Les invasions biologiques sont un composant du changement global et ont des impacts dramatiques sur les écosystèmes, les agrosystèmes et la santé humaine. Néanmoins, ces processus biologiques particuliers offrent la possibilité d'étudier l'évolution phénotypique et génétique en un sur des temps écologiques. En effet, les invasions biologiques impliquent de fortes contraintes environnementales et démographiques sur les populations, et de forts effets sous-jacents de la sélection et de la dérive. Pourtant, les espèces envahissantes sont parmi les colonisateurs les plus prolifiques de la nature, et surprennent par leur capacité à répondre à ces contraintes. Le potentiel évolutif et adaptatif des populations envahissantes a été à de nombreuses reprises proposé comme facteur facilitant le succès de ces invasions. Qu'il s'agisse de processus génétiques d'adaptations (i.e. des changements de fréquences d'allèles) ou plastiques (i.e. un ajustement par plasticité phénotypique en réponse à un stimulus environnemental), la capacité de réponse à la sélection des espèces envahissantes les placent au centre des études de la biologie évolutive moderne. Ici, nous utilisons la récente invasion mondiale de la drosophile à ailes tachetées Drosophila suzukii pour étudier en détail les mécanismes de la réponse à la sélection potentiellement impliqués dans le succès de cette invasion. L'analyse des patrons de variations moléculaires neutre, nous ont permit de retracer l'histoire complexe de cette invasion mondiale, et d'évaluer par la suite la divergence phénotypique et l'évolution de la variation génétique quantitative en comparant les populations ancestrales de D. suzukii à leurs populations dérivées. Nous avons pu ainsi estimer les effets de la sélection et de la dérive génétique au cours de cette invasion, et discuter leur importance au regard de l'évolution de la forme de l'aile dans cette espèce. Enfin des protocoles expérimentaux d'analyse de la plasticité phénotypique ainsi que des méthodes de modélisation de niche climatique nous permettent de discuter l'influence de la fluctuation des conditions environnementales sur le succès de cette invasion. / Biological invasions are a component of global change and have dramatic effects on ecosystems, agrosystems and human health. Nonetheless, these peculiar biological processes offer a great opportunity for the study of rapid phenotypic and genetic evolution, at an ecological timescale. Biological invasions often involve environmental and demographic constraints on populations, as well as strong effects of selection and drift. However, these species are among the most successful colonialists in nature, and their ability to respond to these constraints is remarkable. The evolutionary and adaptive potential of invasive populations have been proposed as facilitating factors of the success of invasions. Processes of genetic (i.e. changes in allele frequencies) and plastic (i.e. adjustment to environmental fluctuation through phenotypic plasticity) involved in the success of biological invasions are at the center of modern evolutionary biology. Here, we use the recent spread of the spotted-wing Drosophila suzukii to study the underlying mechanisms of response to selection potentially involved in the success of this global invasion. Analyzing patterns of neutral genetic variation allowed us to decipher the complex history of this worldwide invasion, and subsequently evaluate phenotypic divergence and evolution of quantitative genetic variation among ancestral and derived populations. We thus estimated the effects of selection and drift throughout this invasion and discuss their importance regarding the evolution of wing shape in this species. Finally, experimental protocols on the analysis of phenotypic plasticity as well as Species Distribution Modeling methods allowed us to discuss the influence of environmental fluctuations on the success of this invasion.

Depuis plusieurs années, des projets d'intégration de données omiques se sont développés, notamment avec objectif de participer à la description fine de caractères complexes d'intérêt socio-économique. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est de combiner différentes données omiques hétérogènes afin de mieux décrire et comprendre le dernier tiers de gestation chez le porc, période influençant la mortinatalité porcine. Durant cette thèse, nous avons identifié les bases moléculaires et cellulaires sous-jacentes de la fin de gestation, en particulier au niveau du muscle squelettique. Ce tissu est en effet déterminant à la naissance car impliqué dans l'efficacité de plusieurs fonctions physiologiques comme la thermorégulation et la capacité à se déplacer. Au niveau du plan expérimental, les tissus analysés proviennent de foetus prélevés à 90 et 110 jours de gestation (naissance à 114 jours), issus de deux lignées extrêmes pour la mortalité à la naissance, Large White et Meishan, et des deux croisements réciproques. Au travers l'application de plusieurs études statistiques et computationnelles (analyses multidimensionnelles, inférence de réseaux, clustering et intégration de données), nous avons montré l'existence de mécanismes biologiques régulant la maturité musculaire chez les porcelets, mais également chez d'autres espèces d'intérêt agronomique (bovin et mouton). Quelques gènes et protéines ont été identifiées comme étant fortement liées à la mise en place du métabolisme énergétique musculaire durant le dernier tiers de gestation. Les porcelets ayant une immaturité du métabolisme musculaire seraient sujets à un plus fort risque de mortalité à la naissance. Un second volet de cette thèse concerne l'imputation de données manquantes (tout un groupe de variables pour un individu) dans les méthodes d'analyses multidimensionnelles, comme l'analyse factorielle multiple (AFM) (ou multiple factor analysis (MFA)). Dans notre contexte, l'AFM fut particulièrement intéressante pour l'intégration de données d'un ensemble d'individus sur différents tissus (deux ou plus). Afin de conserver ces individus manquants pour tout un groupe de variables, nous avons développé une méthode, appelée MI-MFA (multiple imputation - MFA), permettant l'estimation des composantes de l'AFM pour ces individus manquants. / Over the last decades, some omics data integration studies have been developed to participate in the detailed description of complex traits with socio-economic interests. In this context, the aim of the thesis is to combine different heterogeneous omics data to better describe and understand the last third of gestation in pigs, period influencing the piglet mortality at birth. In the thesis, we better defined the molecular and cellular basis underlying the end of gestation, with a focus on the skeletal muscle. This tissue is specially involved in the efficiency of several physiological functions, such as thermoregulation and motor functions. According to the experimental design, tissues were collected at two days of gestation (90 or 110 days of gestation) from four fetal genotypes. These genotypes consisted in two extreme breeds for mortality at birth (Meishan and Large White) and two reciprocal crosses. Through statistical and computational analyses (descriptive analyses, network inference, clustering and biological data integration), we highlighted some biological mechanisms regulating the maturation process in pigs, but also in other livestock species (cattle and sheep). Some genes and proteins were identified as being highly involved in the muscle energy metabolism. Piglets with a muscular metabolism immaturity would be associated with a higher risk of mortality at birth. A second aspect of the thesis was the imputation of missing individual row values in the multidimensional statistical method framework, such as the multiple factor analysis (MFA). In our context, MFA was particularly interesting in integrating data coming from the same individuals on different tissues (two or more). To avoid missing individual row values, we developed a method, called MI-MFA (multiple imputation - MFA), allowing the estimation of the MFA components for these missing individuals.

Résumé : Chez le sportif, le franchissement de plusieurs fuseaux horaires avec décalage horaire s'accompagne d'une fatigue avec somnolence diurne, d'une diminution des performances cognitives, sportives et de la vigilance. Une sieste de courte durée pourrait être une solution adaptée pour prévenir les effets du jet lag. A notre connaissance, aucune étude n'a évalué les effets d'une sieste et/ou les effets combinés du décalage horaire et d'une sieste sur les performances des athlètes.C'est pourquoi, l'objectif de cette thèse est d'étudier chez des athlètes, les effets d'une avance de phase de 5 heures (simulant un voyage transméridien vers l'Est) et d'une sieste post-prandiale de 20 minutes sur les réponses à un exercice physique de courte durée et à des tâches psychomotrices ainsi que sur le sommeil subséquent. Seize sujets jeunes, sains, de sexe masculin et sportifs (âge : 22.2 ± 1.7 ans ; taille : 178.3 ± 5.6 cm, poids : 73,6 ± 7,9 kg ; VC>2 max : 55.5 ± 9,1 ml.min.kg"' ; siesteurs non habituels) ont participé à cette étude. Aucun ne présentait de pathologie du sommeil. Chaque sujet a passé en laboratoire une nuit d'habituation et 8 nuits expérimentales dont 4 en condition normale (23H-7H, 2 nuits pré-tests et 2 post-tests) et 4 en avance de phase de 5 h ( 18H-2H, 2 nuits pré et 2 post-tests) avec enregistrement EEG continu. Après un repas standardisé au laboratoire, les sujets ont été soumis, entre 13 et 14H (condition normale), et entre 08 et 09H (condition de décalage), soit à une sieste (20 min de sommeil), soit à une période de repos en décubitus sans sommeil. A l'issue, les sujets ont réalisé un test de performance attentionnelle, évaluant 6 champs de l'attention, un test de Handgrip et un test Wingate avec mesure de la lactatémie en fin d'exercice et lors de la récupération. Ces mêmes tests ont été reconduits 2 heures plus tard dans le même ordre. La température rectale a été enregistrée par holter tout au long de la période expérimentale.Les résultats montrent que le décalage horaire modifie l'architecture du sommeil de la nuit pré tests avec un déficit de sommeil d"lh20, se traduisant par une moindre efficacité de sommeil. En revanche, ce décalage améliore la qualité du sommeil de la nuit subséquente (post-tests) avec une augmentation de la quantité du N3 et du sommeil paradoxal. Une baisse significative de l'amplitude de la température interne témoigne d'un réajustement actif des sujets. L'architecture de la sieste (stades 2 et 3) est similaire qu'elle ait lieu après une nuit normale ou après décalage horaire avec toutefois une quantité de SP qui tend à augmenter après la nuit en avance de phase. Elle n'a pas d'effets sur la composition du sommeil qui suit (condition normale ou en décalage), en dehors d'une augmentation de la latence d'endormissement en condition de décalage... / Purpose T he aim of thé study vvas to examine thé effects of a post-prandial 20 min nap on a short-term physicalexercise and subséquent sleep in athlètes keeping their usual sleep schedules and in 5-h phase-advance condition.Methods Sixteen healthy young mâle athlètes (âge 22.2 ± 1.7 years. non-habitual nappers) participated in thé study.After a baseline 8-h time in bed in normal and 5-h advanced sleep schedules, a standardized moming and lunch in alaboratory enviromnent, subjects undervvent either a nap (20 min of sleep elapsed from 3 epochs of stage 1 or 1 epochof stage 2), or a rest without sleep by lying in a bed, between 13:00 and 14:00 hours in non-shifted condition or 08:00and 09:00 hours in shifted condition, after vvhich anaerobic exercises were perforrned tvvice 2 h apart. Core bodytempérature vvas recorded throughout thé study period.Resuhs The nap extended sleep onset latency from6.72 ± 3.83 to 11.84 ± 13.44 min, after shifted condition but did not modify sleep architecture of thé post-trial nightamong athlètes, vvhether shifted or not. Moreover, napping did not improve physical performance but it delayedacrophase and batyphase of core body température rhythm pararneters.Conclusion N apping showed no reliable benefit on short-term performances of athlètes exercising at local time or aftera simulated jet lag.

Cette thèse porte un regard évolutif sur les invasions biologiques qui sont une menace écologique, économique et sanitaire grandissante.Qu'ils en soient la cause ou la conséquence, les invasions sont en effet le théâtre de changements évolutifs rapides et importants.Ces changements peuvent être liés à une différence de pression de sélection entre l'aire d'origine et l'aire envahie, mais peuvent aussi être initiés par des évènements démo-génétiques comme un goulot d'étranglement démographique ou l'admixture (hybridation intra-spécifique) entre populations génétiquement différentes.Les changements évolutifs concernent aussi bien des traits d'histoire de vie liés à la reproduction que le fardeau génétique et la dépression de consanguinité.La forte dérive génétique qui peut se produire au cours d'un goulot d'étranglement peut conduire à la purge ou la fixation rapide d'allèles délétères responsables du fardeau génétique.Les trais de reproduction peuvent eux aussi influencer directement l'issue d'une invasion, au travers du taux d'accroissement démographique de la population.Ils peuvent aussi avoir un effet indirect sur le succès d'introduction en modifiant l'intensité des effets des évènements démo-génétiques.Au cours de cette thèse, j'ai étudié l'évolution du fardeau génétique et de traits de reproduction au cours d'une invasion biologique grâce à (i) une série d'expériences sur l'espèce envahissante modèle Harmonia axyridis (la coccinelle asiatique) et à (ii) un modèle théorique de dynamique de la fréquence d'un allèle délétère dans une population subissant un goulot d'étranglement.Mes résultats montrent que les populations envahissantes ont des traits de reproduction plus performants que celles de l'aire native.En particulier, les femelles envahissantes présentent une fécondité plus élevée et fécondent leurs œufs avec le sperme d'un plus grand nombre de mâles.Il n'existe pas, chez cette espèce, de mécanisme évident d'évitement de la consanguinité, bien que les populations de l'aire native souffrent de dépression de consanguinité contrairement à celles de l'aire envahie.La dépression de consanguinité peut évoluer très vite chez cette espèce en cas de fort goulot d'étranglement.Dans les conditions expérimentales, les allèles délétères étaient parfois purgés, mais ont souvent été fixés dans la population au cours d'un goulot.Enfin, le modèle théorique a montré que les probabilités de perte ou de fixation d'un allèle délétère récessif peuvent toutes deux augmenter rapidement par dérive au cours d'un goulot d'étranglement d'intensité modérée.Ces résultats soulignent l'importance du hasard sur le succès d'une invasion biologique.Puisque la probabilité d'émergence de combinaisons génomiques favorables à l'invasion augmente avec le nombre d'introduction, limiter le nombre d'évènements d'introduction peut s'avérer déterminant pour prévenir de futures invasions biologiques. / This thesis provides some evolutionary insights on biological invasions, which represent a growing threat on ecology, economy and public health.Biological invasions are a place of rapid and important evolutionary changes that can be the cause or the consequence of invasion success.These changes can be caused by differences in selective pressures between the native and the invaded area.They can also be due to demo-genetic events such as demographic bottlenecks and admixture (emph{i.e.} intra-specific hybridisation) between genetically distinct populations.Evolutionary changes affect life-history traits (including reproductive traits) as well as the genetic load and inbreeding depression.Genetic drift can be strong during a bottleneck and can induce the rapid purging or fixation of deleterious alleles responsible for the genetic load.Reproductive traits can also influence the fate of an invasion by changing the demographic growth rate.Moreover, they can have an indirect impact on the success of introduction by altering the intensity of demo-genetic events.Throughout this thesis, I studied the evolution of the genetic load and of reproductive traits by the mean of (i) laboratory experiments using the invasive Harlequin ladybird Harmonia axyridis as a model species and (ii) through the study of a theoretical model of the dynamics of allele frequencies during a bottleneck.My results show that invasive populations have better reproductive traits than those from the native area.Particularily, invasive females display an increased fecundity and fertilize their eggs with the sperm of a higher number of males.In this species, there is no obvious mechanism of inbreeding avoidance, even though native populations suffer to inbreeding depression contrarily to invasive ones.Inbreeding depression can evolve quickly in this species if the population goes through a severe bottleneck.In my experiments, deleterious alleles were often fixed in the population during the bottleneck, but were sometimes purged.Finally, the theoretical model studied described show that the probability of complete loss or fixation of a deleterious recessive allele can both increase by drift during a bottleneck.These results highlight the importance of chance on the success of a biological invasion.Because the probability of emergence of genomic combinations that can favour an invasion increases with the number of introduction events, limiting the number of introduction events might be an efficient way to prevent or minimise upcoming biological invasions.

Cette thèse porte sur la modélisation, l'analyse et la réduction de modèles biologiques, notamment de réseaux de régulation génique chez la bactérie E. coli. Différentes approches mathématiques sont utilisées. Dans la 1ère partie de la thèse, on modélise, analyse et réduit avec des outils classiques un modèle de transcription-traduction de grande dimension de l'ARN polymérase (RNAP) chez E. coli. Dans la 2de partie, l'introduction d'une nouvelle méthode appelée Analyse de Processus Principaux (PPA) nous permet d'analyser des modèles de haute dimension, en les décomposant en processus biologiques dont l'activité est évaluée pendant l'évolution du système. L'exclusion des processus inactifs réduit la dynamique du modèle à ses principaux mécanismes. La méthode est appliquée à des modèles d'horloge circadienne, de toxicologie endocrine et de voie de signalisation ; on teste également sa robustesse aux variations des conditions initiales et des paramètres. Dans la 3ème partie, on présente un modèle ODE de la machinerie d'expression génique de cellules d'E. coli dont la croissance est contrôlée par un inducteur de la synthèse de RNAP. On décrit notre contribution au développement du modèle et analyse par PPA les mécanismes essentiels du réseau de régulation. Dans une dernière partie, on modélise spécifiquement la réponse de RNAP à l'ajout d'inducteur et estime les paramètres du modèle à partir de données de cellules individuelles. On discute l'importance de considérer la variabilité entre cellules pour modéliser ce processus : ainsi, la moyenne des calibrations sur chaque cellule apparaît mieux représenter les données moyennes observées que la calibration de la cellule moyenne. / This thesis deals with modeling, analysis and reduction of various biological models, with a focus on gene regulatory networks in the bacterium E. coli. Different mathematical approaches are used. In the first part of the thesis, we model, analyze and reduce, using classical tools, a high-dimensional transcription-translation model of RNA polymerase in E. coli. In the second part, we introduce a novel method called Principal Process Analysis (PPA) that allows the analysis of high-dimensional models, by decomposing them into biologically meaningful processes, whose activity or inactivity is evaluated during the time evolution of the system. Exclusion of processes that are always inactive, and inactive in one or several time windows, allows to reduce the complex dynamics of the model to its core mechanisms. The method is applied to models of circadian clock, endocrine toxicology and signaling pathway; its robustness with respect to variations of the initial conditions and parameter values is also tested. In the third part, we present an ODE model of the gene expression machinery of E. coli cells, whose growth is controlled by an external inducer acting on the synthesis of RNA polymerase. We describe our contribution to the design of the model and analyze with PPA the core mechanisms of the regulatory network. In the last part, we specifically model the response of RNA polymerase to the addition of external inducer and estimate model parameters from single-cell data. We discuss the importance of considering cell-to-cell variability for modeling this process: we show that the mean of single-cell fits represents the observed average data better than an average-cell fit.

Parmi les méthodologies d’appréciation du danger ayant connu une forte croissance ces dernières décennies figurent le Control Banding (CB). Selon une estimée du NIOSH (National Institute for Occupational Safety and Health), cette approche qualitative a été développé dans l’industrie pharmaceutique dans un but concret de protéger près de 90% de travailleurs n’ayant pas accès à des services de santé, de sécurité et d’hygiène au travail. Actuellement, cette approche peut être adaptée aux spécificités des nanomatériaux (NMs) pour lesquelles peu de connaissances scientifiques sont disponibles sur les risques potentiels pour la santé et pour la sécurité des travailleurs. Au cours des dernières années, différentes études ont porté sur l’application de l’approche CB et plusieurs pays ont développé leur propre méthode adaptée aux NMs. Par contre, tous les modèles développés sont basés sur des critères qualitatifs du danger et de l’exposition. Une approche semi-quantitative permettrait de mieux gérer les dangers liés à la manipulation des NMs. L’objectif de ce mémoire était de développer une approche semi-quantitative d’évaluation des dangers sur la base d’une approche de CB. Pour ce faire, une analyse systématique de la littérature scientifique des 20 dernières années sur l’approche de CB a été effectué. Les bases de données Toxline, Pubmed et Google Scholar ont été consultées, couvrant la période de janvier 1996 à novembre 2016, en utilisant 4 mots-clés: control banding, nanomaterials, physicochemical, biological characteristics. Cette recherche a permis d’identifier 982 articles, dont 11% (91) furent retenus en première intention pour au final en garder 6 % (51/982). Il ressort de cette revue que le CB est une approche complémentaire aux méthodes d’évaluation quantitative et que les outils CB développés pour les NMs sont tous de nature qualitative, en réponse à une exposition. Une approche semi-quantitative où il y a maillage entre la caractérisation biologique avec les tests in vitro et la caractérisation physicochimique par des analyses chimiques pour mieux caractériser le niveau de dangérosité des NMs tel que présenté dans le présent mémoire permettrait une utilisation plus judicieuse du CB. Cette approche novatrice du CB dépasse largement l’utilisation que l’on en fait actuellement en hygiène du travail, devrait accroître la confiance dans le jugement des experts en santé au travail, afin d’orienter les travailleurs et la population générale vers une utilisation sécuritaire des NMs. / Among the hazards assessment methodology that has grown exponentially during the last decade, mention Control Banding (CB). According to the National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH), this qualitative approach originally developed in the pharmaceutical industry, aims to protect approximately 90% or 2.7 billion workers that do not have access to occupational safety, health, and hygiene. Currently, this approach can be adapted to the specificities of nanomaterials (NMs), considering the significant lack of scientific knowledge about their potential health and safety risks to workers. In recent years, several CB models have been developed, and many countries have created their own nano-specific CB instruments. However, a semi-quantitative approach would better managing the hazards of handling nanomaterials in the workplace. This thesis aimed to perform a systematic literature review over the past 20 years about the CB approach and then to suggest a semi-quantitative hazard assessment. The official Web pages of the databases Toxline, Pubmed and Google Scholar were used, covering the literature from January 1996 to November 2016, with use of the 4 keywords to locate relevant articles: Control Banding, nanomaterials, physico-chemical, biological characteristics. These searches yielded a total of 982 articles, 11% (91) were retained to eventually retain 6% (51/982). This review shows that the CB approach is an interesting and complementary methodology to quantitative evaluation methods and the CB tools developed for NMs are all qualitative in nature, in response to an exposure and adapted to different work environments. It is possible to make better use by proposing a semi-quantitative approach based on physicochemical and toxicity parameters of NMs to better characterize their degree of dangerousness. We propose here an original methodology proposing the interaction of in vitro tests and chemical analyzes. This innovative Control Banding approach should increase confidence in the judgment of experts and industry, as well as to guide both exposed workers and the uses of NMs in this industry.

Cette thèse s’articule autour de deux séries de travaux motivés par des expériences sur des fourmis. Bien qu’inspirés par labiologie, les modèles que nous développons utilisent une terminologie et une approche typique de l’informatique théorique.Le premier modèle s’inspire du transport collaboratif de nourriture au sein de l’espèce P. Longicornis. Certains aspectsfondamentaux du processus peuvent être décrits par un problème de recherche sur un graphe en présence d’un certain typed’indications bruitées à chaque noeud. Ces indications représentent de courtes traces de phéromones déposées devant l’objettransporté afin de faciliter la navigation. Dans cette thèse, nous donnons une analyse complète du problème lorsque le graphesous-jacent est un arbre, une hypothèse pertinente dans un cadre informatique. En particulier, notre modèle peut être vucomme une généralisation de la recherche binaire aux arbres, en présence de bruit. De manière surprenante, lescomportements des algorithmes optimaux dans ce cadre diffèrent suivant le type de garantie que l’on étudie : convergence enmoyenne ou avec grande probabilité.Le deuxième modèle présenté dans cette thèse a été conçu pour décrire la dissémination d’informations au sein de fourmis dudésert. Dans notre modèle, les échanges ont lieu uniformément au hasard, et sont sujets à du bruit. Nous prouvons une borneinférieure sur le nombre d’interactions requis en fonction de la taille du groupe. La borne, de même que les hypothèses dumodèle, semblent compatible avec les données expérimentales.Une conséquence théorique de ce résultat est une séparation dans ce cadre des variantes PUSH et PULL pour le problème du broadcast avec bruit. Nous étudions aussi une version du problème avec des garanties de convergence plus fortes. Dans cecas, le problème peut-être résolu efficacement, même si les échanges d’information au cours de chaque interaction sont très limités / This thesis is built around two series of works, each motivated by experiments on ants. We derive and analyse new models,that use computer science concepts and methodology, despite their biological roots and motivation.The first model studied in this thesis takes its inspiration in collaborative transport of food in the P. Longicornis species. Wefind that some key aspects of the process are well described by a graph search problem with noisy advice. The advicecorresponds to characteristic short scent marks laid in front of the load in order to facilitate its navigation. In this thesis, weprovide detailed analysis of the model on trees, which are relevant graph structures from a computer science standpoint. Inparticular our model may be viewed as a noisy extension of binary search to trees. Tight results in expectation and highprobability are derived with matching upper and lower bounds. Interestingly, there is a sharp phase transition phenomenon forthe expected runtime, but not when the algorithms are only required to succeed with high probability.The second model we work with was initially designed to capture information broadcast amongst desert ants. The model usesa stochastic meeting pattern and noise in the interactions, in a way that matches experimental data. Within this theoreticalmodel, we present in this document a strong lower bound on the number of interactions required before information can bespread reliably. Experimentally, we see that the time required for the recruitment process of even few ants increases sharplywith the group size, in accordance with our result. A theoretical consequence of the lower bound is a separation between theuniform noisy PUSH and PULL models of interaction. We also study a close variant of broadcast, without noise this time butunder more strict convergence requirements and show that in this case, the problem can be solved efficiently, even with verylimited exchange of information on each interaction.

Le développement des Interventions Médicales Assistées par ordinateur (CAMI) est le résultat d'évolutions convergeantes dans les domaines de la médecine, physique, biomatériaux, électronique, informatique et robotique. CAMI visent à fournir les outils qui permettent au clinicien d'utiliser des données multi-modales de manière rationnelle et quantitative pour planifier, simuler et exécuter des interventions médicales mini-invasives avec précision et sans risque. Parallèlement, les avancées technologiques dans les domaines de l’automatisation, la miniaturisation, la conception assistée par ordinateur et l'usinage ont aussi mené au développement des technologies telles que la bioimpression assistée par ordinateur permettant une impression couche par couche de biomatériaux avec une géométrie contrôlée dans l’espace. Ces résultats ouvrent la voie pour l’utilisation des technologies de bioimpression pour des Interventions Médicales Assistées par ordinateur plus précises et sans risque. Dans ce travail, nous montrons que des constructions tissulaires 3D peuvent être imprimées in vivo et in situ et adaptées à la morphologie d’un défaut. Les résultats ont montré que l'impression de cellules in situ avec une résolution à l’échelle cellulaire a tendance à orienter la réparation tissulaire. / The development of Computer-Assisted Medical Interventions (CAMI) results from converging evolutions in medicine, physics, materials, electronics, informatics and robotics. CAMI aim at providing tools that allow the clinician to use multi-modal data in a rational and quantitative way in order to plan, simulate and execute mini-invasive medical interventions accurately and safely. In parallel, technological advances in the fields of automation, miniaturization and computer aided design and machining have also led to the development of bioprinting technologies which could be defined as the computer-aided, layer-by-layer deposition, transfer and patterning of biologically relevant materials. These results pave the way of using bioprinting technologies for Computer-Assisted Medical Interventions. More precisely, we show that 3D tissue constructs can be printed in vivo and in situ in relation with defect morphology. Interestingly, we demonstrate that printing cells in situ with a cell-level resolution tends to orientate tissue repair.

La résistance aux antibiotiques ou la difficulté de plus en plus croissante à traiter les maladies actuelles avec les composés disponibles sur le marché ont contraint les chercheurs à trouver de nouvelles sources de molécules actives. Les lichens produisent divers composés biologiquement actifs en raison de la grande diversité de leur écosystème. Ils représentent ainsi une source prometteuse de composés bioactifs. Le profilage chimique de Nephroma laevigatum a été effectué. Une analyse LC-MS/MS avec des approches en réseaux moléculaires ont permis d’appréhender la diversité chimique de ce lichen et quatre composés différents ont été isolés et identifiés par RMN puis testés pour leur activité antiproliférative. Cependant, les ressources en lichens sont limitées, ce qui restreint leur utilisation. De plus, le thalle lichénique constitue une niche écologique de choix pour d’autres microorganismes, ce qui en fait une source potentielle de nouvelles molécules d’intérêts. La culture de champignons endolichéniques a été entreprise. Ainsi, 46 souches ont été isolées et identifiées par DNA barcoding (amorces ITS4 et ITS5). Les souches identifiées appartiennent au genre Nemania, Daldinia, Peziza et Coniochaeta. Une investigation biologique a été réalisée sur six souches sélectionnées appartenant à deux espèces (Nemania aenea var. aureolatum et N. serpens). Ainsi, deux souches se sont démarquées par leurs activités antiprolifératives et anti-biofilms. Des études chimiques et biologiques plus approfondies de ces dernières (Gir_20 N. aenea var. aureolatum et Cor_08 N. serpens) ont été par la suite effectuées et huit composés différents ont été isolés et identifiés par RMN 1D et 2D. L’étude de l’effet des extraits sur les lignées cancéreuses humaines HT- 29, HCT116, PC-3 et DU145 a permis de mettre en évidence des changements morphologiques au niveau cellulaire. L’analyse de l’expression de marqueurs protéiques pro- et anti-apoptotiques ainsi que la fragmentation de l’ADN mettent en évidence l’induction de l’apoptose. Le profilage chimique par LC-MS/MS de ces souches a ensuite été réalisé et comparé par des approches en réseaux moléculaires permettant ainsi de visualiser la diversité chimique entre les deux espèces de champignons endolichéniques. / Antibiotics resistance or increase of difficulty to treat for current diseases with commercially available compounds has obligated researchers to find new sources of active molecules. Lichens produce various biologically active compounds due to the great diversity of their ecosystem. Thus, they represent a promising source of bioactive compounds. Chemical profiling of Nephroma laevigatum was performed. LC-MS/MS analysis with molecular network approach allowed understanding chemical diversity of this lichen and four different compounds were isolated and identified by NMR and tested for their antiproliferative activity. However, lichen resources are limited, which limits their use. In addition, lichen thalli are an ecological niche for other microorganisms and a wide reservoir for access to bioactive molecules. Cultivation of endolichenic fungi was undertaken. Thus, 46 strains were isolated and identified by DNA barcoding (primers ITS4 and ITS5). The isolated fungi belong to genus Nemania, Daldinia, Peziza and Coniochaeta. Biological investigation was carried out on six selected strains belonging to two species (Nemania aenea var. aureolatum and N. serpens). So, two strains distinguished by their antiproliferative and anti-biofilm activities. Further chemical and biological studies of these strains (Gir_20 N. aenea var. aureolatum and Cor_08 N. serpens) were subsequently performed and eight different compounds were isolated and identified by 1D and 2D NMR. Study of effect of the extracts on the human cancer lines HT-29, HCT116, PC-3 and DU145 made it possible to highlight morphological changes at the cellular level. Analyses of the expression of pro- and anti-apoptotic protein markers as well as DNA fragmentation demonstrate the induction of apoptosis. LC-MS/MS chemical profiling of these strains was performed and compared with molecular network approach, to visualize chemical diversity between the two species of endolichenic fungi.

La présente étude s’attache à étudier l’effet d’une source de carbone organique sélectionnée sur la croissance et la production de métabolites de la microalgue rouge Porphyridium marinum. Cette dernière s’est montrée incapable de se multiplier en hétérotrophie, en absence totale de lumière. Cependant, en condition mixotrophique la production de biomasse, lipides et de phycobiliprotéines par P. marinum a été améliorée en comparaison avec la condition autotrophique. Les teneurs en exopolysaccharides ont été presque similaires dans les deux conditions. Dans le but de valoriser ces métabolites, l’effet antioxydant, antibactérien, antibiofilm et anticancéreux ont été testés. L’exopolysaccharide de P. marinum ainsi que ses dérivés de faible poids moléculaire (EPS-2P et EPS-5P) ont tous présenté des activités antibactériennes et antibiofilm à différentes concentrations. Cependant l’EPS-2P et l’EPS-5P ont été jugés plus efficaces pour l’activité anticancéreuse contre les cellules de cancer de sein. D’autre part, la production du pigment majoritaire des microalgues rouges, la B-phycoerythrine (B-PE), a été optimisée moyennant des plans d’expériences adaptés. Une teneur de 40 mg/g MS a été obtenue en faisant varier la concentration en NaNO3, K2HPO4 et solution métallique ainsi que l’intensité lumineuse. Après purification, la molécule optimisée a montré une activité antioxydante en termes de piégeage des radicaux libres DPPH, chélation et réduction des ions de fer et inhibition de la décoloration du β-carotène. Nos données suggèrent alors que les métabolites produits par la microalgue rouge P. marinum peuvent être potentiellement utilisé dans plusieurs applications à savoir cosmétiques et pharmaceutiques. / The present study investigates the effect of a selected organic carbon source on the growth and production of metabolites of the red microalga Porphyridium marinum. The latter has been unable to multiply in heterotrophy, in total absence of light. However, in mixotrophic condition the productions of biomass, lipids and phycobiliproteins by P. marinum have been improved in comparison with the autotrophic condition. The contents of exopolysaccharide were almost similar under both conditions. In order to valorize these metabolites, the antioxidant, antibacterial, antibiofilm and anticancer effect were tested. The exopolysaccharide of P. marinum as well as its low molecular weight derivatives (EPS-2P and EPS-5P) have all exhibited antibacterial and antibiofilm activities at different concentrations. However, EPS-2P and EPS-5P were found to be more effective for anti-cancer activity against breast cancer cells. On the other hand, the production of the majority pigment of red microalgae, B-phycoerythrin (B-PE), has been optimized by means of adapted experimental plans. A content of 40 mg/g DW was obtained by varying the concentration of NaNO3, K2HPO4 and metal solution as well as the light intensity. After purification, the optimized molecule showed antioxidant activity in terms of free radical scavenging DPPH, chelation and reduction of iron ions and β-carotene bleachinginhibition. Our data suggest that the metabolites produced by the red microalga P. marinum may be potentially used in several applications namely cosmetic and pharmaceutical.