploited in a context of synthetic biology. Secondly, BioNetCAD is a tool for designing a biochemical network composed of real molecules from an abstract network. BioNetCAD also facilitates spatiotemporal simulation of the designed system with a link to the HSim software. Molecular logic gates and a device for detecting glucose have been designed, modeled and then validated experimentally. The principles of a system for the diagnosis of colorectal cancer are also proposed.

Grâce aux progrès de la synthèse et de l’assemblage d’ADN, il est maintenant possible de créer des génomes complètement différents de ceux retrouvés dans la nature. Il sera bientôt possible de concevoir des bactéries ayant des génomes fait sur mesure pour pouvoir répondre à différentes problématiques qui touchent notre société. Par contre, le design rationnel de génome n’est pas encore possible, car les contraintes à respecter pour qu’un génome soit fonctionnel nous sont encore largement inconnues. De plus, le faible nombre d’organismes minimaux modèles ne permet pas encore de tirer de conclusions générales. J’ai donc cherché à améliorer ces deux aspects, en développant un nouveau modèle pour la génomique synthétique et en combinant plusieurs approches pour déterminer les éléments génétiques essentiels de son génome. Lors de mes travaux, j’ai dans un premier temps cloné le génome complet de la bactérie Mesoplasma florum L1 sous la forme d’un chromosome artificiel dans la levure Saccharomyces cerevisiae. J’ai fait une analyse transcriptionnelle ainsi qu’une analyse de croissance de cette souche de levure pour déterminer que le génome bactérien avait un impact limité sur son hôte. J’ai aussi observé de la transcription cryptique issue du génome cloné. J’ai ensuite pu découvrir que la transplantation du génome bactérien est une manipulation mutagène et que cet effet est amplifié par la distance phylogénétique entre le génome transplanté à partir de la levure et la bactérie réceptrice, Mycoplasma capricolum sous-espèce capricolum. Ces connaissances et la mise point de la boucle de clonage et transplantation permettent de mieux comprendre ce processus encore peu caractérisé et de positionner M. florum comme modèle pour la génomique synthétique. J’ai ensuite identifié les éléments importants du génome de M. florum en combinant une approche de génomique comparative sur 13 souches appartenant à cette espèce et la mutagénèse par transposons chez la souche L1. J’ai pu ainsi identifier des gènes plus ii propices à la délétion et à concevoir des plans de réduction du génome de cette souche. J’ai par la suite comparé ces plans au génome de la bactérie minimale Mycoplasma mycoides sous-espèce capri JCVI-syn3.0. J’ai finalement démontré que bien que ces bactéries soient phylogénétiquement proches, une bactérie minimale construite à partir de M. florum serait différente de la souche JCVI-syn3.0 et que la combinaison d’information sur la conservation et l’essentialité des gènes permet d’arriver à une bonne approximation de ce que serait génome minimal d’une bactérie.

Depuis plus de 80 ans, le métabolisme spécialisé nous fournit de nombreuses molécules utilisées en médecine, en particulier comme anti-infectieux. Aujourd’hui, avec l’augmentation mondiale de la résistance aux antimicrobiens, de nouveaux antibiotiques sont indispensables. Une des réponses à cette pénurie grave pourrait provenir de la biologie synthétique. Dans le domaine du métabolisme spécialisé, la biologie synthétique est utilisée en particulier pour la biosynthèse de métabolites non naturels. Parmi les métabolites spécialisés, les peptides non ribosomiques constituent une cible attrayante, car ils nous ont déjà fourni des molécules à haute valeur clinique (ex. les antibiotiques vancomycine et daptomycine). De plus, la plupart sont synthétisés par des enzymes multimodulaires appelées synthétases de peptides non ribosomiques (NRPS), et sont diversifiés davantage par des enzymes de décoration. Ainsi, ces voies de biosynthèse se prêtent particulièrement à la biosynthèse combinatoire, consistant à combiner des gènes de biosynthèse provenant de divers groupes de gènes ou, dans le cas des NRPS, à combiner des modules ou domaines pour créer de nouvelles enzymes. Cependant, si plusieurs études ont établi la faisabilité de telles approches, de nombreux obstacles subsistent avant que les approches combinatoires de biosynthèse soient totalement efficaces pour la synthèse de nouveaux métabolites. Les travaux présentés ici s’inscrivent dans le cadre d’un projet visant à comprendre les facteurs limitant les approches de biosynthèse combinatoire basées sur les NRPS, en utilisant une approche de biologie synthétique. Nous avons choisi de travailler avec les NRPS responsables de la biosynthèse des pyrrolamides. En effet, ces NRPS sont constitués uniquement de modules et de domaines autonomes, et donc particulièrement adaptés aux manipulations génétiques et biochimiques. La caractérisation du groupe de gènes de biosynthèse du pyrrolamide anthelvencine constitue la première partie de cette thèse et nous a fourni de nouveaux gènes pour notre étude. La deuxième partie a consisté à construire de vecteurs intégratifs modulaires, outils essentiels pour la construction et l’assemblage de cassettes génétiques. La dernière partie présente la reconstruction du groupe de gènes du pyrrolamide congocidine, basée sur la construction et l’assemblage de cassettes de gènes synthétiques. Dans l’ensemble, ces travaux ouvrent la voie à de futures expériences de biosynthèse combinatoire, expériences qui devraient contribuer à une meilleure compréhension du fonctionnement précis des NRPS. / For more than 80 years, specialized metabolism has provided us with many molecules used in medicine, especially as anti-infectives. Yet today, with the rise of antimicrobial resistance worldwide, new antibiotics are crucially needed. One of the answers to this serious shortage could arise from synthetic biology. In the field of specialized metabolism, synthetic biology is used in particular to biosynthesize unnatural metabolites. Among specialized metabolites, non-ribosomal peptides constitute an attractive target as they have already provided us with clinically valuable molecules (e.g. the vancomycin and daptomycin antibiotics). In addition, most are synthesized by multimodular enzymes called non-ribosomal peptide synthetases (NRPS) and further diversified by tailoring enzymes. Thus, such biosynthetic pathways are particularly amenable to combinatorial biosynthesis, which consists in combining biosynthetic genes coming from various gene clusters or, in the case of NRPSs, combining modules or domains to create a new enzyme. Yet, if several studies have established the feasibility of such approaches, many obstacles remain before combinatorial biosynthesis approaches are fully effective for the synthesis of new metabolites. The work presented here is part of a project aiming at understanding the limiting factors impeding NRPS-based combinatorial biosynthesis approaches, using a synthetic biology approach. We chose to work with the NRPSs involved in the biosynthesis of pyrrolamides. Indeed, these NRPS are solely constituted of stand-alone modules and domains, and thus, particularly amenable to genetic and biochemical manipulations. The characterization of the biosynthetic gene cluster of the pyrrolamide anthelvencin constitutes the first part of this thesis, and provided us with new genes for our study. The second part involved the construction of modular integrative vectors, essential tools for the construction and assembly of gene cassettes. The final part presents the successful refactoring of the congocidine pyrrolamide gene cluster, based on the construction and assembly of synthetic gene cassettes. Altogether, this work paves the way for future combinatorial biosynthesis experiments that should help deciphering the detailed functioning of NRPSs.

Les buts de cette thèse sont doubles, et concernent les circuits métaboliques synthétiques, qui permettent de détecter des composants chimiques par transmission de signal et de faire du calcul en utilisant des enzymes. La première partie a consisté à développer des outils d’apprentissage actif et par renforcement pour améliorer la conception de circuits métaboliques et optimiser la biodétection et la bioproduction. Pour atteindre cet objectif, un nouvel algorithme (RetroPath3.0) fondé sur une recherche arborescente de Monte Carlo guidée par similarité est présenté. Cet algorithme, combiné à des règles de réaction apprises sur des données et des niveaux différents de promiscuité enzymatique, permet de focaliser l’exploration sur les composés et les chemins les plus prometteurs en bio-rétrosynthèse. Les chemins obtenus par rétrosynthèse peuvent être implémentés dans des cellules ou des systèmes acellulaires. Afin de concevoir le meilleur milieu pour optimiser la productivité du système, une méthode d’apprentissage actif qui explore efficacement l’espace combinatoire des composants du milieu a été développée.La deuxième partie a consisté à développer des méthodes d’analyse, pour générer des connaissances à partir de données biologiques, et modéliser les réponses de biocapteurs. Dans un premier temps, l’effet du nombre de copies de plasmides sur la sensibilité d’un biocapteur utilisant un facteur de transcription a été modélisé. Ensuite, en utilisant des systèmes acellulaires qui permettent un meilleur contrôle des variables expérimentales comme la concentration d’ADN, l’utilisation des ressources a été modélisée pour assurer que notre compréhension actuelle des phénomènes sous-jacents est suffisante pour rendre compte du comportement du circuit, en utilisant des modèles empiriques ou mécanistiques. Couplés aux outils de conception de circuits métaboliques, ces modèles ont ensuite permis de développer une nouvelle approche de calcul biologique, appelée perceptrons métaboliques.Dans l’ensemble, cette thèse présente des outils de conception et d’analyse pour les circuits métaboliques synthétiques. Ces outils ont été utilisés pour développer une nouvelle méthode permettant d’effectuer des calculs en biologie synthétique. / The aims of this thesis are two-fold, and centered on synthetic metabolic circuits, which perform sensing and computation using enzymes.The first part consisted in developing reinforcement and active learning tools to improve the design of metabolic circuits and optimize biosensing and bioproduction. In order to do this, a novel algorithm (RetroPath3.0) based on similarity-guided Monte Carlo Tree Search to improve the exploration of the search space is presented. This algorithm, combined with data-derived reaction rules and varying levels of enzyme promiscuity, allows to focus exploration on the most promising compounds and pathways for bio-retrosynthesis. As retrosynthesis-based pathways can be implemented in whole cell or cell-free systems, an active learning method to efficiently explore the combinatorial space of components for rational media optimization was also developed, to design the best media maximizing cell-free productivity.The second part consisted in developing analysis tools, to generate knowledge from biological data and model biosensor response. First, the effect of plasmid copy number on sensitivity of a transcription-factor based biosensor was modeled. Then, using cell-free systems allowing for broader control over the experimental factors such as DNA concentration, resource usage was modeled to ensure our current knowledge of underlying phenomenons is sufficient to account for circuit behavior, using either empirical models or mechanistic models. Coupled with metabolic circuit design, those models allowed us to develop a new biocomputation approach, called metabolic perceptrons.Overall, this thesis presents tools to design and analyse synthetic metabolic circuits, which are a novel way to perform computation in synthetic biology.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / La biologie de synthèse est souvent dépeinte comme étant l’irruption de principes d’ingénierie dans les sciences de la vie. À partir de pratiques telles que la standardisation et la modélisation, les promoteurs de cette discipline relativement jeune espèrent en arriver à réduire suffisamment les difficultés liées à la complexité du monde vivant afin de rendre la conception de réseaux génétiques analogue à celle de circuits électroniques. Ce genre d’aspiration a récemment remis à jour, dans la littérature philosophique, des questionnements relatifs aux relations entre machine et organisme ainsi qu’à la portée de notre maîtrise technique du vivant. Pour alimenter ces réflexions, il nous semble pertinent de recourir à la pensée du philosophe français Georges Canguilhem (1904-1995). Selon Canguilhem, les mécanismes construits par l’être humain ont pour condition préalable la propriété du vivant à produire des mécanismes, nous obligeant ainsi à envisager la technique dans son origine et sa finalité biologique. Sans poser de principes métaphysiques tels qu’une âme ou une force vitale, la reconnaissance des origines vitales de la technique conduit néanmoins à reconnaitre que la capacité de l’organisme à instituer des normes demeure irréductible à la division et à l’analyse scientifique du vivant. À partir d’une exploration de la philosophie biologique de Canguilhem, nous montrerons qu’il est possible, au-delà des ambitions premières de la biologie de synthèse, de retrouver dans plusieurs de ses pratiques les plus récentes une attitude qui, en instrumentalisant les propriétés de la vie, actualise certaines des positions canguilhemiennes concernant la technique et le vivant. / Synthetic biology is often depicted as the application of engineering principles in the life sciences. Through practices such as standardisation and modeling, promoters of this relatively young discipline hope to overcome difficulties related to the complexity of living organisms, in order to make the design of genetic network similar to that of electronic circuits. This kind of aspiration recently brought up philosophical questions concerning the relations between organism and machine, as well as the scope of our technical mastery of life. The thought of French philosopher Georges Canguilhem (1904-1995) seems especially relevant to these issues. According to Canguilhem, man-made devices presuppose the ability of living organisms to produce mechanisms, and requires us to consider the vital purpose and origin of technology. Without assuming the existence of a soul or a vital force, the origin of technology nevertheless forces us to acknowledge that the capacity of organisms to create norms is irreducible to the scientific analysis of living beings. After exploring the biological philosophy of Canguilhem, I will argue that synthetic biology, despite its main discourses and ambitions, frequently exploit the properties of life in a way that actualizes some of Canguilhem’s perspectives regarding life and technology.

La faculté d’adaptation aux conditions environnementales des bactéries provient de lacomplexité de leur réseau de régulation génique, impliquant de nombreux régulateursspécifiques et la machinerie d’expression génique. Nous avons montré que le gène crl, codantun régulateur global d’Escherichia coli, est exprimé de façon transitoire lors de laphase exponentielle. Notre étude a permis d’identifier deux régulateurs responsables dece profil parmi une centaine testés. Ainsi, le complexe CRP-AMPc, réprime de façon indirectel’expression de crl, tandis que la nucléoprotéine Fis se fixe sur le promoteur de crlet active sa transcription directement. Le profil d’expression de crl étant similaire à celuide nombreux régulateurs globaux, nous nous sommes intéressés au rôle de la machinerieglobale d’expression des gènes et à son impact sur la croissance. Dans ce but, nous avonsconstruit un système nous permettant de contrôler la croissance d’E. coli en modulantl’expression des sous-unités _ et _’ de l’ARN polymérase et donc le niveau de transcriptiondans la cellule. Lorsque l’ARN polymérase est en faible concentration, le taux decroissance devient quasiment nul et les cellules filamentent. Ce contrôle de la croissanceest dose dépendant et a été mis en évidence autant à l’échelle de la population qu’à cellede la cellule unique. Nous avons enfin étudié par RNA-seq l’impact du niveau d’ARNpolymérase sur la transcription de l’ensemble du génome de cette souche. Cette étudemontre que toutes les classes fonctionnelles de gènes sont affectées par notre système, àl’exception des gènes qui codent les protéines ribosomales. / Bacteria can adapt to many different environmental conditions. This capacity of adaptationis conferred to the organism by a complex regulatory network, composed of specificregulators and the global gene expression machinery. We have studied the expression dynamicsof Crl, a global regulator of Escherichia coli, and observed a peak of transcriptionduring the exponential phase of growth. In order to identify potential regulators of crlexpression, we have measured the expression profile of crl in about one hundred differentmutant strains. This screen has revealed that CRP-cAMP represses indirectly the transcriptionof crl and the nucleoprotein Fis activates transcription of the crl promoter bybinding to the crl promoter region. We noted that the expression of most global regulatorsof E. coli have an expression profile similar to the one of Crl. We have thereforestudied the relationship between global gene expression machinery and cellular growth.We constructed a bacterium where the transcription of the two large subunits of RNApolymerase, _ et _’, is under external control. A small concentration of RNA polymeraseleads to a small growth rate of this engineered bacterium and the cells start to filament,whereas a high concentration of RNA polymerase produces phenotypically wild-type cells.We have characterized the control of growth rate by our system at the population level andin single cells. An analysis of the global transcription pattern of this strain by RNA-seqshows that the transcription of genes in all functional classes, with the possible exceptionof genes coding for ribosomal proteins, are almost equally affected by the modificationsof the intracellular concentration of RNA polymerase.