Le pont du Larivot, situé à l’embouchure de la rivière Cayenne et de l’océan Atlantique, est une artère routière indispensable au département amazonien de GuyaneFrançaise. Construit en acier au carbone, il a été fermé en 2009 pour cause de rupture d’une pile par corrosion. La corrosion influencée par les micro-organismes (CIM) estun processus naturel largement étudié dans des milieux tempérés soumis aux marées. L’objectif du travail réalisé ici est d’identifier ses marqueurs dans le cas d’un ouvraged’art en milieu amazonien.Des expériences sur site ont été réalisées sur 30 jours, avec un suivi des phénomènes de corrosion par analyses chimiques, électrochimiques, de surface, et biologiques surdifférents niveaux de marée. Elles montrent que le niveau basse mer (correspondant au niveau du fleuve lorsque la mer est au plus bas) présente les vitesses de corrosionles plus importantes (environ 0, 8 mm.an−1). Ces vitesses, une résistance à la corrosion faible, des micro-organismes fortement présents avec une forte concentration enéléments nutritifs (et particulièrement les nitrates) sont les marqueurs d’un phénomène d’ALWC (accelarated low water corrosion). Des essais effectués en conditions stérilesont confirmés la présence de CIM dans le milieu étudié.Une attention particulière a été portée sur le niveau basse mer avec une étude dynamique de la corrosion sur 50 jours. Ainsi, il a été montré que les phénomènes de surfacesont constants (dépôts de même épaisseur, diffusions de Warbrug identiques), mais avec des vitesses déterminées par courbes de polarisation augmentant linéairement (d’équation vcorr = 0, 004t + 0, 091). La présence dès 10 jours d’oxydes et d’hydroxydes de fer et, dès 30 jours, d’oxydes de manganèse et de sulfure de fer a également été mise en évidence.L’étude du bioflim corrosif montre une modification de la composition bactérienne au cours du temps avec un changement des β- vers les α-protéobactéries. Contrairement aux attentes, les procaryotes sulfato-réducteurs PSR (principalement des δ-protéobacteries) sont pratiquement absents du consortium corrosif. En revanche, des sulfato-oxydateurs sont prépondérants, et particulièrement Rheineimera aquamaris, dont le potentiel corrosif a été prouvé pour la première fois en culture pure.Ainsi, la présence de bactéries aérobies (les sulfato-oxydatrices), l’absence de bactéries anaérobies (PSR) et l’augmentation constante des vitesses montrent qu’après 50 jours le processus de corrosion se situe encore dans une des deux premières phases du modèle de Melcher. Pour compléter cette première étude dans un estuaire amazonien, des expériences à plus long terme doivent donc être réalisées en portant une attention sur la zone de marnage. / The Larivot Bridge, located at the mouth of the Cayenne River and the Atlantic Ocean, is a vital road artery of the Amazonian department of French Guiana. Built incarbon steel, it was closed in 2009 for breach of a pile due to corrosion. Corrosion influenced by microorganisms (MIC) is a natural process widely studied in temperatetidal environments. The objective of the work here is to identify markers in the case of a structure in the Amazonian environment.Experiments were carried out in situ for 30 days, with a follow-up of corrosion by chemical, electrochemical and biological analyses at the low water level. They showthat the low water level (corresponding to the level of the river when the tide is at its lowest) display the faster corrosion (about 0.8 mm.an-1). These rate, the low corrosionresistance, the high microorganisms presence with a high concentration of nutrients (especially the nitrate) are markers of a phenomenon of ALWC (accelarated low watercorrosion). Tests performed under sterile conditions have confirmed the presence of MIC in the medium studied.Particular attention was paid to the low water level with a dynamic study of corrosion on 50 days. Thus, it has been shown that surface phenomena are constant (samethickness of deposit, Warbrug diffusions identical), but with rates determined by polarization curves increasing linearly (equation of vcorr = 0.004t + 0.091). The presence at10 days of iron oxides and hydroxides and from 30 days, oxides of manganese and iron sulfide was also highlighted.The study of the corrosive bioflim shows a change in the bacterial composition over time with a change of β- to α-protéobactéries. Contrary to expectation, the sulfatereducingprokaryotes SRP (mostly δ-protéobacteries) are practically absent in the corrosive consortium. Instead, sulfate-oxidiser are paramount, especially Rheineimera Aquamaris,the corrosive potential has been proven for the first time in pure culture.Thus, the presence of aerobic bacteria (sulfate-oxydatrices), the lack of anaerobic bacteria (SRP) and the constant increase in speeds show that after 50 days the corrosionprocess is still located in one of the first two phases Melcher model. To complete this first study in the Amazon estuary, in the longer term experiments must be performedpaying attention to the tidal zone.

Les bactéries du phylum Bacteroidetes, classe Bacteroidia, sont parmi les plus importantes dans microbiotes gastrointestinaux des humains et d'autres mammifères. La bouche, entrée du tube digestif, est un environnement avec des sites anatomiques variés, auxquels s'associent des microbiotes de composition différente. L'union de la gencive et des dents, le sillon gingivo-dentaire ou sulcus, est un site de dépôt d'un biofilm complexe appelé plaque dentaire. Une bactérie de ce phylum, Porphyromonas gingivalis, est capable de perturber le système immunitaire humain et de produire un déséquilibre du biofilm oral également nommée dysbiose. Ceci déclenche la formation de la poche parodontale, un creusement pathologique du sulcus, et l'apparition de la parodontite. D’autres espèces du genre Porphyromonas sont également associées à la parodontite notamment chez les canidés. Les populations de P. gingivalis sont panmictiques et la plasticité de leurs génomes importante. La bioinformatique peut aider à identifier les causes de la mosaïcité des génomes de cette bactérie, à étudier les facteurs de virulence au niveau du genre bactérien pour expliquer l'existence d'espèces pathogènes et d'autres commensales et à décrire la dysbiose liée à la parodontite. La génomique comparative de P. gingivalis a démontré une corrélation entre le nombre de contigs dans les génomes draft de cette espèce et les répétitions génomiques, notamment des séquences d'insertion. Nous avons re-séquencé, re-assemblé et re-annoté trois souches de référence de cette bactérie qui avaient des génomes complets, en utilisant un séquençage en long-read. Nous avons mis en évidence des erreurs d'assemblage sur les trois génomes publiés, que nous avons corrigé. Une étude du pangénome de ces trois souches montre un génome core important. La plasticité de l'espèce serait donc plus dans l'organisation du génome que dans les différentes capacités de codage. Une sous partie du génome core, dont les gènes ont un pourcentage d'identité nucléotidique plus faible que la plupart (génome core variant) est intéressante pour expliquer les différences phénotypiques de ces bactéries. Nous avons étudié la répartition d'un facteur de virulence, les fimbriae, structures d'adhésion, au sein du genre Porphyromonas et lié les loci à la phylogénie et au caractère pathogène des espèces. Finalement, une description de la dysbiose qui a lieu lors d'une parodontite est faite par une analyse du microbiote de patients atteints de parodontite et d'individus sains. Les genres prépondérants lors des deux états sont mis en évidence. Au cours de ces travaux, nous montrons l'importance de la biocuration et sa valeur ajoutée dans les travaux de génomique et bioinformatique en général. Seulement en faisant ce travail lent et lourd de biocuration, les réponses apportées aux questions biologiques seront pertinentes. / Bacteria of Bacteroidetes phylum, Bacteroidia class, are amongst the more important in gastrointestimal microbiota, either human or from other mammals. The mouth, digestive tube entry, is an environment with varied anatomic sites, each having a particular microbiota with different composition. The union between gingiva and teeth, the gingival sulcus, is a site for biofilm (dental plaque) formation and accumulation. Porphyromonas gingivalis, a bacterium from this phylum, can modulate the inmune system and produce an oral biofilm desequilibrium called dysbiosis. This triggers the formation of a periodontal pocket, a pathological deepening of the gingival sulcus, and the emergence of periodontitis. Other Porphyromonas species are also associated to periodontitis, mainly in canids. P. gingivalis populations are panmictic and their genomes are highly plastic. Bioinformatics can help to identify the causes of this genomic mosaicity, to study Porphyromonas virulence factors in order to explain why some species are pathogens and other are commensal, and to describe the dysbiosis linked to periodontitis. P. gingivalis comparative genomics showed a correlation between the number of contigs in draft genomes and genomic repeats, mainly insertion sequences. We resequenced, reassembled and reannotated three reference strains of this bacterium that already had complete published genomes, using long-read sequencing. We showed that misassemblies were present in the three published genomes, and we corrected them. A pangenome study of the three strains showed that the core genome is preponderant. The species plasticity might be related more to the genome organization than to different coding capacities. A subpart of th core genome, with genes having a nucleotidic identity percentage lower than the majority (variable core genome), is interesting for explaining the phenotypic differences of bacteria. We analysed the repertoire of a virulence factor, fimbriae, adhesion structures, in the Porphyromonas genus to link the loci to phylogeny and pathogenicity of its species. Finally, we described the dysbiosis occuring with periodontitis, analysing gingival microbiota of patients having the illness and healthy individuals. Preponderant genera in both states are highlighted. With this work, we demonstrate the importance of biocuration and its added value for genomic and bioinformatic studies in general. Only with this slow and arduous work, the answers to biological questions will be relevant.

Ces travaux de thèse porte sur l'étude d'un procédé de traitement des eaux usées intitulé "anammox". C'est un procédé biologique reposant sur le métabolisme d'un groupe de bactéries du même nom permettant l'épuration de l'azote. Ces travaux développent une méthodologie pour leur identification et leur culture et aboutissent à la mise en application de bio-réacteur de traitement à l'échelle du laboratoire. / This work focuses on the study of a wastewater treatment process entitled "anammox". It is a biological process based on the metabolism of a group of bacteria of the same name allowing the purification of nitrogen. This work develops a methodology for their identification, their culture and for the implementation of bioreactor treatment at the laboratory scale.

L'acquisition et le maintien de la forme bactérienne ont été consciencieusement étudiés pendant une très longue période. Néanmoins, il reste encore beaucoup de questions sans réponse. Les bactéries Gram-positives présentent une couche externe rigide (la paroi cellulaire) qui permet de préserver la pression osmotique interne et la morphologie cellulaire. La paroi cellulaire (CW) est principalement formée par un maillage de polymères de sucres, le peptidoglycane (PG), sur lequel sont accrochés des acides téichoïques. L'absence de cette barrière essentielle provoque la perte de forme et, finalement, la lyse de la cellule. L’intégrité du CW est par conséquent d'une importance vitale pour les bactéries. La structure ainsi que la synthèse correcte du CW dépendent de supposées machineries d'élongation du peptidoglycane (PGEM) chargées d’assembler le réseau du PG. Le fonctionnement et la composition des PGEMs restent incertains, mais on sait qu’ils dépendent d’une protéine essentielle : MreB, une protéine procaryote similaire à l'actine. MreB est suspectée de contrôler l’activité et/ou l’assemblage des PGEMs, mais sa fonction exacte comme son mode de régulation sont actuellement inconnus. J’utilise Bacillus subtilis, le modèle des bactéries Gram-positives, pour mieux comprendre les fonctions de MreB via i- le développement et l’utilisation d’un criblage génétique pour l’identification de mutants de mreB non fonctionnels et ii- l'étude d'un effecteur potentiel de MreB.(i) MreB a été étudié pendant près de deux décennies et pourtant, sa (ses) fonction(s) reste(nt) mal comprise(s). Comme les approches biochimiques se sont révélées particulièrement difficiles jusqu'à présent, la plupart des études se sont concentrées sur la localisation cellulaire et la dynamique de la protéine. Au cours de mes travaux, j’ai conçu un criblage génétique au moyen duquel j’ai obtenu une collection de mutants de mreB fonctionnellement déficients, chez B. subtilis. La caractérisation de ces mutants a révélé de nombreux résidus importants pour le fonctionnement de la protéine. De façon intéressante, mes résultats indiquent que certains mutants ont conservé leurs propriétés dynamiques (suggérant une association fonctionnelle aux PGEMs) en plus d'une morphologie de type sauvage, tout en étant fortement affectés pour la croissance. Des résultats préliminaires indiquent que ces mutants sont compromis dans leur capacité à utiliser certaines sources de carbone, reliant MreB au métabolisme cellulaire. Ceci suggère l'existence soit d'un point de contrôle, soit d'un couplage entre le métabolisme du carbone et l'expansion du CW chez B. subtilis.(ii) Des résultats non publiés de notre groupe ont révélé l'existence d'un opéron non caractérisé (ydcFGH) dont l'expression est fortement induite en absence de MreB, par comparaison à la souche sauvage. J’ai 1- mis en évidence la cause probable de l’induction de cet opéron en l’absence de MreB, révélant ainsi l’existence de nombreuses mutations dans la souche MreB et 2- réalisé une caractérisation poussée de chaque gène de l'opéron ydcFGH. Bien que le lien exact entre MreB et ydcFGH soit encore inconnu, nos résultats suggèrent un rôle potentiel d’YdcH dans le contrôle du métabolisme du carbone et l'adaptation à la phase stationnaire. À la lumière de mes données issues du criblage génétique (i), ces résultats indiquent un lien fort entre MreB et le métabolisme du carbone. / Acquisition and maintenance of the bacterial shape has been conscientiously studied for a long time. Nevertheless, there are still many unanswered questions. Gram-positive bacteria present a rigid external coating (cell wall) that allows them to preserve internal osmotic pressure and cell morphology. The cell wall (CW) is mainly formed by the peptidoglycan meshwork (PG), that confers its structure to the CW, to which are connected teichoic acids. The absence of this essential barrier causes the loss of shape and, ultimately, lysis of the cells. Integrity of the CW is, therefore, a matter of vital importance for bacteria. Proper CW synthesis and structure depends on the so-called peptidoglycan elongation machineries (PGEM) in charge of building the PG meshwork. The precise composition and functioning of the PGEM is not completely understood but they rely on a key player: MreB, a conserved prokaryotic actin-like protein. MreB is suspected to control PGEM activity and/or assembly but its precise function and mode of regulation are currently unknown. I used Bacillus subtilis, the model for Gram-positive bacteria, to gain a better understanding of MreB functions via i- the development and use of a genetic screen for loss-of-function mutants of mreB and ii- the study of a potential effector of MreB.(i) MreB has been studied for almost two decades now and still, little is known about its function(s). Since biochemical approaches proved to be difficult so far, most of the studies have focused on cellular localization and dynamics of the protein. Here, I have designed a genetic screen by means of which I have obtained a collection of functionally impaired mreB mutants in B. subtilis. Characterization of these mutants revealed numerous key residues for the functioning of the protein. Interestingly, my results indicate that some mutants have kept their dynamic properties (suggesting functional association to the PGEM) together with a wild type shape, while being strongly affected for growth. Preliminary results indicate an impaired ability to use certain carbon sources linking MreB to cellular metabolism. This suggests the existence of either a checkpoint or a coupling between carbon metabolism and CW expansion in B. subtilis.(ii) Unpublished results from our group revealed the existence of an uncharacterized operon (ydcFGH), whose expression is highly induced in the absence of MreB by comparison to the wild type. I have 1- deciphered the cause of ydcFGH induction in the absence of MreB, revealing the existence of multiple mutations in the MreB strain and 2- realized a thorough characterization of each gene of the ydcFGH operon. Although the exact link between MreB and ydcFGH is yet unknown, my results suggest a potential role of YdcH in the control of carbon metabolism and adaptation to stationary phase. In light of my mutagenesis screen data (i), these results are pointing towards a strong link between MreB and carbon metabolism.

Des études épidémiologiques ont rapporté une association inverse entre la consommation de produits laitiers et le risque de diabète de type 2 (DT2). Cependant, les études d'intervention sur les produits laitiers rapportent des résultats contradictoires sur la sensibilité à l'insuline. Ainsi, on ne sait pas si la consommation de produits laitiers exerce des effets bénéfiques sur l'homéostasie du glucose et les mécanismes d'action potentiels. Les effets des produits laitiers sur l'homéostasie du glucose pourraient être révélés par l'intégration des omiques. Le terme omique est utilisé pour désigner les investigations utilisant des technologies analytiques, telles que la transcriptomique (ARNm et microARN (miARN)), la métabolomique (acides gras à chaîne courte (AGCC), les acides biliaires, et F₂-isoprostanes (F₂-IsoPs)) et le microbiome intestinal. Pourtant, on ne sait pas si la consommation de produits laitiers pourrait modifier le transcriptome, le métabolome et le microbiote intestinal et si ceux-ci pourraient prédire l'homéostasie du glucose chez les personnes à risque de DT2. Les objectifs sont 1- de déterminer l'effet des produits laitiers sur le profil omique, y compris le profilage de l'ARNm et les microARN, les métabolites et le microbiome; et 2- de clarifier les mécanismes d'action des produits laitiers sur les facteurs de risque de DT2. Dans cet essai randomisé en chassé-croisé, 27 participants hyperinsulinémiques ont été randomisés pour consommer des produits laitiers élevès (HD) (HD ≥ 4 portions/j) et des produits laitiers adéquats (AD) (AD ≤ 2 portions/jour) pendant 6 semaines. Les mesures cliniques et anthropométriques ainsi que des questionnaires de fréquence alimentaire ont été réalisés avant et après chaque intervention. Premièrement, l'ARNm et les miARN ont été mesurés en utilisant des micropuces et la validation par qPCR. Deuxièmement, les taux plasmatiques d'AGCCs, sels biliaires, et des F₂-IsoPs ont été mesurés par des techniques de spectrométrie de masse. Troisièmement, l'abondance du bactèries intestinalles a été analysée à l'aide de méthodes de séquençage du gène ARNr 16S. Le test t apparié a été utilisé pour indiquer des différences significatives dans les paramètres cliniques et omiques entre AD et HD. Les analyses de corrélation ont été effectuées pour identifier l'association entre les paramètres glycémiques et les omiques. De plus, un modèle mixte de régression linéaire a été utilisée pour examiner les différences dans les mesures répétées des niveaux plasmatiques de F₂-IsoP entre AD et HD. L'intégration des omiques a été réalisée à l'aide d'une analyse par apprentissage automatique. L'analyse des puces à ARNm a indiqué que 236 gènes étaient différentiellement exprimés avant et après l'apport en HD. De plus, 297 miARN ont été différentiellement exprimés entre AD et de HD. Une analyse plus approfondie des gènes et des miARN exprimés de manière différentielle a révélé que les voies métaboliques associées au DT2 étaient modifiées après la prise de HD par rapport à avant la prise de HD, y compris la signalisation des récepteurs olfactifs, GPCR, PI3K-AKT2, la signalisation Ras et les voies MAPK. De plus, le niveau de F₂-IsoPs (5-F₂ₜ-IsoP et 8-F₂ₜ-IsoP) a été favorablement réduit. F₂-IsoPs était aussi positivement corrélé avec la glycémie à jeun. Un niveau inférieur de F₂-IsoP a été observé chez les femmes par rapport aux hommes après la prise de HD par rapport à AD. Les résultats ont également montré une augmentation de l'abondance des bactéries Firmicutes et de l'acide butyrique fécal qui jouent un rôle dans la réduction de la résistance à l'insuline. Finalement, l'analyse de l'apprentissage automatique a identifié trois déterminants omiques potentiels interdépendants (miR-93-5p, 8-F₂ₜ-IsoP et l'acide biliaire lithocholique) après la consommation de HD, ce qui a entraîné une réduction de la résistance à l'insuline. Dans l'ensemble, cette étude a démontré que la prise de HD peut modifier de manière bénéfique le profil des OMIC et la résistance à l'insuline chez les participants atteints d'hyperinsulinémie. / Epidemiological studies have reported an inverse association between the consumption of dairy products and the risk of type 2 diabetes (T2D). However, dairy intervention studies report conflicting results on insulin sensitivity. Thus, it is unknown whether dairy product consumption exerts its beneficial effects on glucose homeostasis and their potential mechanisms of action. The effects of dairy products on glucose homeostasis could be mediated by changes in omics profiles. The term omics is used to refer to investigations using global analytical technologies, such as transcriptomics (mRNA and microRNA (miRNA)), metabolomics (short-chain fatty acids (SCFAs), biliary acids, and F₂-isoprostanes (F₂-IsoPs)), and gut microbiome. Yet, it is unclear whether dairy product consumption could alter the transcriptome, metabolome, and gut microbiota and whether these could predict glucose homeostasis in individuals at risk for T2D. The objectives are 1- to determine the effect of dairy products on the OMICS profile, including mRNA and miRNA profiling, metabolites and microbiome; and 2- to clarify the mechanisms of action of dairy products on the risk factors of T2D. In this randomized crossover trial, 27 subjects with hyperinsulinemia were randomized to consume high-dairy (HD) products (HD ≥ 4 servings/d) and adequate dairy (AD) products (AD ≤ 2 servings/day) for 6 weeks. Clinical and anthropometric measurements as well as food frequency questionnaires were carried out before and after each intervention. First, the mRNA and miRNA profiling were performed using microarrays and qPCR validation. Second, plasma levels of SCFAs and F₂-IsoPs were measured by mass spectrometry techniques. Third, the abundance of gut microbiota was analyzed using 16S rRNA gene sequencing. The paired t-test was used to indicate differences in clinical and omics parameters between AD and HD. The correlation analyses were performed to identify the association between glycemic parameters and omics. Further, mix-model regression was used to examine the differences in repeated measurements of plasma levels of F₂-IsoP between AD and HD. The integration of omics was performed using machine learning methods. Microarray analysis indicated that 236 genes were expressed differently before and after HD intake. Furthermore, 297 miRNAs were expressed differently between AD and HD. Further, analysis of differentially expressed genes and miRNAs revealed that T2D-associated metabolic pathways were altered after HD intake compared to before HD intake, including olfactory receptor signaling, GPCR, PI3K-AKT2, Ras signaling, and MAPK pathways. In addition, the level of F₂-IsoPs (5-F₂ₜ-IsoP and 8-F₂ₜ-IsoP) was favorably reduced. F₂-IsoPs was also positively correlated with fasting blood glucose. In addition, a lower level of F₂-IsoP was observed in females compared to males after intake of HD compared to AD. Results also showed an increase in the abundance of Firmicutes bacteria and fecal butyric acid which have a role in reducing the insulin resistance. Finally, machine learning analysis identified three interrelated potential omics determinants (miR-93-5p, 8-F₂ₜ-IsoP, and lithocholic bile acid) after HD consumption that resulted in reduced insulin resistance. Overall, this study demonstrated that consuming HD can beneficially alter the OMICs profile to improve insulin resistance in participants with hyperinsulinemia.

Les microbiotes des Poissons téléostéens du bassin de l'Amazone - regroupant plus de 3000 espèces - ont reçu peu d'attention de la communauté scientifique (contrairement aux microbiotes des poissons des milieux tempérés), même si cet écosystème est reconnu comme étant le plus riche réservoir de poissons dulcicoles de la planète. Notre étude visait à répondre à cette lacune, en caractérisant les structures taxonomiques des microbiotes (du mucus cutané et des intestins) des Poissons d'Amazonie, et en identifiant certains des facteurs biotiques et abiotiques qui modulent la composition et la diversité de ces microbiotes. Nous avons échantillonné trois espèces de poissons ayant des régimes et des mode de vie contrastés, à sept sites d'échantillonnage dans le bassin de l'Amazone brésilien (10 individus / espèce / site) durant la saison sèche. Les sept sites d'échantillonnage regroupaient 5 sites d'eau blanche (eutrophique, pH neutre) et 2 sites d'eau noire (oligotrophique, pH acide), afin d'évaluer l'impact des paramètres physicochimiques sur la structure taxonomique des communautés microbiennes. Les microbiotes cutané et intestinaux de chaque individu ont été caractérisés par profilage d'amplicons du gène de l'ARNr 16S. Nos résultats du Chapitre 2 montrent que la structure taxonomique des deux microbiotes étudiés corroborent différents traits de l'écologie des espèces étudiées, tels leur régime alimentaire, leur mode de vie, leur histoire évolutive et la connectivité des habitats qu'elles exploitent. Les résultats du Chapitre 3 indiquent que la couleur de l'eau - blanche ou noire - joue un rôle majeur dans la structuration des deux microbiotes ichthyens étudiés. Les prochaines études devraient utiliser une approche de métagénomique fonctionnelle afin de vérifier si les divergences taxonomiques documentées impliquent aussi des différences fonctionnelles. De plus, les prochaines études devraient déterminer si l'importante saisonnalité du bassin de l'Amazone a un impact significatif sur les structures taxonomiques des microbiotes que nous avons documentés. / Teleostean fishes, represented by more than 28 000 species, encompass a wide range of different physiologies, evolutionary histories and ecologies, and therefore embody a key group to study the nature and the factors driving vertebrate-associated microbiotas. In contrast to temperate fish microbiotas, Amazonian fishes' microbial assemblages have never been investigated, even if this ecosystem is widely recognized as Earth's richest freshwater fish reservoir. The main objective of our study was to fill this knowledge gap, by characterizing the taxonomic structures of Amazonian teleost-associated microbiotas (from skin mucus and gut), and by identifying precisely the biotic and abiotic factors shaping the composition and diversity of these microbiotas. We sampled three species of fish with contrasted diets and lifestyles, at seven sampling sites of the Brazilian Amazon (10 individuals/species/site) in November 2015 (dry season). The seven sampling sites included five white water sites (eutrophic, neutral pH), and 2 black water sites (oligotrophic, acidic pH), to assess the impact of water physicochemical parameters on the taxonomic structure of microbial communities. Cutaneous and gut microbiotas of each sampled fish were characterized by profiling libraries of 16S rRNA amplicons. Our results from Chapter 2 showed that the taxonomic structure of the two microbiotas investigated corroborated different ecological traits from the three species, including their diet, their lifestyle, their evolutive history and the connectivity of the habitats exploited by these species. The results from Chapter 3 show that water colour (white or black) play a major role in structuring both teleost-associated microbiotas. Future studies should use a functional metagenomic approach to assess if the reported taxonomic differences also represent significant functional divergences. Furthermore, future studies should examine the seasonal variation in the taxonomic patterns observed in our study.

Les liens entre le microbiote intestinal, la diète et les désordres métaboliques sont maintenant établis. Les polyphénols des petits fruits affectent les bactéries pathogènes dans le côlon, et stimulent les bactéries symbiotiques, particulièrement Akkermansia muciniphila chez l'homme et dans des modèles murins. Cette bactérie muciphile contribue à l'homéostasie intestinale et induit une réponse immunitaire et métabolique bénéfique chez l'hôte. Cependant, on comprend mal comment les polyphénols peuvent sélectivement l'affecter et l'analyse traditionnelle métagénomique obtenue d'études in vivo n'offre qu'une image partielle des mécanismes impliqués. Cette thèse vise à évaluer, par des approches in vivo et in vitro, comment les polyphénols modifient le microbiote intestinal, la morphologie de l'épithélium du colon, la niche écologique d'Akkermansia, et par extension affectent le métabolisme de souris soumises à une diète obésogène. Une attention particulière a été portée à l'effet de ces composés sur la croissance d'A. muciniphila et les mécanismes moléculaires qu'ils induisent chez la bactérie. Dans un premier chapitre, l'effet des poudres de fruits canneberge et de bleuets riches en polyphénols et leurs fractions fibreuses a été étudié chez des souris soumises à une diète obésogène (HFHS) pendant 8 semaines afin d'évaluer lesquels des polyphénols ou des fibres sont responsables de l'effet prébiotique observé. Cette étude a démontré que ce sont surtout les polyphénols contenus dans les poudres de canneberges et de bleuets entiers qui sont responsables de l'action prébiotique, notamment en stimulant A. muciniphila. En effet, la poudre de canneberge comme celle de bleuets inhibent particulièrement les pathogènes induits par la diète HFHS. En outre, l'analyse de redondance fonctionnelle a révélé que la consommation de poudre de canneberge riche en polyphénols permettait au microbiote de souris obèses de retrouver les fonctions de celui de souris maigres. Ces souris présentaient un poids et une efficacité énergétique inférieurs à celui des souris non traitées. De plus, d'autres bactéries symbiotiques étaient favorisées par les poudres de fruits entiers : Muribaculaceae, Dubosiella newyorkensis et Eggerthellaceae. Fait intéressant, les fibres de canneberge inhibaient également les pathogènes, favorisaient des bactéries dégradant les polyphénols et réduisaient les triglycérides hépatiques chez les souris obèses. Ces résultats mettent en évidence le potentiel des polyphénols, même lorsqu'ils sont associés aux fibres, à atténuer les désordres métaboliques. Le deuxième chapitre s'intéresse à identifier les catégories de polyphénols impliquées dans l'accroissement du nombre de bactéries symbiotiques et particulièrement d'A. muciniphila. Les souris soumises à une diète obésogène ont été traitées avec un extrait de bleuet ou trois de leurs fractions polyphénoliques : F1, riches en anthocyanes et en acides phénoliques; F2, riche en oligomères de proanthocyanidines (PACs) ainsi qu'en flavonols; et F3 riches en polymères de PACs. Ces sous-fractions ont été administrées aux souris dans les mêmes concentrations que celles retrouvées dans l'extrait entier. Globalement, les fractions polyphénoliques ont restauré l'épaisseur de la couche de mucus, mais particulièrement les fractions riches en PACs ont significativement stimulé A. muciniphila, tout en améliorant la proportion de cellules caliciformes et le métabolisme du glucose chez les souris obèses. Enfin le dernier chapitre s'intéresse aux mécanismes par lesquels les polyphénols favorisent la croissance de A. muciniphila dans l'intestin. Des cultures d'A. muciniphila ont donc été effectuées dans des milieux enrichis en polyphénols afin d'évaluer les gènes impliqués dans le métabolisme cellulaire et dans la résistance aux antimicrobiens; les pompes à efflux non spécifiques, les polysaccharides capsulaires (CPS), les exopolysaccharides (EPS), les transporteurs de type ABC-2 et de resistance-nodulation-cell division (RND) ont joué un rôle crucial dans la résistance et l'adaptation de la bactérie aux polyphénols. La croissance d'A. muciniphila n'a pas été inhibée par l'extrait de canneberge entier ni par ses fractions polyphénoliques, mais elle a été stimulée par l'urolithine-A. Cette expérience in vitro a démontré que les polymères de PACs favorisent davantage les mécanismes d'adaptation antimicrobienne impliqués dans la protection des parois cellulaires et la régulation énergétique chez Akkermansia. Parallèlement à l'urolithine-A, les polymères de PACs ont induit la production du CPS et du EPS chez A. muciniphila. Ces CPS/EPS pourraient contribuer aux rôles immunomodulateur et anti-obésité d'A. muciniphila et par conséquent constituer des postbiotiques prometteurs. Cette thèse démontre la sélectivité des polyphénols, principalement des PACs, dans l'inhibition des pathogènes associés à l'obésité et dévoile les mécanismes moléculaires qui sous-tendent leurs effets prébiotiques sur A. muciniphila. / The link between gut microbiota, diet and metabolic diseases is now established. Polyphenols from berries and other dietary sources have been shown to inhibit opportunistic pathogens and stimulate symbiotic bacteria, particularly Akkermansia muciniphila in humans and animals. A. muciniphila is a mucus-living bacterium shown to contribute to the intestinal homeostasis and to drive beneficial immune and metabolic response in the host. However, it is not yet known how polyphenols can selectively affect A. muciniphila from in vivo studies, since regular metagenomic analysis of the gut microbiota only provide a partial picture of the mechanisms involved. This thesis aims to determine, through in vivo and in vitro approaches, the prebiotic effect of polyphenols and how they affect the physiology and intestinal morphology and the ecological niche of Akkermansia in obesogenic diet-fed mice. Particularly, it focusses on the molecular capacity of A. muciniphila to induce defence mechanisms and adapt to distinct polyphenolic fractions. In the first chapter, in order to assess which constituent of berries was responsible for the prebiotic action, we compared the effect of the dietary supplementation with polyphenol-rich cranberry and blueberry fruit powders to their respective fibrous fractions (cell wall polysaccharides) of high-fat high-sucrose (HFHS) fed mice for 8-weeks. We demonstrated that the polyphenols from cranberry and blueberry fruit powders are mainly responsible for the selective prebiotic effects on A. muciniphila rather than their fibre-rich fractions. Both cranberry and blueberry whole fruit powders inhibited HFHS-induced pathobionts associated with obesity. A functional redundancy analysis revealed that the gut microbiota functions of obese mice were remarkably changed by polyphenol-rich whole cranberry powder, restoring it back to that observed in lean mice; that is, they presented lower body weight and energy efficiency as compared to untreated mice. Furthermore, other symbiotic bacteria were influenced by polyphenol-rich berry powders, notably Muribaculaceae, Dubosiella newyorkensis, and the polyphenol-degrading Eggerthellaceae; these mice presented a lower body weight and energy efficiency as compared to untreated mice. Surprisingly, cranberry fibrous fraction also inhibited pathobionts and promoted polyphenol-degrading families and reduced the hepatic triglycerides level in HFHS-fed mice. Altogether, these findings highlight the role of polyphenols associated with fibres, in attenuating obesity. The second chapter aimed to identity which polyphenolic category was mostly responsible for the prebiotic effect and the abundance of A. muciniphila. HFHS-fed mice were treated with a whole blueberry extract and with the three constitutive polyphenolic fractions: F1, rich in anthocyanins and phenolic acids, F2, rich in oligomeric proanthocyanidins (PACs) and flavonols, and F3 rich polymeric PACs. These sub-fractions were administered to mice at the same concentration as encountered in the whole extract. All in all, the polyphenolic fractions restored the mucus thickness, but the PAC-rich fractions besides stimulating A. muciniphila, increased the proportion of goblet cells and improved the glucose homeostasis in obese mice. Finally, the third chapter looks at the mechanisms by which polyphenols promote the growth of A. muciniphila. Growing assays of A. muciniphila were carried out in polyphenols enriched media in order to assess the expression of genes involved in cell metabolism and antimicrobial resistance. Genes coding for multidrug efflux pumps, capsular polysaccharide (CPS) family, exopolysaccharides (EPS), and ABC-2 type and resistance-nodulation-cell division (RND) transporters were shown to play a crucial role in allowing the bacteria to withstand the different cranberry polyphenolic fractions and adapt to the stress they caused. A. muciniphila growth was not inhibited by the whole cranberry extract neither by its polyphenolic fractions, but enhanced by the phenolic metabolite urolithin-A. Moreover, we showed that the polymeric PACs were triggering most intensively the antimicrobial adaptation mechanisms involved in cell-wall protection and energy management in A. muciniphila. Both of these fractions up-regulated CPS and EPS in A. muciniphila. CPS/EPS secretion in presence of polyphenols might represent promising post-biotic products, possibly involved in the immune modulatory and anti-obesity potential by A. muciniphila. Altogether, this thesis demonstrates for one of the first times that berry polyphenols and their PAC-rich fractions are responsible for the prebiotic-like effect on A. muciniphila, and the inhibition of specific pathobionts associated with obesity and unveils the molecular mechanisms underpinning the resilience of this bacterium to phenolics.

Dans cette étude, les effets toxiques de la nicotine, seule et en combinaison avec le lipopolysaccharide de bactéries parodontopathogènes, sur les cellules épithéliales et les fibroblastes d'origine buccale ont été déterminés. La capacité de polyphenols à neutraliser les effets cytotoxiques et inflammatoires de la nicotine a également été évaluée. Les cellules mucosales buccales ont été traitées avec la nicotine (± lipopolysaccharide), en présence et en absence de polyphenols. La viabilité cellulaire a été évaluée à l'aide d'un test colorimétrique mesurant la respiration cellulaire alors que la sécrétion de cytokines a été déterminée par un test immuno-enzymatique. Il a été démontré que la nicotine cause une perte de viabilité cellulaire de manière dose-dépendante. Une combinaison de nicotine et de lipopolysaccharide a entraîné des effets cytotoxiques additifs. Certaines anthocyanines pures ou présentes dans un extrait de cassis de même que l'épigallocatéchine-3-gallate ont permis de neutraliser les effets cytotoxiques et inflammatoires induits par la nicotine. Les résultats de cette étude supportent le potentiel thérapeutique des polyphenols pour la maladie parodontale.

Les pollinisateurs sont importants pour la biodiversité, en plus de fournir des services écosystémiques essentiels à plusieurs cultures agricoles et autres espèces végétales à l'échelle mondiale. Les pollinisateurs sauvages et domestiques (dont Apis mellifera) ont subi d'importantes pertes récentes en raison de l'utilisation de pesticides. Il est urgent de trouver des alternatives aux effets néfastes de la clothianidine (une molécule de la famille des Néonicotinoïdes) sur la santé des abeilles, car elle persiste dans l'environnement et agit sur la santé des abeilles et leur microbiote intestinal. L'objectif principal de cette thèse était double : (1) de mettre en évidence un outil de biosurveillance des colonies d'abeilles basé sur des biomarqueurs microbiens qui sont sensibles à des concentrations sous-létales de la clothianidine, un composé de la famille des néonicotinoïdes et (2) de mettre en place une formulation d'un supplément probiotique composé de symbiotes clés endogènes de l'Abeille qui aiderait à la restauration des propriétés métaboliques et protectrices de la flore intestinale de l'Abeille en réponse à une exposition à la clothianidine. Les connaissances acquises dans le cadre de cette recherche sur l'influence d'un gradient de concentrations de clothianidine sur (1) les interactions d'activité entre les membres cœur et non cœur du microbiote intestinal d'Apis mellifera, (2) y compris les souches opportunistes potentielles, (3) ainsi qu'un lien possible entre le pesticide clothianidine et une perturbation de l'axe microbiote-immunité sont sans précédent. Nos résultats montrent que le degré de dysbiose du microbiote intestinal dépend à la fois (1) de l'intensité de l'exposition de l'Abeille domestique aux xénobiotiques ainsi que (2) de la section de son intestin. Nous avons également mis en évidence l'importance des réseaux d'interaction d'activité au sein du microbiote pour mesurer l'impact de l'exposition aux pesticides sur la dynamique d'une communauté bactérienne de microbiome. Grâce aux réseaux d'interactions et à leur caractérisation (paramètres topologiques), cette thèse a mis en évidence le rôle crucial des taxas de faible activité fonctionnelle en leur suggérant un statut d'espèces clés de voute du microbiote intestinal de l'Abeille, et ce dans des sections intestinales bien spécifiques. Nos résultats exposent également un point de vue unique de l'implication des micro-organismes endogènes de l'Abeille mellifère dans (1) la réduction de l'impact nocif de la clothianidine sur la santé des colonies et (2) dans la restauration d'un microbiote intestinal stable. L'utilisation de microorganismes probiotiques dans la supplémentation alimentaire de l'Abeille domestique est une stratégie viable de gestion des ruches pour réduire l'impact négatif des xénobiotiques sous-létaux sur les colonies. / Pollinators are one of the most important components of global biodiversity that provide essential ecosystem services to cultivated crops and wild plant species worldwide. Wild and domesticated pollinators (including Apis mellifera) have experienced important recent losses. Globally, pesticides are increasing the mortality rate among honeybees (Apis mellifera). Is is now well-established that immune responses and insect behaviour are both influenced by the gut flora. There is a pressing need to find ways to alleviate the impact of pesticides, such as to clothianidin (Neonicotinoid molecule), that have detrimental effects on honeybee health and persists in the environment. The primary objective of this thesis was to highlight (1) a biomonitoring tool for bee colonies based on microbial biomarkers that are sensitive to sub-lethal levels of neonicotinoid family compounds and (2) a formulation of a probiotic supplement composed of key bee symbionts that would aid in the restoration of the bee's intestinal flora's metabolic and protective properties following neonicotinoid exposure. This novel research provided unprecedented information gained on the influence of clothianidin gradients on (1) the activity interactions between core and non-core members of the intestinal microbiota of Apis mellifera, (2) including potential opportunistic strains, and (3) the possible link between clothianidin pesticide and disturbance of the microbiota–immunity axis. Our findings imply how the degree of dysbiosis in the gut microbiota is dependent on both the intensity of xenobiotic exposure and the honeybee gut microbial section. Also, we highlighted the importance of activity interaction networks that appear to be a useful method for measuring the impact of pesticide exposure on a microbiome bacterial community dynamic. Interaction networks and their characterization (topological parameters) highlighted the crucial role of taxa of low functional activity by suggesting their status as keystone species of the honeybee intestinal microbiota, and this in specific intestinal sections. Our findings give a unique viewpoint on the involvement of honeybee endogenous microorganisms in (1) reducing the harmful impact of clothianidin on the health of honeybee colonies and (2) in restoring a stable honeybee gut microbiota. Using probiotic microorganisms in honeybee diets is a viable hive management strategy for reducing the negative impact of sublethal clothianidin concentrations and surely other environmental xenobiotics on honeybee colonies.

Les travailleurs des centres de traitement des eaux usées sont souvent atteints de maladies reliées à l’exposition virale telles que le rhume, la grippe et les infections gastro-intestinales. Dans la littérature, plusieurs études ont caractérisé les bactéries présentes dans les eaux usées ainsi que les bactéries dans les aérosols de ces centres de traitement. Les virus dans les eaux usées ont aussi été dans la mire de certaines études. Cependant, malgré le fait que les maladies affectant les travailleurs soient majoritairement de cause virale et que certains virus pathogènes aient été démontrés pour être capables de se transmettre par l’air, seule une minime quantité d’études a décrit jusqu’à présent les aérosols viraux de ces environnements. Qu’en est-il des virus aérosolisés qui peuvent provoquer ces maladies chez les travailleurs? Auxquels virus potentiellement pathogènes les travailleurs sont-ils exposés chaque jour dans ces environnements de travail? Cette étude avait pour but d’échantillonner l’air de quatre centres de traitement des eaux usées à l’aide de différents échantillonneurs pour décrire la communauté virale dans les aérosols et, ultimement, d’identifier les virus aérosolisés qui peuvent mettre en danger la santé des travailleurs. Onze virus ont été sélectionnés en fonction de leur présence dans les eaux usées et quantifiés de manière spécifique par une technique de biologie moléculaire appelée qPCR. De plus, une étude métagénomique a été effectuée sur des échantillons d’air de très grands volumes dans l’une des usines à l’étude afin de caractériser les communautés virales totales présentes dans l’air des centres de traitement. Les échantillons d’air ont été pris à deux reprises dans chaque centre, une fois durant la saison d’été et une fois durant la saison d’hiver afin de déterminer l’effet de la température de l’eau sur le type de virus aérosolisés. / Wastewater treatment center (WTCs) workers may be vulnerable to diseases caused by viruses, such as the common cold, influenza and gastro-intestinal infections. Although there is a substantial body of literature characterizing the microbial community found in wastewater, only a few studies have characterized the viral component of WTC aerosols, despite the fact that most diseases affecting WTC workers are of viral origin and that some of these viruses are transmitted through the air. In this study, we evaluated in four WTCs the presence of 11 viral pathogens of particular concern in this milieu and used a metagenomic approach to characterize the total viral community in the air of one of those WTCs. The presence of viruses in aerosols in different locations of individual WTCs was evaluated and the results obtained with four commonly used air samplers were compared. We detected four of the eleven viruses tested, including human adenovirus (hAdV), rotavirus, hepatitis A virus (HAV) and Herpes Simplex virus type 1 (HSV1). The results of the metagenomic assay uncovered very few viral RNA sequences in WTC aerosols, however sequences from human DNA viruses were in much greater relative abundance.