Cette thèse menée à l'interface entre deux écoles doctorales, a permis d'étudier la diversité virale et de proposer l'utilisation de biomarqueurs pour répondre à des questions environnementales. La première partie présente l'étude et la caractérisation de familles de virus géants isolées au laboratoire Information Génomique et Structurale. La première, les Pandoravirus, découverte il y a 2 ans, remet en question la définition de virus, leur origine et leur mode d'évolution. Ce virus possède un génome dépassant 2,5 Mb codant pour plus de 2500 protéines, dont 90% complètement inédites. Une autre famille de virus, les Marseilleviridae, m'a permis de mesurer leur vitesse d'évolution. Les particularités de cette famille sont (i) des génomes extrêmement conservés et (ii) la séparation de la famille en différentes lignées en fonction de leur pourcentage d'identité nucléotidique. J'ai pu étudier l'évolution de cette famille, montrant que la majorité des gènes de ces virus sont conservés entre les lignées et sous pression de sélection, donc nécessaires à leur réplication. La deuxième partie avait pour but de valider l'utilisation de marqueurs biologiques afin de répondre à une question environnementale. Il s'agissait d'identifier l'origine de l'eau saumâtre d'une rivière souterraine. Pour cela nous avons recensé les communautés de procaryotes de différentes sources d'eau douce et d'eau de mer dans le but de les comparer aux communautés de la rivière souterraine. Cette démarche nous a permis de conclure sur l'origine à la fois marine et terrestre de l'eau de l'exsurgence souterraine. Des hypothèses sur le mode d'acheminement de ces eaux vers l'exsurgence sont également proposées. / This thesis which takes place between two doctoral schools, allowed us to study viral diversity and to suggest the use of a biomarker to answer environmental questions. The first part presents a work on the characterization of two giant virus families isolated in the IGS laboratory. The first family, Pandoraviruses, questions the definition of virus, their origin and the way they evolve. This virus’ genome is bigger than 2,5 Mb, which codes for more than 2,500 proteins, of which 90% were unknown before. The isolation of new members of this family could allow us to study their evolution. Another virus family, Marseilleviridae, allowed me to study their evolution speed. This family features are (i) to have highly conserved genomes and (ii) the family is separated in three lineages, according to their nucleotide identity percentage. I thus studied the evolution of this family, showing that most genes of these viruses are conserved between lineages and under selection pressure, therefore necessary for their replication. The second part describes a work to validate the use of a biologic marker in order to respond an environmental question. We tried to identify the origin of underground river brackish water flowing from a submarine karstic spring in Port-Mio, Cassis. For that we initiated a comparison of prokaryotic community from various springs of fresh water, sea water, and the underground river. This method, coordinated to biogeochemical data allowed us to identify biomarkers which are specific of each sample. We can then conclude that this brackish water finds an origin in both fresh and sea water. Hypothesis on the way these waters flows in the spring are also proposed.

La découverte des virus géants il y a une dizaine d’années a véritablement bouleversé notre perception du monde viral. Cette découverte a ouvert un débat sur l’origine et l’histoire évolutive de ces virus, et ravivé celui portant sur la nature des virus : peuvent-ils être considérés comme vivants ?J'ai caractérisé un nouveau Marseilleviridae, isolé à partir d’un échantillon prélevé en Nouvelle-Calédonie, appelé Noumeavirus. Les Marseilleviridae sont des grands virus à ADN, qui possèdent des particules à symétrie icosaédrique d’environ 200 nm de diamètre, et des génomes à ADN double-brin de plus de 300 kb. Différentes approches de génomique, protéomique, ainsi que l’étude du cycle infectieux ont montré que le cycle infectieux de ces virus n’était pas indépendant du noyau cellulaire mais recrutait transitoirement les fonctions nucléaires à l’usine virale.J'ai également caractérisé un nouveau Pandoravirus, isolé à partir d’un échantillon prélevé en Nouvelle-Calédonie, appelé Pandoravirus neocaledonia. Les Pandoravirus possèdent une morphologie unique au sein des virus, ainsi qu’un génome colossal à ADN double-brin de 2.5 Mb. Des études comparatives avec d’autres Pandoravirus ont été réalisées en combinant plusieurs approches, afin de mieux comprendre les caractéristiques de ces virus inédits. La morphologie étonnante de ces virus nous a poussés à étudier la nature de leur enveloppe, constituée d’un réseau de fibres formant des structures lamellaires. Se pourrait-il que les Pandoravirus, contrairement aux autres virus, détournent la machinerie cellulaire pour construire leurs particules ? Dans ce cas, quelle serait leur place dans l’histoire évolutive des virus ? / The discovery of giant viruses about a decade ago has truly shaken our perception of the viral world. This discovery has initiated a debate on the origin and evolutionary history of these viruses, and it revived the debate on their nature: are viruses alive?I characterized a new Marseilleviridae, isolated from a sample collected in New-Caledonia, named Noumeavirus. The Marseilleviridae are large DNA viruses that have icosahedral particles of about 200 nm in diameter, and double-stranded DNA genomes of more than 300 kb. Various approaches, such as genomics, proteomics and the study of the infectious cycle, allowed us to reveal that the infectious cycle of these viruses was not independent from the cell nucleus as we thought, but was transiently recruiting nuclear functions to the viral factory.I also characterized a new Pandoravirus, isolated from a sample collected in New-Caledonia, named Pandoravirus neocaledonia. Pandoraviruses have a unique morphology and a gigantic double-stranded DNA genome of about 2.5 Mb. Comparative studies with other Pandoraviruses were performed using several approaches to better understand the characteristics of these original viruses. The astonishing morphology of these viruses led us to investigate the nature of their envelope, which is made of a mesh of fibers forming lamellar structures. Is it possible that Pandoraviruses, unlike other viruses, hijack the cellular machinery to build their particles? In this case, what would be their place in the evolutionary history of viruses?

Les membres des familles Mimiviridae et Marseilleviridae, qui infectent et se répliquent dans Acanthamoeba spp. et d’autres protistes phagocytaires, ont été découverts au cours de la dernière décennie et rattachés à un groupe monophylétique de virus nommés les grands virus à ADN nucléocytoplasmiques (NCLDVs), qui infectent un large éventail d’eukaryotes y compris différents organismes unicellulaires. Récemment, il a été proposé de reclasser les NCLDVs dans un nouvel ordre viral nommé les Megavirales. Plusieurs dizaines de virus géants des amibes ont été isolés, mais le génome de peu d’entre eux a été étudié de façon approfondie. Nous avons étudié les génomes de ces virus géants d'amibe afin d’acquérir une meilleure compréhension de leur répertoire de gènes et leur importance évolutionnaire. L'analyse phylogénétique des virus géants d'amibe distingue clairement trois lignées, nommées A, B et C. Nous avons étudié en détail le génome de Acanthamoeba polyphaga moumouvirus, le membre fondateur de la lignée B et avons déchiffré son contenu en gènes et sa relation évolutive avec d'autres organismes. Nous avons également étudié les génomes de Terra1 virus et Terra2 virus, qui appartiennent respectivement aux lignées C et A, et ont été isolés à partir d'échantillons de sol alors que les mimivirus décrits aupravant ont été isolés à partir d'eau douce ou de mer. En outre, nous avons décrit le génome du virus Courdo11, qui appartient à la lignée C, et est étroitement lié au premier Mimivirus isolé d'un humain, qui présentait une pneumonie inexpliquée. / The members of families Mimiviridae and Marseilleviridae, which infect and replicate in Acanthamoeba spp. and other phagocytic protists, were discovered during the past decade and linked to a monophyletic group of viruses named the Nucleocytoplasmic Large DNA viruses (NCLDVs), which infect a broad variety of eukaryotes including diverse unicellular organisms. Recently, it has been proposed to reclassify the NCLDVs into a new viral order named the Megavirales. Several dozens of giant viruses of amoeba have been isolated but the genome of very few has been extensively studied. We studied the genomes of these giant viruses of amoeba to gain a better understanding of their gene repertoire and evolutionary importance. The phylogenetic analysis of giant viruses of amoeba clearly distinguished three lineages, named lineages A, B and C. We studied in detail the genome of Acanthamoeba polyphaga moumouvirus, the leader member of lineage B to decipher its gene content and its evolutionary relationship with other organisms. We further studied the genomes of Terra1 virus and Terra2 virus, which belong to lineages C and A, respectively, and were isolated from soil samples whereas previously described mimiviruses of amoeba were isolated from fresh or marine water. Furthermore, we described the genome of Courdo11 virus, which belongs to lineage C, and is closely related to the first mimivirus isolated from a human, who exhibited unexplained pneumonia.