Les plantes halophiles sont des plantes résistantes au stress salin, qui subissent une grande variété de stress dans leur environnement naturel. Ces conditions les ont menées à synthétiser des molécules de défense, qui peuvent présenter des activités biologiques intéressantes de par leur structure et diversité. Dans le cadre d’une collaboration avec la PME Salipouss, trois espèces ont été choisies sur la base de tests antioxydants préliminaires, avec pour objectif d’optimiser (i) la multiplication de plants in vitro pour des cultures industrielles en serre et (ii) d’améliorer le niveau d’activité de leurs extraits. La diversité des composés potentiellement actifs présents dans ces extraits est ensuite analysée par fractionnement bioguidé, afin d’isoler des molécules valorisables. Ce fractionnement est appuyé par des analyses de composés par RMN, permettant d’obtenir des informations sur la structure des composés bio-actifs. Les résultats obtenus montrent le fort potentiel de valorisation de ces trois espèces dans l’industrie, et plus particulièrement dans la nutrition et la cosmétique. / Halophytes are salt tolerant or salt-resistant plants which undergo high stress in their natural habitat. As a consequence of environmental stresses, they produce a number of active defense molecules which display interesting biological activities because of their diverse actions or structures. For the present study, three halophytic species were selected from preliminary antioxidant screening. In collaboration with Salipouss SME, objectives of the work were (i) to optimize in vitro halophyte multiplication in order to produce biomass under greenhouse and (ii) to elicit particular metabolic pathways in order to improve extract activities. To attempt to isolate molecules with potentially valuable activities, the variety of compounds from these extracts is reduced by successive fractionations. In addition, NMR analyzes allow to obtain indications on the nature and on the structure of the active compounds. First results highlight the strong activities of the selected halophytes, making them promising candidates for industrial uses, especially in nutrition and cosmetics.

Ces dernières années ont vu un grand développement des biotechnologies blanches et de l'ingénierie métabolique avec l'objectif de remplacer les procédés de synthèse de molécules d’intérêt de l’industrie chimique classique par des voies de synthèse biologique. Dans ce contexte, les réactions anaplérotiques, qui produisent les acides dicarboxyliques, sont particulièrement intéressantes puisqu'au delà de la production de ces molécules d’intérêt elles permettent une fixation nette de carbone, réduisant ainsi l’impact environnemental des procédés. Ce travail de thèse a donc porté sur l'élaboration d'une stratégie d'ingénierie métabolique faisant appel à des réactions de fixation de carbone inorganique chez la levure pour la production d'acide malique, une molécule plateforme ayant de nombreuses applications industrielles. La levure Saccharomyces cerevisiae a été choisie comme hôte pour sa commodité d’utilisation dans les procédés industriels et ses nombreux outils génétiques. L'approche développée repose sur la mise en place d'une voie de production d'acide malique par surexpression de la phosphonéolpyruvate carboxylase d'Escherichia coli (PEPC), de la malate déshydrogénase peroxysomale de S. cerevisiae relocalisée dans le cytosol (MDH) et du transporteur d'acides dicarboxyliques de Schizosaccharomyces pombe. La souche de levure recombinante obtenue a été caractérisée lors d'essais en fioles, en présence notamment de carbonate de calcium pour assurer un apport de carbone inorganique. Ces essais ont permis de mettre en évidence un effet stimulant de l'apport de carbone inorganique sur la production de malate et d'obtenir des concentrations de malate de l'ordre de 2,5 g/L à partir de 50 g/L de glucose, pour un rendement maximal de 0,046 gramme de malate par gramme de glucose. Des essais en bioréacteur de 5 L en présence d'air ou d'air enrichi à 5% de CO2 ont montré un effet positif de l'apport de carbone inorganique sous forme de dioxyde de carbone sur la production de malate. La concentration maximale de malate obtenue est de 1,46 g/L à partir de 50 g/L de glucose, soit un rendement de 0,029 gramme de malate par gramme de glucose. Des souches intermédiaires exprimant la PEPC et la MDH obtenues pour la production de malate ont également été caractérisées pour la production d'éthanol, car elles semblaient présenter une augmentation du rendement de production d'éthanol par effet transhydrogénase par rapport à la souche sauvage. Les essais n'ont cependant pas permis de confirmer cette augmentation de rendement. / White biotechnologies have been developing quickly during the last decades, aiming at replacing chemical syntheses by biological processes for the industrial production of target compounds. In this context, the implementation of anaplerotic reactions in the metabolism is of great interest, since those reactions allow both production of dicarboxylic acids and direct fixation of inorganic carbon. This work is about the development of a metabolic engineering strategy using inorganic carbon fixation reactions to produce malic acid, a compound with various industrial applications. The yeast Saccharomyces cerevisiae was chosen as a host for its convenient use in industrial processes and the availability of genetic tools. The approach developed to produce malic acid is based on the overexpression of Escherichia coli phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC), S. cerevisiae peroxysomale malate dehydrogenase relocated in the cytosol (MDH) and Schizosaccharomyces pombe dicarboxylic acid carrier. A recombinant yeast strain expressing those three genes was obtained and characterised in shake-flasks experiments, involving more specifically calcium carbonate as an inorganic carbon source. Those experiments showed an enhancement of the malate production in the presence of calcium carbonate and allowed to obtain a concentration of 2.5 g/L from 50 g/L glucose, for a maximal yield of 0.046 gram malate per gram glucose. Fermentation experiments were performed in a 5 L bioreactor in the presence of air or 5% CO2 enriched air; they confirmed the positive effect of inorganic carbon addition as CO2 on malate production. A malate concentration of 1.46 g/L from 50 g/L glucose was obtained, giving a yield of 0.029 gram malate per gram glucose. Intermediate recombinant strains expressing PEPC and MDH were also characterised, for ethanol production, as they seemed to give increased ethanol yields, probably due to a transhydrogenase effect. Shake flasks and bioreactors experiments did unfortunately not confirm the yield improvement.

Le syndrome métabolique (SM) est une entité clinique caractérisée par le regroupement d’un ensemble de facteurs de risque, dont l’accumulation contribue à un accroissement de la morbi-mortalité cardiovasculaire. Sa prévalence n’a cessé de croître au cours de ces dernières décennies au niveau de la population mondiale, en lien notamment avec des changements du style de vie incluant une plus grande sédentarité et une alimentation riche en graisses. Le SM est classiquement associé à un remodelage et à des anomalies diastoliques qui concernent le coeur gauche ; et des travaux récents ayant eu recours à l’imagerie de déformation témoignent également d’une dysfonction régionale systolique précoce. Le coeur droit est très peu documenté et pour l’ensemble de la pompe cardiaque les mécanismes explicatifs des atteintes fonctionnelles restent largement inexpliqués. Nos connaissances quant à l’impact de mesures hygiéno-diététiques sur la fonction myocardique régionale, gauche comme droite, sont également très pauvres. Ainsi, les objectifs majeurs du présent travail sont d’évaluer dans le SM l'effet d’une intervention reposant sur une diète alimentaire couplée à un programme d’activités physiques sur la fonction myocardique régionale ventriculaire droite et gauche, et d'étudier les interrelations, à l’inclusion et en réponse aux modifications du style de vie, entre les principaux facteurs du SM et la fonction myocardique régionale. La population est composée de 100 sujets SM asymptomatiques répartis aléatoirement en 3 groupes selon la modalité d‘exercice physique (dominante « résistance » ou « endurance à intensité élevée, mixte à intensité modérée), la restriction calorique (de 500 à 700 kcal/j) étant commune à tous les patients. Un groupe témoin (n=40) apparié en âge et sexe est également étudié. Le recours à l’échographique transthoracique en mode « speckle tracking imaging » permet l’évaluation des déformations longitudinales myocardiques du ventricule gauche (VG) et de la paroi libre du ventricule droit (VD). Nos résultats confirment les anomalies régionales diastoliques et systoliques VG mais démontrent pour la première fois qu’elles concernent également le coeur droit. Notre programme interventionnel réduit la prévalence du SM et de ses facteurs individuels, et améliore significativement la fonction régionale VG et VD, tant systolique que diastolique. Le tissu adipeux viscéral, et en particulier le tissu adipeux épicardique, l’inflammation systémique, impliquant à la fois les adipocytokines pro- (PAI-1, TNF-α) et anti-inflammatoires (adiponectine) et l’hyperglycémie chronique, facteurs impactés par le SM et améliorés en réponse à l’intervention, apparaissaient comme des contributeurs indépendants importants de la dysfonction régionale droite et gauche. Le rôle du tissu adipeux épicardique semble central, potentiellement via des effets autocrines et paracrines, ce tissu devrait ainsi constituer une cible thérapeutique future d'intérêt majeur dans le traitement des maladies cardiométaboliques. / The metabolic syndrome (MetS) is a clinical entity which is characterized by the combination of a set of risk factors, the accumulation of which contributes to a high risk of cardiovascular disease. Its prevalence has grown steadily during the past decades, principally as a result of poor eating habits and sedentary lifestyle. The SM is classically associated with cardiac remodeling and diastolic abnormalities involving the left heart; and recent studies using cardiac imaging deformation also reflect a regional early systolic dysfunction. The right heart is poorly documented and for both right and left heart underlying mechanisms of functional impairments remain largely unknown. Our knowledge about the impact of lifestyle changes on left and right myocardial function are also very poor. Thus, the main objectives of this thesis were to evaluate in MetS patients the effect of lifestyle intervention based on food diet with exercise training on right and left ventricular regional myocardial function, and to study the relationships, at baseline and in response to changes in lifestyle, among the main factors of MetS and regional myocardial function. The population consisted of 100 asymptomatic MetS male and female randomly divided into 3 groups according to exercise modality (dominant high-intensity "resistance" or " endurance”, or mixed of moderate intensity), caloric restriction (500 to 700 kcal / d) being common to all patients. A control group (n = 40) matched by age and sex was also evaluated. The use of transthoracic ultrasound in the "speckle tracking imaging" mode allowed the assessment of longitudinal myocardial deformations of the left ventricle (LV) and the free wall of the right ventricle (RV). Our results confirmed the regional LV diastolic and systolic abnormalities previously described in the literature but demonstrated for the first time they also concern the right heart. Our interventional program reduced MetS prevalence and its individual factors, and significantly improved both systolic and diastolic LV and RV regional dysfunction. Visceral adipose tissue, especially epicardial adipose tissue, systemic inflammation, involving both pro- (PAI-1, TNF-α) and anti-inflammatory (adiponectin) adipocytokines as well as chronic hyperglycemia, all factors affected by MetS and significantly improved in response to the intervention, appeared as significant independent contributors of the right and left regional dysfunction. The role of the epicardial adipose tissue seems central, potentially via autocrine and paracrine effects, and this tissue should thus be considered as future therapeutic target of major interest in the treatment of cardiometabolic diseases

Les missions spatiales et les études de simulation par alitement prolongé ont montré que l’inactivité physique induite par la microgravité affecte l’ensemble des systèmes physiologiques chez l’humain. En condition d’alitement prolongé notre laboratoire (UMR7178, IPHC, DEPE, Strasbourg) a montré que l’adaptation métabolique était proche de celle retrouvée dans le syndrome métabolique associé, dans la population générale, à de nombreuses pathologies. Une hypothèse a été émise pour décrire la cascade des événements entraînant les dérèglements métaboliques en microgravité simulée. Cette cascade d’adaptations aurait pour conséquence le développement d’un état d’inflexibilité métabolique, définie comme une incapacité à ajuster l’utilisation des nutriments comme substrats aux changements de disponibilité des nutriments et dont la compréhension reste toutefois incomplète. Lors de ce projet de thèse, nous nous sommes attachés à caractériser le syndrome d’inflexibilité métabolique chez l’Humain à travers l’investigation clinique de l’état musculaire, de l’inflammation et du stress oxydant, de la sensibilité à l’insuline et de l’oxydation des substrats énergétiques au cours d’une étude de preuve de concept et d’une étude de simulation de microgravité de 60 jours. Sur la base d’études récentes démontrant l’impact de compléments nutritionnels sur les adaptations métaboliques associées à de nombreuses maladies métaboliques chroniques, une étude de preuve de concept a permis de tester l’efficacité d’un cocktail nutritionnel composé de polyphénols, d’oméga-3, de vitamine E et de sélénium. La supplémentation a permis de réduire l’atrophie musculaire, le stress oxydant et le développement d’une inflexibilité métabolique par l’intermédiaire d’une meilleure oxydation lipidique et d’une réduction de la lipogenèse de novo suite à une période d’inactivité physique de 20 jours. Sur la base de ces premiers résultats, une étude d’alitement de 60 jours a été menée chez l’Humain pour tester les effets du cocktail nutritionnel en condition de microgravité simulée. Dans cette seconde étude, la supplémentation nutritionnelle a permis de prévenir au moins partiellement des adaptations aigües et chroniques engendrées par l’inactivité physique au cours de l’alitement. En particulier la supplémentation a augmenté les défenses sanguines anti-oxydantes, a prévenu l’augmentation de la lipidémie et la réduction de l’oxydation lipidique et a contenu le développement d’une inflexibilité métabolique aiguë et chronique en absence de challenge métabolique. Toutefois la contremesure n’a pas eu d’effet protecteur suite à un challenge métabolique sous forme de surnutrition glucidique. L’ensemble des résultats indique que le développement d’une inflexibilité métabolique apparaît comme un événement précoce, qui, décelé à temps pourrait se révéler comme un biomarqueur d’intolérance au glucose dans des stratégies de prévention des maladies chroniques du XXIème siècle. Plus encore, cette étude a permis de démontrer l’atout d’un cocktail antioxydant et anti-inflammatoire en limitant les altérations métaboliques sans avoir d'effets néfastes sur les autres systèmes, tout en étant une contremesure facile à mettre en œuvre et peu coûteuse. Quand bien même la contremesure nutritionnelle utilisée lors de cette étude ne serait pas suffisante pour maintenir l’ensemble des systèmes physiologiques intacts, d’autres études devront être menées afin de trouver la combinaison de contremesures idéale permettant de limiter les dégradations induites par la microgravité et ainsi permettre des nouvelles avancées dans l’exploration spatiale (Lune, Mars) au cours des prochaines décennies. En ce sens, un protocole adapté d’activité physique combiné à une contremesure nutritionnelle sous forme de cocktail semble être une piste prometteuse. / Space missions and bedrest simulation studies have shown that physical inactivity affects all physiological systems in humans. In prolonged bed rest conditions, our laboratory (UMR7178, IPHC, DEPE, Strasbourg) showed that metabolic adaptations were close to that found in the metabolic syndrome associated with metabolic chronic diseases in the general population. Based on these results, we proposed a hypothesis to describe the cascade of events leading to metabolic alterations in simulated microgravity, leading to the development of metabolic inflexibility. Metabolic inflexibility is defined as the inability of the body to adjust fuel use to changes in fuel availability. The first objective of this Thesis was to test this hypothesis and understand the mechanisms underlying the simulated microgravity induced metabolic alterations. Specifically, we focused on characterizing the metabolic inflexibility syndrome in humans through clinical investigation of muscle condition, inflammation and oxidative stress, insulin sensitivity and oxidation of energy substrates in a proof of concept study and a 60-day microgravity simulation study in healthy male adults. Based on recent studies demonstrating the impact of nutritional supplements on metabolic adaptations associated with many chronic metabolic diseases, a proof-of-concept study tested the efficacy of a nutritional cocktail composed of polyphenols, omega-3, vitamin E and selenium. In the feasibility study, we showed that supplementation reduced muscle atrophy, oxidative stress and the development of metabolic inflexibility via an improvement in lipid oxidation and a reduction in de novo lipogenesis following a 20-day period of physical inactivity induced by daily step reduction. Based on these first results, a 60-day bed rest study was conducted in health men to test the effects of the dietary cocktail in simulated microgravity conditions. In this second human clinical research study, nutritional supplementation prevented at least partially acute and chronic adaptations caused by physical inactivity induced by bed rest. In particular, supplementation increased antioxidant blood defenses, prevented increased lipid levels, reduced lipid oxidation and mitigated the development of acute and chronic metabolic inflexibility in absence of metabolic challenge. However, the countermeasure did not have a protective effect following a metabolic challenge in the form of carbohydrate overnutrition. All the results indicate that the development of metabolic inflexibility appears to be an early event, which, if detected in time, could prove to be a useful biomarker to use to prevent chronic diseases in the 21st century. Moreover, this study demonstrated the advantage of an antioxidant and anti-inflammatory cocktail by limiting metabolic alterations without having harmful effects on other systems, while being easy to implement and cost-effective. Even if the nutritional countermeasure used in this study is not sufficient to keep all physiological systems intact, further studies will have to be carried out to find the ideal combination of countermeasures to limit microgravity-induced degradation and thus allow new advances in space exploration (Moon, Mars) over the next decades. In this line, an adapted protocol of physical activity combined with a nutritional countermeasure in the form of a cocktail could be a promising approach.

Les réseaux métaboliques à l’échelle génomique décrivent les relations entre milliers de réactions et molécules biochimiques pour améliorer notre compréhension du métabolisme. Ils trouvent des applications dans les domaines chimiques, pharmaceutiques, et dans la biorestauration.La complexité de modèles métaboliques mets des obstacles á l’inférence des modèles, à la comparaison entre eux, ainsi que leur analyse, curation et amélioration par des experts humains. Parce que l’abondance des détailles dans les réseaux à grande échelle peut cacher des erreurs et des adaptations importantes de l’espèce qui est étudié, c’est important de trouver les correct niveaux d’abstraction qui sont confortables pour les experts humains : on doit mettre en évidence la structure essentiel du modèle ainsi que les divergences de celle-là (par exemple les chemins alternatives et les réactions manquantes), tout en masquant les détails non significatifs.Pour répondre a cette demande nous avons défini une généralisation des modèles métaboliques, fondée sur les connaissances, qui permet la création des vues abstraites de réseaux métaboliques. Nous avons développé une méthode théorétique qui regroupe les métabolites en classes d’équivalence et factorise les réactions reliant ces classes d’équivalence. Nous avons réalisé cette méthode comme une bibliothèque Python qui peut être téléchargée depuis metamogen.gforge.inria.fr.Pour valider l’intérêt de notre méthode, nous l’avons appliquée à 1 286 modèles métaboliques que nous avons extraits de la ressource Path2Model. Nous avons montré que notre méthode aide l’expert humain à relever de façon automatique les adaptations spécifiques de certains espèces et à comparer les modèles entre eux.Après en avoir discuté avec des utilisateurs, nous avons décidé de définir trois niveaux hiérarchiques de représentation de réseaux métaboliques : les compartiments, les modules et les réactions détaillées. Nous avons combiné notre méthode de généralisation et le paradigme des interfaces zoomables pour développer Mimoza, un système de navigation dans les réseaux métaboliques qui crée et visualise ces trois niveaux. Mimoza est accessible en ligne et pour le téléchargement depuis le site mimoza.bordeaux.inria.fr. / Genome-scale metabolic models describe the relationships between thousands of reactions and biochemical molecules, and are used to improve our understanding of organism’s metabolism. They found applications in pharmaceutical, chemical and bioremediation industries.The complexity of metabolic models hampers many tasks that are important during the process of model inference, such as model comparison, analysis, curation and refinement by human experts. The abundance of details in large-scale networks can mask errors and important organism-specific adaptations. It is therefore important to find the right levels of abstraction that are comfortable for human experts. These abstract levels should highlight the essential model structure and the divergences from it, such as alternative paths or missing reactions, while hiding inessential details.To address this issue, we defined a knowledge-based generalization that allows for production of higher-level abstract views of metabolic network models. We developed a theoretical method that groups similar metabolites and reactions based on the network structure and the knowledge extracted from metabolite ontologies, and then compresses the network based on this grouping. We implemented our method as a python library, that is available for download from metamogen.gforge.inria.fr.To validate our method we applied it to 1 286 metabolic models from the Path2Model project, and showed that it helps to detect organism-, and domain-specific adaptations, as well as to compare models.Based on discussions with users about their ways of navigation in metabolic networks, we defined a 3-level representation of metabolic networks: the full-model level, the generalized level, the compartment level. We combined our model generalization method with the zooming user interface (ZUI) paradigm and developed Mimoza, a user-centric tool for zoomable navigation and knowledgebased exploration of metabolic networks that produces this 3-level representation. Mimoza is available both as an on-line tool and for download atmimoza.bordeaux.inria.fr.

Le concept de syndrome métabolique correspond à une association non fortuite chez un individu d'une obésité abdominale, d'une hyperglycémie, d'une hypertriglycéridémie, d'une hypoalphalipoproteinémie (faible taux de HDL-cholestérol) et d'une hypertension artérielle. La détection de sujets présentant ce syndrome permet d'identifier des individus à haut risque cardiovasculaire. Le syndrome métabolique est un désordre complexe et multifactoriel dont l'origine est due à l'interaction entre facteurs génétiques et environnementaux. Dans le but d'identifier de nouveaux facteurs de susceptibilité génétique aux phénotypes du syndrome métabolique, nous nous sommes intéressés à la variabilité génétique commune des gènes codant les récepteurs nucléaires LXRs (liver X receptor) ainsi qu'à la famille de protéines plasmatiques ANGPTLs (angiopoietin-like proteins) dans des études de population d'adultes (MONICA) et d'adolescents (HELENA) (n=1200 chacune). Nous avons mis en évidence une association entre le polymorphisme rs11039155 du gène codant LXRalpha et une diminution de 30% du risque de syndrome métabolique dans les échantillons MONICA Lille et Toulouse. De plus, ce polymorphisme est associé à une augmentation de la concentration plasmatique en HDL-cholestérol (Legry et al 2008). Nous n'avons pas détecté d'impact significatif de ce polymorphisme sur l'expression du gène codant LXRa ou de son gène cible ATP-binding cassette transporter A1 (ABCA1) dans des cultures primaires de macrophages humains. Cependant, l'impact de ce polymorphisme sur la concentration plasmatique en HDL-cholestérol a été confirmé dans l'étude HELENA. Concernant le gène codant LXRbeta, le polymorphisme rs17373080 est associé à une augmentation de 26% du risque d'obésité dans les études MONICA Lille et Toulouse et de 59% du risque de surpoids dans HELENA. Des études fonctionnelles de transfection cellulaire suggèrent que ce polymorphisme pourrait moduler l'expression de LXRbeta in vitro. Nous avons également étudié la variabilité génétique commune de ANGPTL3, 4 et 6, protéines impliquées dans la régulation du métabolisme énergétique. Le polymorphisme rs11207997 de ANGPTL3 est associé à une diminution des taux de HDL-cholestérol et d'ApoA1 dans les études MONICA Lille et HELENA. Par ailleurs, le polymorphisme rs4076317 de ANGPTL4 est associé à une augmentation de l'adiposité dans les études MONICA Lille et HELENA (Legry et al, soumis). De plus, nous avons analysé la variabilité génétique de ANGPTL6. Après avoir évalué la fréquence de 17 polymorphismes génétiques dans une centaine d'individus pris au hasard, nous avons montré que 4 polymorphismes (rs6511435, rs8112063, rs11671983 et rs15723) couvrent plus de 95% de la variabilité génétique connue de ANGPTL6. Le polymorphisme rs8112063 est associé à une diminution de la glycémie dans les études MONICA Lille, Toulouse et Strasbourg combinées. De plus, le polymorphisme rs6511435 est associé à une légère augmentation (20%) du risque de syndrome métabolique dans ces populations (Legry et al 2009, sous presse). Enfin, nous avons confirmé l'impact du polymorphisme rs9939609 du gène FTO (fat-mass and obesity-associated) sur le risque d'obésité (+29%) et de diabète de type 2 (+45%) dans les études MONICA Lille, Toulouse et Strasbourg (Legry et al, sous presse). En conclusion, ces résultats suggèrent un impact non négligeable de la variabilité génétique des gènes codant les LXRs et les ANGPTLs dans la détermination du profil gluco-lipidique et de la masse grasse ainsi que le risque de syndrome métabolique chez l'Homme

La compréhension des organismes vivant a été une quête pendant longtemps. Depuis les premiers progrès des derniers siècles, nous sommes arrivés jusqu'au point où des quantités massives de données et d'information sont constamment générées. Bien que, jusqu'au present la plupart du travail a été concentré sur la génération d'un catalogue d'éléments biologiques, ce n'est pas que récemment qu'un effort coordonné pour dé- couvrir les réseaux de relations entre ces parties a'été constaté. Nous sommes intereses à comprendre non pas seulement ces réseaux, mais aussi la façon dont, à partir de ses connexions, émergent des fonctions biologiques. Ce travail se concentre sur la découverte, la modélisation et l'exploitation d'un de ces réseaux : le métabolisme. Un réseau métabolique est un ensemble des réac- tions biochimiques interconnectées qui se produisent à l'intérieur, ou dans les limites d'une cellule vivante. Une nouvelle méthode de découverte, ou de reconstruction des réseaux métaboliques est proposée dans ce travail, avec une emphase particulière sur les organismes eucaryotes. Cette nouvelle méthode est divisée en deux parties : une nouvelle approche pour la modélisation de la reconstruction basée sur l'instanciation des éléments d'un modèle squelette existant, et une nouvelle méthode de réécriture d'association des gènes. Cette méthode en deux parties permet des reconstructions qui vont au-delà de la capacité des méthodes de l'état de l'art, permettant la reconstruction de modèles métaboliques des organismes eucaryotes, et fournissant une relation détaillée entre ses réactions et ses gènes, des connaissances cruciales pour des applications biotechnologies. Les méthodes de reconstruction développées dans ce travail, ont été complétées par un workflow itératif d'édition, de vérification et d'amélioration du modèle. Ce workflow a été implémenté dans un logiciel, appelé Pathtastic. Comme une étude de cas de la méthode développée et implémentée dans le pré- sent travail, le réseau métabolique de la levure oléagineuse Yarrowia lipolytica, connu comme contaminant alimentaire et utilisé pour la biorestauration et comme usine cellulaire, a été reconstruit. Une version préliminaire du modèle a été générée avec Pathtastic, laquelle a été améliorée par curation manuelle, à travers d'un travail avec des spécialistes dans le domaine de cette espèce. Les données expérimentales, obtenues à partir de la littérature, ont été utilisées pour évaluer la qualité du modèle produit. La méthode de reconstruction chez les eucaryotes, et le modèle reconstruit de Y. lipolytica peuvent être utiles pour les communautés scientifiques respectives, le premier comme un pas vers une meilleure reconstruction automatique des réseaux métaboliques, et le deuxième comme un soutien à la recherche, un outil pour des applications biotechnologiques et comme un étalon-or pour les reconstructions futures.

Lors de catastrophes pétrolières, l'utilisation de dispersant est une stratégie de lutte qui permet le transfert de la nappe de pétrole de la surface vers la colonne d'eau, sous forme de gouttelettes d'hydrocarbure. En milieu côtier, la dispersion d'une nappe de pétrole est une mesure controversée car la faible profondeur de la colonne d'eau ne permet pas une dissémination rapide des gouttelettes d'hydrocarbure et expose ainsi les écosystèmes aquatiques à de fortes concentrations de contaminant. Afin d'évaluer la toxicité de l'application de dispersant en zones côtières, une approche expérimentale a été menée chez des juvéniles de Liza sp. en considérant trois scenarii : (i) la dispersion mécanique de la nappe simulant une dispersion naturelle due aux conditions météorologiques ; (ii) la dispersion chimique de la nappe simulant l'application de dispersant ; (iii) l'absence de dispersion de la nappe simulant son confinement avant récupération. La toxicité de chaque condition a été évaluée au travers d'une mesure de la mortalité sur un groupe d'individu, par l'estimation des performances de nage et de la capacité métabolique au niveau de l'organisme, et par une approche multimarqueur au niveau de l'organe.La comparaison entre une nappe de pétrole non dispersée et une nappe de pétrole dispersée chimiquement montre que l'application de dispersant entraine une augmentation des phénomènes de mortalité et une diminution, au niveau hépatique et branchial, des capacités de défense contre les xénobiotiques. A l'inverse, la comparaison entre une nappe de pétrole dispersée mécaniquement et chimiquement montre que, lorsque l'agitation de la mer est importante, l'application de dispersant ne semble pas potentialiser la toxicité du pétrole.Ces résultats suggèrent que (i) la récupération de la nappe de pétrole devrait être considérée comme une technique de lutte prioritaire sur l'utilisation de dispersant ; (ii) l'application de dispersant pourrait être considérée lors de conditions météorologique appropriées.

Ce travail avait pour premier objectif d'analyser la réorganisation du mouvement lors de l'apprentissage d'une habileté motrice complexe, la marche athlétique. Le deuxième objectif était de mieux comprendre le rôle des facteurs métaboliques et de la perception de l'effort sur ce processus.Pour cela, les deux premières études se sont intéressées à l'évolution d'un grand nombre de variables cinématiques avec la pratique. Les participants ont reçu au début de chaque séance de pratique trois consignes (i.e., contraintes biomécaniques) concernant la règlementation et la technique de la marche athlétique. Les résultats de l'étude 1 ont mis en évidence une évolution rapide de la coordination et du contrôle (Newell, 1985) qui semble atteindre un plateau à la quatrième séance de pratique sur les sept réalisées. L'étude 2, qui analyse d'une façon plus approfondie ces quatre premières séances, a indiqué un rôle important des contraintes de la tâche sur la réorganisation du mouvement avec la pratique,réfutant l'existence de principes généraux concernant la maîtrise des degrés de liberté (Bernstein,1967). De plus, l'étude 1 a montré une réduction des valeurs métaboliques et de la perception de l'effort périphérique lors de la pratique, qui corrèlent significativement avec la réorganisation globale du mouvement. Les résultats semblent indiquer un rôle important des informations sensorielles périphériques sur l'adoption de patterns de mouvements plus économiques avec la pratique. L'étude 3a montré que suite aux 7 séances d'apprentissage, les participants adoptent spontanément au test de transition un nouveau comportement, la marche athlétique, entre la marche et la course, et ce pour des raisons non-métaboliques. En conclusion, ce travail propose que la réorganisation du mouvement lors de l'apprentissage de la marche athlétique soit orientée par les contraintes de la tâche d'une part et parla perception de l'effort périphérique d'autre part dans un but d'optimisation métabolique. Toutefois,l'optimisation des facteurs métabolique ne semble pas prioritaire lorsque le système locomoteur doit s'adapter rapidement face à un niveau critique de contrainte.

Les objectifs de cette étude étaient de comparer la relation entre les différentes méthodes et expressions de la force musculaire et les facteurs de risques métaboliques puis de comparer les changements de la force musculaire en utilisant différentes méthodes et expressions avant et après un entraînement en musculation. Quarante-et-une femmes obèses sédentaires post-ménopausées ont été recrutées pour cette étude (âge : 59.3 ± 4.6 ans; indice de masse corporelle : 34.2 ± 3.4 kg/m2; pourcentage de masse grasse : 47.3 ± 3.8 %). La force musculaire a été évaluée à l'aide de deux appareils d'entraînement incluant un développé des jambes pour le bas du corps (leg press) et un appareil développé assis (chest press) pour le haut du corps ainsi qu'avec un dynamomètre manuel. Nous avons mesuré la composition corporelle (DEXA), profil sanguin, la glycémie, la sensibilité à l'insuline, la dépense énergétique, la consommation maximale d'oxygène, la pression artérielle et le profil psychosocial. Les résultats montrent que les corrélations, les prédicteurs ainsi que les changements de la force musculaire selon la méthode varient de manière importante avec les facteurs de risque métaboliques. Par exemple, pour le VO2peak, nous observons des corrélations différentes avec les indices de force musculaire entre le VO2peak (L/min) (une négative et une positive), le VO2peak (ml/kg/min) et le VO2peak (ml/kg MM/min). De plus, lorsque la force musculaire est évaluée avec les appareils de musculation, nous remarquons que la masse osseuse est un prédicteur de la force musculaire quand elle est exprimée en kg et également lorsqu'elle est exprimée en kg/kg de masse maigre. Nous remarquons de plus que la force musculaire exprimée en joules est prédite par l'indice HOMA. D'autre part, nous n'avons trouvé aucun prédicteur de force musculaire quand la force musculaire est exprimée en kg/kg de poids corporel, en Joules/kg de poids corporel ainsi qu'en Joule/kg de masse maigre. Finalement, pour la force musculaire évaluée avec les appareils de musculation, les changements observés de force musculaire varient significativement entre 14.7 et 23.3 %. En conclusion, la présente étude nous indique que les corrélations, les prédicteurs ainsi que les changements de la force musculaire selon la méthode d'évaluation et d'expression varient de manière importante avec les facteurs de risque métaboliques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : force musculaire, profil métabolique, entraînement en musculation, composition corporelle, profil sanguin, glycémie, sensibilité à l'insuline, dépense énergétique, consommation maximale d'oxygène, pression artérielle