Ce travail de thèse constitue une nouvelle approche de l’étude du comportement des bactéries immobilisées dans des matrices inorganiques centrée sur l’influence d’un champ magnétique sur le comportement cellulaire. Des nouveaux gels incorporant des nanoparticules de magnétite ont été élaborés par voie sol-gel dans des conditions cytocompatibles et caractérisés par diffraction des rayons X, sorption d’azote, microscopie électronique en transmission (MET) et mesures magnétiques. Après une étude de viabilité des bactéries modèles Escherichia coli immobilisées, le procédé d’encapsulation a été étendu aux bactéries magnétotactiques Magnetospirillum magneticum. L’effet d’un champ magnétique statique sur ces deux types de microorganismes a été étudié. Enfin, les processus de biominéralisation intracellulaire chez les bactéries magnétotactiques ont été suivis en présence et en absence d’un champ magnétique statique sur des cellules immobilisées et en suspension. Cette approche nous a permis de comprendre les phénomènes liés à l’encapsulation et à l’exposition à un environnement magnétique extérieur. Des effets originaux du champ magnétique continu sur la cinétique de production des magnétosomes et sur la dynamique collective des chaînes de magnétosomes à l’intérieur des cellules encapsulées ont pu être mis en évidence. / This work constitutes a new approach to the study of the behavior of immobilized bacteria in inorganic matrices focusing on the influence of a magnetic field on cell behavior. Novel gels incorporating magnetite nanoparticles were prepared by the sol-gel process in cytocompatible conditions and were characterized by X-ray diffraction, nitrogen sorption, transmission electron microscopy (TEM) and magnetic measurements. After studying the viability of immobilized model bacteria Escherichia coli, the encapsulation process was extended to magnetotactic bacteria Magnetospirillum magneticum. The effect of a static magnetic field on these two types of microorganisms was studied.Finally, the process of intracellular biomineralization in magnetotactic bacteria was followed in the presence and absence of a static magnetic field on the immobilized cells and suspension. This approach allowed us to understand the phenomena related to encapsulation and exposure to an external magnetic environment. New effects of the continuous magnetic field on the kinetics of magnetosome production and on the collective dynamic of magnetosome chains within the encapsulated cells are described.

Les travaux de cette thèse portent sur la caractérisation fine des cristaux d’apatite osseuse, principalement par résonance magnétique nucléaire à l’état solide. Leur originalité majeure a été de se tourner vers l’étude d’un échantillon d’os frais et intact, analysé dans les deux heures après son extraction de chez l’animal (i.e. une brebis âgée de deux ans). Cette démarche évite toute altération de l’échantillon d’os, lequel se trouve proche de son état d’hydratation naturel. Une telle rigueur expérimentale a permis de mettre en lumière le fort caractère hydrophile des cristaux d’apatite du minéral osseux. Un même caractère hydrophile a également été rapporté pour des analogues biomimétiques de synthèse étudiés dans un état humide artificiel. Il est prouvé ici que ce caractère hydrophile est fourni par la présence d’un domaine minéral particulier se trouvant en surface des cristaux d’apatite osseuse et biomimétique, appelé domaine non-apatitique. Les signatures RMN (des noyaux 31P et 1H) ainsi que les propriétés d’hydrophilie de ce domaine non-apatitique ont été comparées à celles d’un échantillon de phosphate de calcium amorphe de synthèse, et se sont avérées similaires. Une étude sur la composition chimique de ce domaine non-apatitique a également été entreprise, réalisée parfois sur un échantillon d’os intact et parfois sur des analogues biomimétiques de synthèse enrichis en certains isotope (i.e. 13C et 43Ca). Il a de cette manière été montré que ce domaine non-apatitique est principalement composé d’espèces divalentes : Ca2+, HPO42- et CO32-. Enfin, des expériences de diffraction des rayons X et de cryo-microscopie électronique en transmission ont permis d’étudier le comportement en solution des cristaux d’apatite. Il a de cette manière été prouvé, de manière inattendue, que les molécules d’eau rigidement adsorbées sur le domaine de surface des cristaux d’apatite peuvent favoriser l’adhésion entre les cristaux ainsi que leur organisation 3D. / The work of this thesis is focused on the characterization of bone apatite crystals, mainly by solid-state nuclear magnetic resonance. The originality of this work was to study a fresh bone sample, analyzed within two hours after its extraction from the animal (i.e. a two years old sheep). This approach avoids any alteration of the bone sample, and keeps its natural state of hydration. Such experimental rigor led to the evidence that the apatite crystals of bone own a high hydrophilic character. Furthermore, a analogous hydrophilic character has also been reported for two samples of biomimetic apatites, both studied in a artificial wet state. It is shown here that this hydrophilicity is given by the presence of a particular mineral domain located at the surface of the bone apatite (and biomimetic apatite) crystals, the so called non-apatitic domain. The NMR signatures (1H and 31P nuclei) and the hydrophilic properties of the non-apatitic domain were compared with those of a synthetic amorphous calcium phosphate, and all were found to be similar. The chemical composition of the non-apatitic domain was also studied, sometimes performed on a bone sample and sometimes on labeled (13C and 43C) biomimetic apatites. It has been shown that this non-apatitic domain is mainly composed of divalent species : Ca2+ , CO32- and HPO42-. Finally, some X-ray diffraction and cryo-electron transmission microscopy experiments were done to study the behavior of apatite crystals in aqueous media. It has been shown, surprisingly, that the water molecules strongly adsorbed on the non-apatitic domain at the surface of apatite crystals, can promote the adhesion between crystals and their 3D organization.

Les tapis microbiens sont des communautés benthiques, calcifiées (i.e. microbialites) ou non, diverses à la fois phylogénétiquement et métaboliquement. Les tapis microbiens fossiles constituent les plus anciennes traces de vie sur Terre et leurs représentants modernes peuvent donc être utilisés pour comprendre le fonctionnement de ces écosystèmes anciens. J'ai étudié les communautés microbiennes (archées, bactéries et eucaryotes) de plusieurs microbialites (lac Alchichica, Mexique) et tapis microbiens (dans une mare du salar de Llamara, Chili) afin de caractériser finement leur structure phylogénétique et d'améliorer notre compréhension de leur fonctionnement. J'ai pour cela utilisé une approche combinant des outils moléculaires (métabarcoding, métagénomique) à des données environnementales (paramètres physico-chimiques de la colonne d'eau ou composition minérale des microbialites). Mon travail de thèse a permis d'affiner le modèle de formation des microbialites d'Alchichica, en montrant notamment que, en plus de la photosynthèse oxygénique cyanobactérienne, le potentiel à précipiter des carbonates de la photosynthèse eucaryote et, surtout, de la photosynthèse anoxygénique est important. Les communautés des tapis de Llamara étaient quant à elles caractérisées par la présence de nombreuses lignées d'archées et de bactéries très divergentes, dont certaines ont été identifiées pour la première fois dans ce travail. Nos analyses ont aussi souligné la diversité des organismes impliqués dans les cycles du soufre et de l'azote au sein de ces systèmes et permis d'identifier de potentielles interactions biotiques entre des lignées procaryotes dont l'écologie est peu connue. Enfin, nous avons mis en évidence que les paramètres environnementaux influencent fortement la composition des communautés associées à ces microbialites et à ces tapis microbiens. L'ensemble de ces résultats permet de mieux comprendre le fonctionnement de ces systèmes ainsi que les facteurs qui influencent leur structure phylogénétique et fonctionnelle. / Microbial mats are phylogenetically and functionally diverse benthic microbial communities, which can be sometimes calcified (i.e. microbialites). Fossil microbial mats constitute the oldest traces of life on Earth and their modern representatives are thus used as analogues of those primordial ecosystems to gain insights into their functioning. I have studied the microbial communities (archaea, bacteria and eukaryotes) of several microbialites (lake Alchichica, Mexico) and microbial mats (in a small pond in the salar de Llamara, Chile). The main objectives of my PhD were to finely characterize their phylogenetic structure and to improve our understanding of the functioning of these complex ecosystems. To do so, I have applied a multi-disciplinary approach combining molecular approaches (metabarcoding, metagenomics) to environmental data (physico-chemical parameters of the water column or mineral composition of the microbialites).The results presented in this thesis allowed refining our model of microbialite formation in Lake Alchichica. We showed that, in addition to cyanobacterial photosynthesis, both eukaryotic and, particularly, anoxygenic photosyntheses were potentially important to promote carbonate precipitation. Llamara mat communities were characterised by the presence of numerous novel archaeal and bacterial lineages, some of which were identified for the first time in this work. Our analyses have also highlighted the diversity of organisms involved in both sulphur and nitrogen cycles in these mats and identified potential biotic interactions between poorly known prokaryotic lineages. Finally, we showed that the composition of the microbial communities associated to these microbialites and microbial mats was strongly influenced by environmental parameters. Overall, these results represent a substantial contribution to our understanding of the ecology of these systems as well as of the factors that influence their phylogenetic and functional structures.

L'organisme humain présente de nombreuses constantes de régénération tissulaires et c'est cette caractéristique essentielle qui maintient l'équilibre physiologique. Toutefois, l'existence de lésions importantes provoquée par un déséquilibre interne ou externe peut empêcher l'organisme de s'auto-régénerer. Dans ce cas, l'application des biomatériaux développés pour des applications biomédicales peuvent améliorer le processus de guérison. Pour les applications en tissus durs, les biomatériaux doivent posséder des propriétés similaires aux matrices naturelles tant sur le plan biologique que physico-mécanique. Dans les applications en bioingénierie osseuse, les composites à base de collagène (Col) et d'hydroxiapatite (HA) sont devenus tellement performant qu'ils peuvent être classifiés comme des matériaux biomimétiques. Cette thèse propose la production d'une matrice 3-D poreuse à base d'HA et de Col (50:50wt%). Ce composite réticulé par le glutaraldéhyde a été caractérisé par des différentes techniques et servira de support pour la culture cellulaire. Des cellules estromales ostéoprogénitrices ont été cultivées dans un environnement statique et dynamique (deux vitesse de flux) et leurs capacités de colonisation ainsi que leurs comportements d'adhésion, de prolifération, de différentiation seront observés. A travers les résultats de diffraction de rayons X et de spectroscopie infrarouge, il est possible d'affirmer la présence dans la matrice collagène d'une phase minérale peu cristalline constituée par de l'hydroxiapatite carbonatée du type-B déficiente en calcium. La viabilité cellulaire a été fortement influencée par les systèmes de culture au cours des 21 jours. Les résultats du système dynamique en haute vitesse montrent une excellente capacité du composite à supporter les processus cellulaires. Les cellules sont capables d'adhérer, de proliférer et de coloniser la matrice tridimensionnelle.

Il est indispensable pour comprendre la diagenèse, i.e., la formation des roches sédimentaires, le durcissement des matériaux de construction hydrauliques comme le ciment ou le plâtre, ou la biominéralisation, d'identifier les mécanismes élémentaires de la cristallisation minérale. Le taux de réaction macroscopique des minéraux est généralement déduit de mesures de chimie des solutions. A côté de ces mesures macroscopiques, l'étude de la réactivité des minéraux inclut maintenant l'analyse des mécanismes atomiques a l'origine des réactions chimiques. Cela a été rendu possible depuis deux décennies par l'apparition d'outils capables d'observer des surfaces avec une résolution nanométrique, tels que la microscopie à force atomique et l'interférométrie à balayage vertical. Le gypse et la calcite font partie des minéraux dits mous. Ce sont des minéraux extrêmement répandus, que l'on peut trouver autant dans la nature sous forme de roches sédimentaires que dans le monde industriel. Le gypse (CaSO4,2H2O) est une évaporite dont les applications incluent la fabrication des plaques de plâtre, l'ajout au ciment Portland comme retardateur, l'élaboration du plâtre de Paris et l'amendement des sols. La sélénite ou l'albâtre sont des variétés de gypse utilisés comme matériaux pour l'ornement, mais leur faible dureté limite leur durabilité. La calcite, forme la plus stable de CaCO3, est un des principaux biominéraux, et un des constituants majeurs des roches des réservoirs carbonates, stockant naturellement de l'eau, du pétrole ou du gaz naturel. Quand les organismes biologiques font croitre leur coquille, ils contrôlent la morphologie, la taille, l'orientation et même la phase des cristaux de carbonates de calcium qui la constituent. Cela conduit à des biomatériaux présentant des propriétés physiques et chimiques qui diffèrent significativement de ceux de la calcite inorganique. Une connaissance plus approfondie des mécanismes sous-jacents à la réactivité de surface de la calcite et de l'effet des impuretés sur celle-ci permettra de nous rapprocher de la possibilité de synthétiser des minéraux biomimétiques, aux propriétés comparables à celles de la calcite biogénique. Dans ce contexte, ma thèse s'est développée dans trois directions. Dans la première, j'ai étudié l'influence d'une contrainte mécanique sur les mécanismes de dissolution. Mon objectif dans cette partie a été de tacher de déduire le taux de dissolution macroscopique à partir de la cinétique des mécanismes atomiques. La seconde partie de la thèse, la plus conséquente, a consisté à étudier l'influence d'une contrainte mécanique sur la croissance de la calcite, et à sonder le rôle d'un additif organique lors de cette croissance sous contrainte. Dans la troisième partie, je me suis penchée sur la dissolution de cristaux de calcite à l'aide de mesures topographiques quantitatives sur des aires relativement étendues de la surface des cristaux, dans une large gamme de pH. J'ai en particulier étudié l'influence d'un additif organique sur la dissolution et la cinétique de réaction à grande échelle. Les taux de dissolution macroscopique et microscopique, c'est-à-dire déduits de la dynamique d'évènements moléculaires (croissance de piqure d'attaque, migration de marche atomique), ne sont presque jamais en accord, même qualitativement, et l'élaboration d'une théorie générale liant la cinétique du phénomène aux deux échelles est encore en cours. Je présente ici des taux de dissolution microscopique du gypse, mesures par microscopie par force atomique (AFM), en accord quantitatif avec les taux de dissolution macroscopiques. Cet accord inédit a été obtenu en prenant soin de neutraliser le biais induit par le fait que la pointe AFM applique une force sur la surface qu'elle sonde, et en identifiant avec soin les mécanismes moléculaires majeurs à l'œuvre lors de la dissolution...[etc] / Identifying reaction mechanisms of minerals is fundamental to understand diagenesis, i.e, sedimentary rock formation, construction material, like cement or gypsum, hardening, and biomineralization. The macroscopic reaction rates of minerals are generally deduced from solution chemistry measurements. Beside the measurement of macroscopic reaction rates, the study of the reactivity of minerals includes now the investigation of the atomic mechanisms involved in the reactions. This has been made possible for two decades by the use of tools resolving nanometric objects, such as vertical scanning interferometry (VSI) and atomic force microscopy (AFM). Gypsum and calcite are among soft minerals. They are extremely widespread mineral that can be found naturally in sedimentary rocks. They are also used in many industrial fields. Gypsum (CaSO4,2H2O) is an evaporate mineral. Gypsum uses include: manufacture of wallboards, plaster of Paris, soil conditioning, and hardening retarder in Portland cement. Varieties of gypsum known as "satin spar" and "alabaster" are used for a variety of ornamental purposes; however, their low hardness limits their durability. Calcite, the most stable crystalline form of CaCO3, is moreover important as a bio-mineral and a major constituent of host rock in carbonate reservoirs, which host drinking water and natural oil and gas. When biological organisms grow their shells, they control the crystal morphology, size, orientation and even the crystal phase of precipitated calcium carbonate. This results in materials with physical and chemical properties that differ significantly from those of inorganically precipitated calcite. Gaining more insight into the surface reactivity of calcite and the effect of surface impurities will bring us one step closer to being able to synthesize biomimetic material, which mimic the properties of biogenic calcite. In this thesis, I had three main focus points. In the first part I studied the effect of stress on the dissolution mechanisms. I investigated to deduce the dissolution rate from the atomic kinetics. The second and the most extensive was the study of the influence of stress on the calcite growth and probing the role of an organic additive on the dynamics of calcite growth while applying stress. In the third part I emphasised on quantitative topographic measurements of dissolving calcite crystal over a relatively large and fixed view at vast range of pH. I considered the influence of an organic additive on the dissolution and surface reaction kinetics at this larger scale. Both macroscopic and microscopic dissolution rates can also be deduced from the dynamics of molecular events (etch pit growth, atomic step migration), but they hardly ever agree, even qualitatively, and the elaboration of a general theory linking the kinetics at the two scales is still in progress. I presented here microscopic dissolution rates of gypsum, measured by atomic force microscopy (AFM), in quantitative agreement with macroscopic rates. This agreement has been obtained in taking care to neutralize the bias induced by the force applied by the AFM tip on the surface, and to identify clearly the driving molecular mechanism. The force applied by the AFM tip on the surface has been seen to increase the solubility of the mineral, thereby introducing a bias, so I have always worked with a constant and low applied force. This result shows that the determination, among the topographic changes during the dissolution of a mineral, of the dominant one, and the measurement of its dynamics, may permit deducing from AFM experiments a reliable macroscopic dissolution rate. The transformation of loose grains into a cohesive solid requires the crystallites to grow eventually constrained by the surrounding grains. Whereas never measured, this confinement and the associated stress is expected to influence noticeably the growth, and the final properties of the material… [etc]

La lithiase rénale touche environ 10% de la population dans les pays industrialisés. 75% des calculs sont composés majoritairement d'oxalate de calcium; 10% sont composés de phosphate de calcium, 9% d'acide urique, 5% de struvite et moins de 1% de cystine. La composition des calculs dépend des espèces sursaturées dans les urines. Dans la première partie de ma thèse, je décris un modèle murin de cystinurie de type A lié à une mutation spontanée apparue dans la souche de souris 129S2/SvPasCrl. La cystinurie est une maladie autosomique récessive responsable de 7% des lithiases de l'enfant. Les calculs de cystine récidivent fréquemment et la cystinurie est caractérisée par un risque élevé de développer une insuffisance rénale chronique. Le modèle que nous proposons permet de tester de nouvelles thérapeutiques. Il met aussi en évidence une atteinte parenchymateuse avec un infiltrat inflammatoire associée aux calculs de cystine. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'évalue le rôle des Escherichia coli dans la genèse des calculs phospho-calciques. J'ai étudié en microscopie électronique à balayage des calculs phosphocalciques issus de patients et analysé les propriétés calcifiantes de différentes souches bactériennes sauvages et mutées dans des milieux spécifiques et dans de l'urine. En milieu synthétique le rôle des phosphatases est déterminant mais le type de source de carbone influence l'activité des phosphatases. Dans les urines, certains E. coli induisent la précipitation de phosphate de calcium aussi rapidement que les Klebsiella sans moduler le pH. Le type de source de carbone dans les urines semble déterminant pour moduler la biominéralisation. / Urolithiasis is a disease that corresponds to the presence of kidney stones in the urinary tract. It affects about 10% of the population in industrialized countries. About 75% of the stones are made of calcium oxalate. Less than 10% are made of calcium phosphate, 9% are made of uric acid, 5% are made of struvite and less than 1% are made of cystine. The composition depends on the species that are supersaturated in urine. In the first part of my thesis I will present a mouse model of cystinuria type A. Cystinuria is an autosomal recessive disease caused by the mutation of either SLC3A1 gene encoding for rBAT (type A cystinuria) or SLC7A9 gene encoding for b0,+AT (type B cystinuria). In 129S2/SvPasCrl strain, we evidenced cystine crystals, as well as cystine stones. We observed an heterogenous inflammatory infiltrate and cystine tubular casts in the parenchyma. We identified a single mutation and a defect of the heavy subunit rBAT. This mouse model could allow for further pathophysiological studies and may be useful to analyse the crystal/tissue interaction in cystinuria. In the second part of my thesis I will test the pathogenesis of E. coli in calcium phosphate stones. In this part, I observed calcium phosphate stones by scanning electron microscopy. I also analysed calcifying properties of wild type bacteria and mutant bacteria in urine or in specific calcifying medium. In synthetic medium phosphatases play a role in calcification but carbohydrate source seems to play a major part in the phosphatase activity. In urine some E. coli induce phosphate calcium precipitation as quickly as Klebsiella does.

Comme la plupart des Crustacés, Orchestia cavimana possède un exosquelette minéralisé qu'il renouvelle cycliquement. Du fait des mœurs terrestres de cet animal, ces cycles de mue sont associés à des processus de stockage et de résorption de calcium. Le stockage a lieu sous forme de concrétions calcaires au niveau de diverticules de l'intestin moyen appelés cæcums postérieurs. Les concrétions calcaires sont essentiellement constituées de carbonate de calcium amorphe précipité au sein d'une matrice organique comprenant une fraction protéique soluble et une autre insoluble dans un tampon contenant de l'EDTA. Des résultats précédents ont permis de mettre en évidence, parmi les constituants de la fraction soluble, une protéine acide de masse apparente en SDS-PAGE de 23 kDa qui a été appelée Orchestine. Cette protéine, dont le gène a été cloné et séquencé, n'est pas glycosylée et fixe le calcium. Le but de ce travail a été de poursuivre la caractérisation de ce marqueur protéique. Pour ce faire, nous avons montré qu'Orchestine est phosphorylée sur des résidus sérine et tyrosine. Afin d'étudier les relations entre ces phosphorylations et l'aptitude de la protéine à fixer le calcium, nous avons produit une protéine recombinante dépourvue de toute modification post-traductionnelle. La comparaison de l'aptitude à fixer le calcium des protéines native, native déphosphorylée par diverses phosphatases spécifiques, et recombinante nous a permis de conclure à l'importance fondamentale des sérines dans cette aptitude. De plus, Orchestine interfère dans la croissance in vitro de cristaux de carbonate de calcium. D'autre part, la protéine recombinante nous a permis de lever l'ambiguïté de la divergence de masse moléculaire de la protéine observée en SDS-PAGE (de 23 kDa) et de celle déduite de la séquence (de 12,4 kDa) et de conclure à la correspondance gène orchestine-protéine Orchestine. Enfin la protéine recombinante a été utilisée pour la production d'un anticorps polyclonal afin de localiser Orchestine dans les structures biominéralisées élaborées par O. cavimana lors de son cycle de mue. Orchestine semble non seulement localisée dans les couches non minéralisées des concrétions calcaires (structures de réserve du calcium) mais aussi dans celles des sphérules calciques (structures permettant la remobilisation du calcium). Les propriétés ainsi mises en évidence nous conduisent à envisager qu'Orchestine est une molécule-clé dans la formation des structures de stockage et déstockage élaborées de manière cyclique par O. cavimana.

Les bactéries magnétotactiques représentent un groupe d’une grande diversité écologique et phylogénétique. Elles sont capables de biominéraliser des nanocristaux de magnétite [un oxyde de fer (Fe(II)Fe(III)2O4)] ou de greigite [un sulfure de fer (Fe(II)Fe(III)2S4)] dans leurs magnétosomes, organites alignés en chaînes permettant la navigation le long des lignes de champ magnétique terrestre. Jusqu'à récemment, seules des souches produisant de la magnétite étaient disponibles en culture pure, conduisant à des études sur les mécanismes de biominéralisation de cet oxyde de fer. En 2011, une nouvelle bactérie capable de former de la magnétite et de la greigite, Desulfamplus magnetovallimortis souche BW-1, a été cultivée avec succès en laboratoire. Dans cette thèse, nous proposons d'utiliser une approche intégrée et multidisciplinaire pour comprendre les mécanismes de biominéralisation de la greigite en utilisant comme modèle d’étude la souche BW-1. Nous avons donc cherché à déterminer les conditions environnementales et biologiques favorisant la formation de la magnétite et de la greigite. Ces travaux ont également conduit à la caractérisation physiologique et phylogénétique de BW-1. Puis, l’utilisation d’approches globales et ciblées de transcriptomique ont permis d'évaluer le taux d'expression des gènes impliqués dans la formation des magnétosomes (magnétite vs. greigite) dans diverses conditions de croissance. Une approche de protéomique a permis d’apporter des informations supplémentaires à cette étude. Ces résultats ont permis de progresser dans la compréhension fondamentale de la biominéralisation in vivo, en particulier pour des bactéries formant de la greigite. / Magnetotactic bacteria represent a phylogenetically and ecologically diverse group of prokaryotes able to biomineralize magnetic nanocrystals composed of magnetite [an iron oxide (Fe(II)Fe(III)2O4)] or greigite [an iron sulfide (Fe(II)Fe(III)2S4)] in their magnetosomes, a prokaryotic organelle whose cytoplasmic alignement in chain allows the cell to navigate along the Earth’s magnetic field lines. Until recently, only magnetite-producing strains were available in pure culture. Thus, only the magnetite biomineralization has been studied. In 2011, a new bacterium able to form both magnetite and greigite, Desulfamplus magnetovallimortis strain BW-1, was isolated from Death Valley, California and cultivated in pure culture. In this work, we propose to use an integrated and multidisciplinary approach to understand the mechanisms involved in greigite biomineralization in BW-1 strain. First, we determined the environmental and biological conditions in which magnetite and greigite are formed. This first part of my thesis also contributed to the physiologic and phylogenetic characterization of this bacterium. Secondly, we used global and targeted transcriptomic approaches to evaluate the transcription levels of genes putatively involved in magnetosomes formation (magnetite vs. greigite) under various growth conditions. A proteomic approach provided additional informations to this study.Results obtained during my thesis contribute to the understanding of in vivo biomineralization, particularly for greigite production in magnetotactic bacteria.

Depuis 1987, la palourde japonaise est sujette à une infection récurrente : la Maladie de l'Anneau Brun (MAB), provoquée par la bactérie Vibrio tapetis. Cette infection est caractérisée par la formation d'un anneau brun sur la face interne des valves et provoque souvent la mort de la palourde, suite à l'invasion de son système circulatoire par la bactérie. Cependant, quelques spécimens peuvent guérir de cette infection en sécrétant une nouvelle couche minéralisée qui recouvre l'anneau brun. Le but du travail de cette thèse est de comprendre et caractériser comment les palourdes japonaises sont capables de résister à la MAB, principalement en étudiant le mécanisme de réparation coquillière. Pour ce faire, des techniques comme la Microscopie Electronique à Balayage (MEB), la micro-spectrométrie confocale Raman, la microsonde WDS (Wave-length Dispersive Spectrometry), ainsi que des colorations cellulaires, la biochimie et la sérologie ont été utilisées. La couche de réparation est composée d'aragonite, de polyènes, de molécules luminescentes au Raman et de molécules sulfatées. La microstructure de la couche de réparation est souvent différente de celle de la couche interne saine et montre une grande variabilité. De plus, la matrice organique coquillière de la couche de réparation est quantitativement et qualitativement différente de celle de la couche interne saine et montre également une grande variabilité. Ces différences saines-réparées et ces variabilités pourraient être expliquées par une modification du régime sécrétoire des cellules calcifiantes du manteau, ainsi que par une mobilisation d'hémocytes préalablement chargés en sels insolubles de carbonate de calcium au niveau des sites de réparation coquillière.

L’organisme humain présente de nombreuses constantes de régénération tissulaires et c’est cette caractéristique essentielle qui maintient l’équilibre physiologique. Toutefois, l’existence de lésions importantes provoquée par un déséquilibre interne ou externe peut empêcher l’organisme de s’auto-régénerer. Dans ce cas, l’application des biomatériaux développés pour des applications biomédicales peuvent améliorer le processus de guérison. Pour les applications en tissus durs, les biomatériaux doivent posséder des propriétés similaires aux matrices naturelles tant sur le plan biologique que physico-mécanique. Dans les applications en bioingénierie osseuse, les composites à base de collagène (Col) et d’hydroxiapatite (HA) sont devenus tellement performant qu’ils peuvent être classifiés comme des matériaux biomimétiques. Cette thèse propose la production d’une matrice 3-D poreuse à base d’HA et de Col (50:50wt%). Ce composite réticulé par le glutaraldéhyde a été caractérisé par des différentes techniques et servira de support pour la culture cellulaire. Des cellules estromales ostéoprogénitrices ont été cultivées dans un environnement statique et dynamique (deux vitesse de flux) et leurs capacités de colonisation ainsi que leurs comportements d’adhésion, de prolifération, de différentiation seront observés. A travers les résultats de diffraction de rayons X et de spectroscopie infrarouge, il est possible d’affirmer la présence dans la matrice collagène d’une phase minérale peu cristalline constituée par de l’hydroxiapatite carbonatée du type-B déficiente en calcium. La viabilité cellulaire a été fortement influencée par les systèmes de culture au cours des 21 jours. Les résultats du système dynamique en haute vitesse montrent une excellente capacité du composite à supporter les processus cellulaires. Les cellules sont capables d’adhérer, de proliférer et de coloniser la matrice tridimensionnelle. / The progress in Tissue Engineering area allows the development of biomaterials that mimic the properties of natural tissues. For biomedical applications in mineralized tissues, composites based on hydroxyapatite (HA) and collagen (Col) have presented good results when implanted in vivo. The aim of this work was to produce a 3-D matrix and to observe the cell behaviour when stromal cells are cultured in contact with HA-Col scaffold under static and dynamic conditions. For in vitro biological evaluation, osteoprogenitor human cells (Stro+1A cells) were grown and their colonization capacity and adhesion, proliferation and differentiation behaviour were quantified. Two perfusion flow rates (0,03ml/min and 0,3ml/min) were proposed for dynamic culture. The HA-Col composite was prepared by reorganization of Col fibrils simultaneously with HA crystal nucleation and precipitation from calcium and phosphate rich solutions. Afterwards, the composites were crosslinked and sterilized by gamma radiation. Stro+1A cells were inoculated (5x105 cells/sample) into the scaffolds and cultured over 21 days in a humid incubator at 37°C and 5% CO2. Infrared spectroscopy and X-ray diffraction results suggested a calcium-deficient hydroxyapatite as mineral phase. About cell culture, the cell number increased under higher flow rate dynamic culture. By scanning electron microscopy and histological sections, we observed cells adhered and spread inside colonized scaffolds.