Introduction: La sclérose en plaques (SEP) est une maladie inflammatoire et démyélinisante du système nerveux central (SNC). Les lymphocytes T pro-inflammatoires CD4 TH1/TH17 sont considérés pathogéniques en SEP et dans son modèle animal, l'encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE). La restriction alimentaire en méthionine (MR) est associée à un effet anti-inflammatoire en périphérie. Cependant, l’impact de la disponibilité de la méthionine sur la fonction des lymphocytes T et sur la neuroinflammation centrale médiée par les lymphocytes T dans la SEP et l'EAE n’est pas connu. Il a été récemment découvert que le métabolisme de la méthionine est induit dans les lymphocytes T murins activés in vitro et que la restriction en méthionine affecte les fonctions effectrices et la prolifération des lymphocytes TH17. Nous formulons donc l’hypothèse que la manipulation du métabolisme des lymphocytes T via la restriction diététique en méthionine représente une nouvelle voie thérapeutique pour contrôler les maladies neuroinflammatoires telles que la SEP. Méthode: Des femelles C57BL/6 sont exposées à une diète contrôle ou réduite en méthionine puis immunisées au MOG35-55 pour induire une EAE active. Un suivi clinique et des expériences de cytométrie en flux permettent de caractériser le profil et l’activation immunitaire. Le prélèvement d'échantillons fécaux et le séquençage de l'ARNr 16S permettent d’évaluer l'influence de la diète sur la composition du microbiome intestinal. Résultats: La MR est associée à un délai significatif de l'apparition des déficits neurologiques chez les femelles C57BL/6 immunisées au MOG. Ceci est associé à une réduction du nombre de cellules immunitaires et de lymphocytes T pro-inflammatoires dans la rate au 7e jour post-induction (présymptomatique) et dans le SNC aux jours 10-13 (début) et 15-16 (pic). Nos résultats préliminaires suggèrent que le microbiome intestinal des souris sous la MR est différent de celui des souris sous la MC et est enrichi de bactéries ayant des effets bénéfiques en inflammation. Conclusion: Nos résultats suggèrent un impact bénéfique de la MR sur l'évolution clinique et les processus neuroinflammatoires dans un modèle animal de SEP. / Introduction: Multiple Sclerosis (MS) is an inflammatory and demyelinating disease of the central nervous system (CNS). Pro-inflammatory CD4 TH1/TH17 are considered pathogenic in MS and its animal model, experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). Dietary methionine restriction (MR) is associated with an anti-inflammatory impact in the periphery. However, little is known about how methionine availability can affect the function of T lymphocytes and impact T-lymphocytes mediated central neuroinflammation in MS and EAE. It was recently discovered that methionine pathway is upregulated in activated murine T lymphocytes in vitro and that methionine restriction affects the effector functions and proliferation of TH17 lymphocytes. We therefore hypothesize that the manipulation of T lymphocyte metabolism via the restriction of dietary methionine intake represents a new therapeutic avenue for controlling neuroinflammatory diseases such as MS. Method: Active MOG35-55-EAE is induced in C57BL/6 female mice exposed to low methionine vs. control diet. Clinical evaluation and flow cytometry studies are used to characterize immune cells phenotype and activation. Fecal samples are collected and 16S rRNA sequencing is used to assess the influence of the diet on the composition of the intestinal microbiome. Results: Dietary MR is associated with a significantly delayed onset of neurological deficits in active EAE (female mice). This is paralleled by a lower number of immune cells and pro-inflammatory T lymphocytes in the spleens at day 7 post-induction (presymptomatic) and in the CNS at day 10-13 (onset) and 15-16 (peak). Our preliminary results suggest that the intestinal microbiome of mice under dietary MR is different from that of mice under control diet and is enriched for bacteria with beneficial effects on inflammation. Conclusion: Our results suggest a beneficial impact of MR on clinical course and neuroinflammation in an animal model of MS.

Le microbiome de la rhizosphère fait généralement référence aux communautés bactériennes, archées et fongiques ainsi qu'à leur matériel génétique entourant étroitement les systèmes racinaires des plantes. Le métagénome de ce microbiome a été appelé le deuxième génome de la plante puisqu’elle est capable de profiter de plusieurs fonctions dont elle manque. La communauté microbienne de la rhizosphère inclue entre autres des microorganismes ayant développé des interactions intimes et spécifiques de longue durée avec les racines des plantes. Il s'agit d'une communauté dynamique de microorganismes, à partir de laquelle une partie d’espèces a développé des interactions intimes et spécifiques de longue durée avec les racines des plantes. Les progrès récents dans l’étude des interactions plantes-microbes ont démontré leur impact considérable sur la croissance, la nutrition et la santé des plantes. Le microbiote de la rhizosphère est complexe avec une structure spatio-temporelle dynamique qui s'adapte rapidement en fonction des stress biotiques et abiotiques. Considérant l’importance du microbiome de la rhizosphère pour la santé des plantes, des informations précises sur leurs microbes associés sont d'une importance capitale pour déchiffrer les mécanismes d'adaptation des plantes aux stress médiés par le microbiome et comprendre comment les plantes recrutent des taxons microbiens clés pour mieux faire face aux conditions stressantes. Pour ce faire, nous avons mené trois études afin de faire la lumière sur les facteurs qui jouent un rôle dans le recrutement et la structure du microbiome de la rhizosphère de plantes dans les milieux stressés. Dans un premier lieu, nous avons testé si des inoculations répétées avec des protéobactéries influençaient la productivité des plantes et les communautés microbiennes associées à la rhizosphère de quatre espèces végétales poussant dans des sédiments contaminés par des hydrocarbures pétroliers. Une expérience de mésocosme a été réalisée en conception de blocs randomisés avec deux facteurs : 1) la présence ou l'absence de quatre espèces végétales collectées dans un bassin de sédimentation d'une ancienne usine pétrochimique, et 2) l'inoculation ou non avec un consortium bactérien composé de dix isolats de Protéobactéries. Les plantes ont été cultivées en serre pendant quatre mois. Le séquençage d'amplicon MiSeq, ciblant le gène de l'ARNr 16S bactérien l’ITS fongique, a été utilisé pour évaluer les structures de la communauté microbienne des sédiments provenant de mesocosmes plantés ou non plantés. Nos résultats ont montré qu’alors que l'inoculation provoquait un changement significatif dans les communautés microbiennes, la présence de la plante et de son identité spécifique avait une influence plus forte sur la structure du microbiome dans les sédiments contaminés par les hydrocarbures pétroliers. Ensuite, en utilisant le même dispositif expérimental, nous avons utilisé le séquençage d'amplicon MiSeq ciblant le gène de l'ARNr 18S pour évaluer les structures communautaires AMF dans les racines et la rhizosphère de plantes poussant dans des substrats contaminés et non contaminés. Nous avons également étudié la contribution de l'identité spécifique des plantes et du biotope (racines des plantes et sol rhizosphérique) dans la formation des assemblages AMF associés. Nos résultats ont montré que si l'inoculation provoquait un changement significatif dans les communautés AMF, la contamination du substrat avait une influence beaucoup plus forte sur leur structure, suivie par le biotope et l'identité végétale dans une moindre mesure. De plus, l'inoculation augmentait considérablement la production de biomasse végétale et était associée à une diminution de la dissipation des hydrocarbures pétroliers dans le sol contaminé. Le résultat de cette étude fournit des connaissances sur les facteurs influençant la diversité et la structure communautaire de l'AMF associée aux plantes en milieux stressés à la suite d’inoculations répétées d'un consortium bactérien. Finalement, nous avons testé l’effet d’une inoculation d’arbres avec des champignons mycorhiziens spécifiques sur leur survie et croissance, ainsi que l’extraction de métaux traces. Pour ce faire, une expérience sur le terrain a été menée dans laquelle nous avons cultivé le clone de Salix miyabeana "SX67" sur le site d'une décharge industrielle déclassée, et inoculé les arbustes avec le champignon arbusculaire mycorhizien Rhizophagus irregularis, le champignon ectomycorhizien Sphaerosporella brunnea, ou un mélange des deux. Après deux saisons de croissance, les saules inoculés avec le champignon S. brunnea ont produit une biomasse significativement plus élevée. Le Ba, le Cd et le Zn se sont avérés être accumulés dans les parties aériennes des plantes, où le Cd présentait les valeurs de facteur de bioconcentration les plus élevées dans tous les traitements. De plus, les parcelles où les saules ont reçu l'inoculation de S. brunnea ont montré une diminution significative des concentrations de Cu, Pb et Sn dans le sol. L'inoculation avec R. irregularis ainsi que la double inoculation n'ont pas influencé de manière significative la production de biomasse et les niveaux d’éléments traces du sol. Le résultat de cette étude apporte des connaissances sur la diversité et l’écophysiologie des microbes de la rhizosphère associés aux plantes de croissance spontanée à la suite d’inoculations répétées. De plus ils montrent le potentiel de l’utilisation de champignons mycorhiziens afin d’améliorer la santé et croissance des plantes dans des milieux pollués et toxiques. Ils soulignent aussi l'importance de la sélection des plantes afin de faciliter leur gestion efficace et accélérer les processus de remise en état des terres. / The rhizosphere microbiome generally refers to the bacterial, archaea, and fungal communities and their genetic material that closely surrounds the root systems of plants. The metagenome of this microbiome has been called the second genome of the plant because it is able to take advantage of several functions that it lacks. It is a vibrant community of microorganisms, from which part of the species has developed long-lasting, specific and intimate interactions with plant roots. Recent advances in the study of plant-microbe interactions have demonstrated their considerable impact on plant growth, nutrition and health. The rhizosphere microbiota is complex with a dynamic spatio-temporal structure which adapts rapidly to biotic and abiotic stresses. Considering the importance of the rhizosphere microbiome to plant health, accurate information about their associated microbes is of utmost importance in deciphering the mechanisms of plant adaptation to microbiome-mediated stress, and understanding how plants recruit key microbial taxa to better cope with stressful conditions. To do this, we conducted three studies to shed light on the factors that play a role in the recruitment and structure of the microbiome of the rhizosphere of plants in stressed environments. First, we tested whether repeated inoculations with Proteobacteria influenced the productivity of plants and the microbial communities associated with the rhizosphere of four plant species growing in sediments contaminated with petroleum hydrocarbons. A mesocosm experiment was carried out in design of randomized blocks with two factors: 1) the presence or absence of four plant species collected in a sedimentation basin of a former petrochemical plant, and 2) inoculation or not with a bacterial consortium made up of ten isolates of Proteobacteria. The plants were grown in the greenhouse for four months. MiSeq amplicon sequencing, targeting the bacterial 16S rRNA gene and the fungal ITS, was used to assess the microbial community structures of sediments from planted and unplanted microcosms. Our results showed that while inoculation caused a significant change in microbial communities, the presence of the plant and its specific identity had a stronger influence on the structure of the microbiome in sediments contaminated with petroleum hydrocarbons. Next, using the same experimental setup, we used MiSeq amplicon sequencing targeting the 18S rRNA gene to assess AMF community structures in the roots and rhizosphere of plants growing in contaminated and uncontaminated substrates. We also studied the contribution of the specific identity of plants and the biotope (plant roots and rhizospheric soil) in the formation of associated AMF assemblages. Our results showed that while inoculation caused a significant change in AMF communities, substrate contamination had a much stronger influence on their structure, followed by biotope and plant identity to a lesser extent. In addition, inoculation dramatically increased plant biomass production and was associated with decreased dissipation of petroleum hydrocarbons in contaminated soil. The result of this study provides knowledge on the factors influencing the diversity and community structure of AMF associated with plants in stressed environments following repeated inoculations of a bacterial consortium. Finally, we tested the effect of inoculating trees with specific mycorrhizal fungi on their survival and growth, as well as the extraction of trace metals. To do this, a field experiment was carried out in which we cultivated the Salix miyabeana "SX67" clone on the site of a decommissioned industrial landfill and inoculated the shrubs with the arbuscular mycorrhizal fungus Rhizophagus irregularis, the ectomycorrhizal fungus Sphaerosporella brunnea, or a mixture of both. After two growing seasons, willows inoculated with the fungus S. brunnea produced a significantly higher biomass. Ba, Cd and Zn were found to accumulate in the aerial parts of plants, where Cd had the highest bioconcentration factor values in all treatments. In addition, the plots where the willows were inoculated with S. brunnea showed a significant decrease in the concentrations of Cu, Pb and Sn in the soil. The inoculation with R. irregularis as well as the double inoculation did not significantly influence the biomass production and the soil trace elements levels The result of this study provides insight into the diversity and ecophysiology of rhizosphere microbes associated with spontaneously growing plants following repeated inoculations. In addition, they show the potential of using mycorrhizal fungi to improve plant health and growth in polluted and toxic environments. They also stress the importance of plant selection to facilitate their efficient management, in order to speed up land reclamation processes.

Une entité scientifique, tout en ayant son propre devenir dans le domaine scientifique, s’étend aussi souvent à d’autres domaines d’activité. Parallèlement à la diffusion des découvertes scientifiques, elle peut susciter un intérêt artistique ou conceptuel. Les études sur le microbiome humain ont nourri un tel intérêt pour les microbes et ont encouragé de nombreux artistes à entrer dans un laboratoire de biologie et à produire des oeuvres artistiques avec et à travers les microbes. Ces oeuvres d’art établissent une relation étroite avec les découvertes scientifiques récentes, les procédures et les protocoles, et posent des questions philosophiques sur la vie et la mort, la nature, l’humanité, et les relations entre les êtres vivants. Cette thèse vise à examiner les processus sociaux, techniques, politiques et économiques qui traversent les sciences des microbes et à déterminer comment ils aboutissent dans les oeuvres d’Elaine Whittaker, Tarsh Bates, François-Joseph Lapointe, Günes-Helen Isitan, le collectif Interspecifics, Victoria Shennan, Saša Spačal, Sonja Bäumel, Raphael Kim et Kathy High. Lorsque nous trouvons un microbe dans un contexte particulier, que trouvons-nous d’autre avec lui ? Dans quelles conditions apparaît-il dans une oeuvre d’art et avec quels éléments l’oeuvre compose-t-elle pour produire des effets esthétiques ? Dans cette thèse, l’histoire des microbes considérée du point de vue des formes d’art les mobilisant (ou « microbe-oeuvres d’art » pour microbe-artworks) commence en fait avec des animalcules qui n’étaient pas encore des entités scientifiques à part entière, mais qui présentaient virtuellement les forces qui seraient réunies plus tard sous le terme scientifique de « microbe ». Dans un premier temps, les animalcules, nommés après des observations d’Antonie von Leeuwenhoek, ont suscité l’intérêt de philosophes comme Leibniz et Spinoza et intensifié la curiosité de peintres comme Johannes Vermeer pour les éléments microscopiques de la vision, initiant ainsi des voyages entre les champs scientifiques et artistiques. Cette étude propose de problématiser ces voyages à l’aide du concept d’« échologie », un terme oublié d’une thèse écrite dans les années 1970 par Jean Milet sur la sociologie de Gabriel Tarde. Mais les théories d’autres philosophes tels que Georges Canguilhem, Michel Foucault, Gilles Deleuze, Félix Guattari, Marie-José Mondzain, et Gilbert Simondon, et des penseurs contemporains tels que Thierry Bardini et Brian Massumi sont également mobilisées pour donner à ce terme toute sa cohérence. Selon l’échologie, les entités sont constituées des motifs (patterns) d’interférence et de résonance avec d’autres choses, qui précèdent leur représentation. Ainsi, une 5 entité donnée est un complexe de forces, et son apparition, le résultat de certaines techniques qui la mettent en relation avec d’autres complexes ne peut s’expliquer comme un effet associé à une seule cause, mais se donne comme un effet supplémentaire, un extra-effet ou un surplus qui laisse toujours une trace ou un résidu. D’un point de vue échologique, une microbe-oeuvre d’art s’opère comme une interface qui intègre des potentiels qui se rendent visibles à travers les traces en vertu de multiples processus recoupant les activités scientifiques et les stratégies artistiques. Chaque chapitre de la thèse est ainsi une étape dans un voyage conceptuel expérimental, révélant les dimensions des oeuvres d’art considérées au regard de l’analyse de ces traces. Au cours de ce voyage, les éléments des théories scientifiques concernées, des entretiens avec des artistes, des sorties sur des sites de pratique des arts biologiques, lors d’ateliers, de conférence et d’écoles d’été sont mobilisés comme facteurs contribuant à la construction des champs problématiques dans chaque chapitre. Les microbes considérés comme des objets de beauté apparaissent comme le résultat d’une transformation discursive des sciences biologiques. D’une conception pathogène des microbes aux approches écologiques, l’iconicité des microbes associés aux microbe-images, l’échologie des microbe-sons, le devenir-milieu de certaines microbe-oeuvres d’art, et enfin la question de l’individuation de la pensée, et l’éthique corrélée compris comme le problème de la valorisation des microbes dans des microbe-oeuvres d’art, le devenir-microbe découle de cette transformation discursive à travers le champ artistique. / A scientific entity, while having its own becoming in the scientific field, often also spreads to other fields of activity, such as art and philosophy. Microbiome studies fed such an interest towards microbes and encouraged many artists to enter a biology laboratory and produce a work of art with and through microbes. These artworks establish a close relationship with recent scientific findings, procedures and protocols, and ask philosophical questions about life and death, nature, humanness, and the relationships between living beings. This thesis aims to examine the social, technical, political, and economic processes that go through the microbe sciences and determine how they come together in the artworks of Elaine Whittaker, Tarsh Bates, François-Joseph Lapointe, Günes-Helen Isitan, the collective Interspecifics, Victoria Shennan, Saša Spačal, Sonja Bäumel, Raphael Kim, and Kathy High. When we find a microbe in a particular context, what else do we find with it? Under which conditions does it appear in an artwork and which elements does the artwork compose with to produce aesthetic effects? In this thesis, the story of microbes is recounted from the perspective of microbe-artworks and starts with animalcules, the not yet full-fledged scientific entity which virtually present the forces that would be brought together under the scientific term “microbe”. At first, animalcules––named after Antonie van Leeuwenhoek’s observations, attracted the interest of philosophers such as Leibniz and Spinoza and intensified the curiosity of painters such as Johannes Vermeer towards the microscopic elements of seeing, hereby initiating journeys between scientific and artistic fields. This study proposes to problematize these journeys as an “echology”. Echology is a forgotten term first introduced in the ‘70s by Jean Milet in his thesis about the sociology of Gabriel Tarde. Here, the theories of other philosophers such as Georges Canguilhem, Michel Foucault, Gilles Deleuze, Félix Guattari, Marie-José Mondzain, Gilbert Simondon, and contemporary thinkers such as Thierry Bardini and Brian Massumi are mobilized in order to give this term its full consistency. According to echology, entities consist of patterns of interference and resonance with other things, which arise before their representation. Thus, a given entity is a complex of forces and its apparition the result of certain techniques which put it into relation with other complexes cannot be explained as an effect associated with a single cause but gives itself as an extra-effect or surplus that always leaves a remainder. From an echological perspective, a microbe- 7 artwork operates as an interface that incorporates potentials that make themselves visible through the remainders by virtue of multiple processes cutting across scientific activities and artistic strategies. Each chapter of the thesis is thus a way station in a conceptual journey of experimentation, revealing the dimensions of the artworks under consideration with respect to the analysis of these remainders. During this journey, elements of scientific theories, interviews with artists, field trips to sites of practice of the biological arts, related workshops and summer schools are mobilized as contributory factors of the construction of the problematic fields in each chapter. Microbes considered as objects of beauty hence appear as the result of discursive transformation of biological sciences. From earlier pathogenic conceptions of microbes to contemporary ecological approaches, the iconicity of microbes associated with microbe-images, echology of microbe-sounds, becoming-milieu of certain microbe-artworks, and finally, the question of individuation of thought and the correlated ethics understood as the problem of valuation of microbe-artworks, the becoming-microbe stems from this discursive transformation through the art field.

L'intensification de l'activité agricole depuis la deuxième moitié du 20e siècle, notamment l'utilisation de produits agrochimiques dans les bassins versants, a affecté la qualité des ressources d’eau douce. Des traces de produits agrochimiques, tels que les pesticides et les engrais, sont transportées par ruissellement de surface ou lixiviation, provoquant des effets directs ou indirects sur les organismes aquatiques. Se trouvant à la base des réseaux trophiques aquatiques, les micro-organismes sont des habitants indispensables dans les écosystèmes d’eau douce, où ils jouent également un rôle important pour les services écosystémiques en tant que propulseurs des cycles biogéochimiques. En faisant partie de l'écosystème, les communautés bactériennes sont susceptibles aux perturbations anthropiques croissantes qui se déroulent dans leurs milieux. Le but principal de cette thèse est d'étudier l'effet de perturbations agricoles simulées sur les bactéries d'eau douce par une approche expérimentale avec des réservoirs extérieurs (mésocosmes) et en utilisant le séquençage d’ADN à haut débit. Des mésocosmes ont été remplis de 1 000 litres d'eau provenant d'un lac bien préservé et, ensuite, ont été traités avec des pesticides largement utilisés au monde en combinaison avec des engrais. Les trois études présentées dans cette thèse explorent les réponses du bactérioplancton dans cette même expérience sous différents angles : la première (chapitre II) s'est concentrée sur les réponses écologiques des communautés bactériennes à de différentes combinaisons de produits agrochimiques; la deuxième (chapitre III) a examiné si les gènes de résistance aux antibiotiques pourraient changer le succès d'espèces soumises à une grave contamination par un herbicide et, finalement, la troisième (chapitre IV) a suivi les altérations évolutives parmi les espèces ayant des réponses écologiques similaires par rapport au traitement avec l’herbicide. En mettant l'accent sur la réaction des communautés exposées à un mélange de produits agrochimiques, le chapitre II complémente des études écotoxicologiques, qui se concentrent traditionnellement sur les réponses d'une seule espèce à des produits chimiques isolés. Les mésocosmes ont été exposés à de différentes concentrations d'un herbicide à base de glyphosate et d'un insecticide néonicotinoïde, séparés ou en combinaison, en plus d'apports faibles ou élevés en nutriments. Le séquençage des amplicons du gène de l'ARNr 16S et la prédiction des variantes de séquences ont étés faits pour étudier la diversité taxonomique, ainsi que le profilage de l'utilisation microbienne des sources de carbone pour décrire les changements de diversité fonctionnelle à travers le temps. Les résultats ont révélé que la stabilité des communautés microbiennes varie en fonction du type et de l'intensité de la perturbation. Bien que les communautés bactériennes n’aient pas réagi à l’introduction de l’insecticide ou d’engrais, elles sont modifiées de manière intensive sous des concentrations élevées de l'herbicide à base de glyphosate. Des aspects distincts de la diversité des communautés ont réagi différemment aux perturbations : alors que la composition fonctionnelle est restée stable face aux perturbations, la composition taxonomique au niveau taxonomique le plus fin a été sensible au glyphosate et résiliente aux échelles taxonomiques plus larges (c'est-à-dire, du genre au phylum). Ces résultats soulignent la complexité des réponses écologiques et fournissent des évidences de la redondance fonctionnelle concernant l'utilisation des sources de carbone dans les communautés microbiennes. Le chapitre III a testé l'hypothèse selon laquelle les gènes de résistance aux antibiotiques, en particulier les pompes d'efflux, favorisent la survie des bactéries en présence de l'herbicide à base de glyphosate. Cette hypothèse n'a été confirmée que par des études expérimentales en laboratoire avec des cultures bactériennes et plus récemment dans les microbiomes du sol. C'était donc la première fois que cette hypothèse a été testée dans un système aquatique. Au chapitre II, on a observé que l'herbicide à base de glyphosate favorisait la domination de nombreux taxons de l'embranchement des protéobactéries, dont Agrobacterium, un genre qui code pour l'enzyme cible du glyphosate appartenant à la classe des résistants. Cependant, d'autres espèces codant pour la classe de l'enzyme sensible au glyphosate étaient également favorisées, ce qui implique le rôle d'autres mécanismes de résistance. Dans le chapitre III, les analyses de métagénomes et des génomes assemblés par métagénomes ont révélé une augmentation de la fréquence de gènes de résistance aux antibiotiques après l'administration de fortes doses de l'herbicide. D’ailleurs, l'abondance relative des espèces présentes après qu’une forte dose de l'herbicide a été administrée était mieux prédite par la présence de gènes d'efflux d'antibiotiques dans leur génome que par la présence du gène codant pour l'enzyme résistante au glyphosate. Ces résultats renforcent les études récentes et contribuent aux premières évidences provenant des communautés bactériennes d'eau douce. L'objectif du chapitre IV était de vérifier si les bactéries ayant la même réponse écologique à la contamination par l'herbicide à base de glyphosate présenteraient également des réponses évolutives similaires. En plus, ce chapitre avait pour but de contribuer aux preuves expérimentales du modèle de l'écotype stable, un modèle proéminent sur l'évolution et l'origine de la diversité dans les espèces bactériennes. On a supposé que les espèces favorisées par l'herbicide subiraient des balayages sélectifs éliminant la variation génétique dans le génome, comme le prédit le modèle évolutif de l'écotype stable. Pour tester cette hypothèse, des polymorphismes nucléotidiques ont été quantifiés au sein des populations bactériennes au cours du temps dans 12 populations bien représentées dans le séquençage métagénomique qui a été fait dans le chapitre III. Contrairement à ce que l'on attendait, les populations écologiquement prospères ont montré une variété de réponses évolutives et la diversité n'a été supprimée que dans quelques-unes d'entre elles. Les résultats montrent que d'autres mécanismes évolutifs qui maintiennent la variation génétique, tels que des balayages sélectifs à l'échelle du gène plutôt qu’à l'échelle du génome, peuvent être plus souvent impliqués dans le succès des espèces qui survivent au stress anthropique. Mis ensemble, ces résultats soulignent la complexité des réponses bactériennes face à une perturbation anthropique au niveau des communautés, des populations, des gènes et des allèles. Les connaissances apportées par cette thèse peuvent améliorer les évaluations des risques de déversements accidentels en eau douce. Le changement permanent à des niveaux taxonomiques fins et la sélection croisée pour les gènes de résistance aux antibiotiques en présence de concentrations élevées d'herbicides indiquent des risques qui devraient être mieux compris par rapport à leur prédominance et les mécanismes qui les causent. D’ailleurs, la dynamique évolutive décrite ici sur une échelle de temps de courte durée fournit des données pour soutenir une importante théorie sur la différenciation et la spéciation bactériennes. / Agriculture intensification in the second half of the 20th century, particularly the use of agrochemicals within watersheds, has affected freshwater quality. Traces of agrochemicals, such as pesticides and fertilizers, reach freshwater systems through runoff or leaching, causing direct or indirect effects on aquatic organisms. Microorganisms are essential inhabitants of aquatic systems as they are at the foundation of food webs and play roles in ecosystem functioning as important drivers of biogeochemical cycles. By being part of the ecosystem, bacterial communities are subject to the increasing anthropogenic perturbations in their environment. The main objective of this thesis is to investigate the effect of simulated agricultural perturbations on freshwater bacteria through an experimental approach with outdoor tanks (mesocosms) and using high-throughput DNA sequencing. Mesocosms were filled with 1,000 L of water from a pristine freshwater lake and treated with widely used pesticides in combination with fertilizers. The three main studies in this thesis explored the bacterioplankton responses in this experiment through different angles: the first study (chapter II) focused on ecological responses to a combination of agrochemicals; the second (chapter III) explored how changes in antibiotic resistance genes could explain the ecological success of species facing severe herbicide contamination and the third study (chapter IV) tracked evolutionary changes among species with similar ecological responses to the herbicide treatment. Chapter II aimed to complement ecotoxicological studies, that traditionally focus on single species responses to individual chemicals, by focusing on communities exposed to a mixture of agrochemicals, as typically observed in nature. For that, the mesocosms were exposed to different concentrations of a glyphosate-based herbicide and a neonicotinoid insecticide, isolated or in combination, in addition to low or high nutrient inputs. Sequencing of 16S rRNA gene amplicons and inference of amplicon sequence variants were done to study taxonomic diversity, as well as profiling microbial use of carbon sources to describe functional diversity changes through time. The results revealed that the stability of microbial communities varies according to the type and intensity of the disturbance. The highest dose of the glyphosate-based herbicide was the major driver of ecological responses within bacterial communities, which were not altered by the insecticide nor by nutrient fertilization. Distinct aspects of community diversity responded differently to perturbation: while functional composition remained stable in face of disturbances, taxonomic composition was sensitive to glyphosate at the finest taxonomic level and resilient at higher taxonomic units (i.e. genus to phylum). These results highlight the complexity of ecological responses and provide evidence of functional redundancy regarding the use of carbon sources in these communities. Chapter III tested the hypothesis that antibiotic resistance genes, particularly efflux pumps, would favour bacterial survival in the presence of the glyphosate-based herbicide. This hypothesis has only been confirmed through experimental laboratory studies with bacterial cultures and more recently in soil microbiomes, it was thus the first time it was tested in an aquatic system. As observed in chapter II, glyphosate-based herbicide favoured the dominance of many taxa of the phylum Proteobacteria, including Agrobacterium, a genus that encodes the glyphosate-resistant target enzyme. However, other species encoding the glyphosate-sensitive version of the enzyme were also favoured, implying other resistance mechanisms. In chapter III, the analysis of metagenomes and metagenome-assembled genomes revealed an increased frequency of antibiotic resistance genes following high doses of the herbicide. Additionally, the relative abundance of species after a severe herbicide pulse was better predicted by the presence of antibiotic efflux genes in their genome than by the presence of the gene encoding the resistant glyphosate target enzyme. These results reinforce recent studies and contribute to the first evidence from freshwater bacterial communities. The goal of chapter IV was to test if bacteria with the same ecological response to the contamination with the glyphosate-based herbicide would also show similar evolutionary responses. Furthermore, this chapter aimed to contribute to experimental evidence to the stable ecotype model, a prominent model on the evolution and origin of diversity in bacterial species. If assumptions of the stable ecotype model were confirmed by the experiment, species favoured by the herbicide would experience selective sweeps purging genetic variation across the genome. To test this hypothesis, single nucleotide variants were quantified within bacterial populations over time in 12 populations well-represented in the metagenomic sequencing that was performed in chapter III. Differently than expected, ecologically successful populations showed a variety of evolutionary responses and diversity was purged only in a few of them. The results show that other evolutionary mechanisms that maintain genetic variation, such as gene-wide specific sweeps rather than genome-wide sweeps, may be more often involved in the success of species surviving anthropogenic stress. Together, these results highlight the complexity of bacterial responses in the face of an anthropogenic disturbance at the level of communities, populations, genes, and alleles. The knowledge provided by this thesis may improve assessments of the potential risks of accidental spills in freshwater. The permanent change at fine taxonomic levels and the cross-selection for antibiotic resistance genes in the presence of high concentrations of herbicide indicate risks that should be better understood regarding their predominance and causing mechanisms. Moreover, the evolutionary dynamics here described in a short-term time scale provide observational data to support a theoretical background on bacterial differentiation and speciation.

Les toits verts sont des écosystèmes d’une grande importance pour les milieux urbains. Cependant, le microbiome du sol est peu considéré dans l’aménagement de ces habitats, alors qu’il est pourtant à la base de nombreux services écosystémique, dont le cyclage des nutriments et la productivité primaire. Il est donc nécessaire de s’intéresser davantage à l’assemblage de ce microbiome, de manière à éventuellement mieux manipuler ces communautés pour favoriser le maintien des services écosystémiques. Nous avons donc échantillonné le sol 19 toits verts en plus de cinq grands parcs urbains afin d’étudier les communautés bactériennes, fongiques et mycorhiziennes de ces habitats. Contrairement à ce que prédisent les théories classiques en écologie, les communautés microbiennes des sols des toits verts sont abondantes et diversifiées même dans les toits les plus jeunes. De plus ces communautés ne sont pas dominées par des microorganismes reconnus comme étant tolérants au stress. Ainsi, les limites à la dispersion ne semblent pas affecter ces communautés microbiennes isolées. Une grande variation dans les structures des communautés est restée non expliquée, montrant peu d’évidences d’assemblages déterministes. Ce phénomène pourrait être dû à une plus grande importance de déterminants ou processus stochastiques. Nous avons aussi observé ce phénomène chez les champignons mycorhiziens avec une plus grande abondance des espèces fréquentes régionalement et globalement. Cela montre l’importance du pool régional d’espèces pour l’assemblage des communautés des toits verts. Les toits échantillonnés ont des microbiomes uniques aux parcs environnants, avec une faible abondance de certains groupes taxonomiques, comme les Thaumarchaeota (procaryotes nitrificateurs), les actinobactéries (saprotrophes), ou les Gigasporaceae (champignons mycorhiziens produisant un important réseau d’hyphes extraracinaires). Ces profils microbiens uniques pourraient induire des conséquences biogéochimiques importantes sur les processus écosystémiques du sol des toits verts. Les recherches futures devraient évaluer les liens entre la structure du microbiome et les fonctions écosystémiques rendus par les toits verts. / Green roofs are novel ecosystems of great importance for urban environments. However, green roof soil microbiome has received little attention, even though it supports numerous ecosystem services. It is therefore necessary to pay more attention to the green roof soil microbiome assembly and eventually better manipulate it to promote the maintenance of ecosystem services, as nutrient cycling and primary productivity. We sampled 19 green roofs in addition to five large urban parks to study the bacterial, fungal and mycorrhizal communities in these habitats. Contrary to what was expected under classic ecological theories, microbial communities were abundant and diverse, even on the youngest roofs. Moreover, green roofs soils were not dominated by microorganisms known to be particularly stress tolerant. Dispersal limitation did not appear to affect the green roof soil communities. High level of variation in community structure remained unexplained, showing little evidence of deterministic assembly. This phenomenom may be a sign of stochastic assembly in these habitats. It was partly observed for mycorrhizal fungi with greater abundance of regionally and globally frequent species. This suggests the importance of regional species pool for community assembly in green roofs. The sampled roofs showed unique microbiomes, with low abundance of some taxonomic groups, such as the Thaumarchaeota (nytrifying prokaryotes), Actinobacteria (sapotrophs), or Gigasporaceae (mycorrhizal fungi producing an important external hyphae network). This could have important biogeochemical consequences on green roofs. Much insight will be gained from future research looking at the links between microbiome composition and the ecosystem services provided by green roofs.

<p>  Fetal Alcohol Syndrome (FAS) is the most serious form of Fetal Alcohol Spectrum Disorders (FASD) and the most prevalent neurodevelopmental disorder in North America. Patients with FAS may exhibit cognitive problems with working memory, manipulating information, and reduced executive functioning. Additionally, previous studies exhibited that stress responses are affected by prenatal alcohol consumption Gut microbiota compositions can also influence stress responses and memory, as several studies have shown strong relationships between the enteric gut system and the brain. However, few studies have examined how prenatal alcohol exposure’s effects on the gut microbiome and neuroinflammatory responses. For this study, pregnant HsdBlu:LE Long Evans rats were treated with either a dry diet, liquid diet, or liquid diet with alcohol. On day 28 and 42 after birth, three male and three female adolescent pups from each treatment group had their gut microbiome (fecal samples) analyzed through 16S rRNA amplicon sequencing. Brain histology staining of the cortex and hippocampus regions was also done to evaluate changes in the CNS through microglial counts and morphology analysis. There were no significant differences in alpha diversity of the fecal microbiome between groups of pups based on prenatal alcohol exposure (PAE), sex, age, the interaction of PAE and sex, or in the morphology of cortex microglia. However, analysis of beta diversity using Bray-Curtis dissimilarity and weighted UniFrac suggested distinct microbial communities between the treatment groups based on PAE and the interaction of PAE, sex, and the interaction between PAE and sex. Microglial count comparisons by PAE or sex were only statistically different in the cortex (p ≤ 0.005). The significance of this study suggests that there are some associations between the gut microbiome and CNS inflammation in rats with PAE. Based on these findings, 11 future studies may implement therapeutics such as antibiotics or probiotics to mitigate cognitive or neural symptoms of FASD affected individuals. </p>

La sclérose en plaques est une maladie inflammatoire et démyélinisante caractérisée par la formation de lésions multifocales à travers le système nerveux central. Les lymphocytes pro- inflammatoires CD4 Th1 et Th17 sont considérés pathogéniques en sclérose en plaques et dans son modèle animal, l’encéphalomyélite auto-immune expérimentale. L’obésité et la composition du microbiome intestinal sont associées à une exacerbation de l’inflammation et à la progression de la sclérose en plaques, faisant des approches thérapeutiques métaboliques une méthode de choix afin d’améliorer l’évolution de cette maladie. La méthionine est un acide aminé essentiel métabolisé en S-adénosylméthionine (SAM), considéré comme le donneur universel de groupements méthyl, influençant l’expression génique. La restriction en méthionine est quant à elle associée à une diminution de la prise de poids et de l’inflammation, et in vitro, permet de réduire l’expansion des cellules Th17. Notre hypothèse est donc que diminuer l’activité du cycle de la méthionine permettrait de limiter la progression de l’encéphalomyélite autoimmune expérimentale en modulant le métabolisme des cellules T, la barrière hémo-encéphalique et le microbiome intestinal. Pour ce faire, l’encéphalomyélite autoimmune expérimentale est induite chez des souris mâles et femelles exposées à une diète réduite en méthionine ou contrôle afin d’effectuer une évaluation clinique quotidienne. Des expériences de cytométrie en flux, d’immunofluorescence et de séquençage d’ADN ribosomal 16S sont effectuées afin de déterminer l’activité des cellules immunitaires, la perméabilité de la barrière hémo-encéphalique et la composition du microbiome intestinal. Nos résultats montrent que la diète réduite en méthionine est associée à un délai significatif de l’apparition des symptômes neurologiques, avec une évolution clinique différente entre les mâles et les femelles. Ceci est associé à une diminution du nombre de cellules immunitaires infiltrant le système nerveux central, en plus d’influencer la composition du microbiome intestinal, suggérant des changements vers un profil plutôt anti-inflammatoire. La diète réduite en méthionine semble donc améliorer la progression de l’encéphalomyélite autoimmune expérimentale de manière différente selon les sexes et pourrait représenter une nouvelle voie thérapeutique contre la sclérose en plaques. / Multiple sclerosis is an inflammatory demyelinating disease of the central nervous system with a sex bias towards women. Proinflammatory Th1 and Th17 cells are considered pathogenic in multiple sclerosis and its animal model, experimental autoimmune encephalomyelitis. Obesity, western diet and gut dysbiosis increase inflammation and influence the course of this disease. Contrarily, dietary methionine restriction is associated with lower weight gain and reduced inflammation. In vitro, T cells upregulate components of methionine metabolism, including S- adenosylmethionine, upon activation and proliferation, while methionine restriction in the milieu reduces the expansion of Th17 cells. Thus, we hypothesized that limiting the activity of the methionine cycle will improve experimental autoimmune encephalomyelitis course by modulating Th17 cells through sex-specific epigenetic mechanisms and modification of the gut microbiome. To test this hypothesis, active experimental autoimmune encephalomyelitis is induced in male and female mice exposed to a methionine restricted or control diet. Clinical scores, flow cytometry, immunofluorescence and 16S rRNA sequencing are used to characterize the properties of immune cells, the blood-brain barrier, and the gut microbiome. Our results show that dietary methionine restriction is associated with a significantly delayed onset of neurological symptoms, with clinical differences in disease evolution between males and females. This is associated with a reduced number of immune cells and pathogenic proinflammatory T cells in periphery, then in the central nervous system. Methionine restricted diet is moreover associated with modification of the gut microbiome, suggesting a shift towards an anti-inflammatory profile. Finally, methionine restriction also influences the expression of adherence molecules such as VCAM-1, present in the blood-brain barrier, suggesting a neuro-protective effect. Our data reveal that methionine restricted diet ameliorates the clinical course and neuroinflammatory processes in experimental autoimmune encephalomyelitis in a sex-dependent manner and could represent a new therapeutic avenue to improve multiple sclerosis course.

<p>  </p> <p>Plant roots form an intimate relationship with a diversity of soil microorganisms. Some soil-borne microbes cause harmful diseases on crops, but others promote plant growth and enhance host resilience against stressors. Beneficial bacteria have a high potential as a strategy for sustainable agricultural management, many of which have been recognized and commercialized for improving crop growth. Unfortunately, field inoculants of beneficial bacteria often give inconsistent results due to various environmental factors hindering their beneficial properties. Improving crop production utilizing beneficial bacteria requires two approaches: 1) breeding for crops with the enhanced association for beneficial bacteria and 2) improving formulation methods for producing more potent microbial products. To contribute to these goals, we address three critical questions utilizing the tomato root microbiome as a model system. First, we asked how beneficial root-associated bacteria could be efficiently identified. We developed a strategy to select beneficial bacteria from a novel collection of 183 bacterial endophytes isolated from roots of two field-grown tomato species. The results suggest that isolates with similar traits impact plant growth at the same levels, regardless of their taxonomic classification or host origin. Next, we asked whether host genetics contribute to the root microbiome assembly and response to beneficial microbes. An assessment of the root microbiome profile and plant binary interaction experiments suggested the role of host genetics in influencing root recruitment and response to beneficial bacteria. Subsequently, we asked whether root-associated bacteria induce physiological changes in root tissues in the host. We identified two isolates from our bacterial endophyte collection that significantly promoted the growth of tomato genotype H7996 (<em>Solanum lycopersicum</em>). Plant-binary interaction experiments suggested a significant increase of cell wall lignification in the root vasculature starting 96-hour post-inoculation with beneficial bacteria. Additional studies are needed to uncover a possible correlation between the induced vasculature lignification and the growth-promoting effects of the two isolates on H7996. Altogether, our findings highlight the multi-faceted role of root-associated bacteria in promoting plant growth and support the development of crop improvement strategies in optimizing host association with soil bacteria.</p>

L’avènement des inhibiteurs du point de contrôle immunitaire (ICIs) ciblant l’axe PD-1/PD-L1 a révolutionné le traitement des patients avec un carcinome pulmonaire non à petites cellules (CPNPC). Ce mémoire consolide les conclusions de trois études distinctes visant à analyser et à améliorer l'efficacité des ICIs en monothérapie chez le CPNPC. La première section explore les bénéfices associés au durvalumab suivant une chimioradiothérapie chez les patients présentant un CPNPC localement avancé, confirmant le bénéfice de survie associé aux ICI et élargissant les perspectives émises depuis l'étude PACIFIC, y compris au niveau de la valeur prédictive du PD-L1. Dans l’optique de caractériser de nouveaux biomarqueurs d’efficacité, la deuxième section souligne le rôle crucial du microbiome intestinal dans la modulation de la réponse aux ICIs, spécifiquement au niveau de la dysbiose intestinale liée aux antibiotiques. La méta-analyse proposée confirme l’impact délétère des antibiotiques sur la survie des patients traités avec un ICI, tout particulièrement lorsque l’antibiothérapie précède l’inhibition du PD-1/PD-L1. Dans le domaine des stratégies immunomodulatrices émergentes, la troisième section explore l’impact de la cryoablation chez les patients présentant un CPNPC avec PD-L1≥50% et traités avec le pembrolizumab. Sans relever un signal d’efficacité supérieure, cette étude de phase I/II confirme la faisabilité et l’innocuité de la cryoablation, une technique permettant la libération d’antigènes tumoraux en circulation sans dénaturation thermique. Ultimement, ce mémoire propose un survol des bénéfices de survie, biomarqueurs prédictifs et stratégies immunomodulatrices liés à l’utilisation des ICIs chez les patients avec un CPNPC avec l’espoir d’optimiser les paradigmes thérapeutiques existants. / The advent of immune checkpoint inhibitors (ICIs) targeting the PD-1/PD-L1 axis has revolutionized the therapeutic landscape for patients diagnosed with non-small cell lung cancer (NSCLC). This thesis consolidates the findings of three distinct studies aiming to analyze and enhance the efficacy of ICI monotherapy in NSCLC. The first section delves into the real-world use of durvalumab following chemoradiotherapy in stage III NSCLC, confirming the survival benefit associated with ICI administration in this context and broadening the insights derived from the PACIFIC study, particularly regarding the predictive value of PD-L1. With the aim of characterizing new biomarkers of efficacy, the second section sheds light on the crucial role of the gut microbiome in modulating responses to ICIs, particularly intestinal dysbiosis related to antibiotics. The meta-analysis confirms the detrimental impact of antibiotics on the overall survival of patients with advanced cancer treated with ICI monotherapy, especially when antibiotic therapy precedes PD-1/PD-L1 inhibition. In the realm of emerging immunomodulatory strategies, the third section explores the impact of cryoablation in patients with NSCLC and PD-L1≥50% treated with pembrolizumab. Although the procedure did not translate into a signal of superior efficacy, the proposed phase I/II study confirms the feasibility and safety of cryoablation, a technique allowing the release of circulating tumor antigens without heat-related denaturation. Ultimately, this thesis presents a contemporary overview of survival benefits, predictive biomarkers, and immunomodulatory strategies associated with the use of ICIs in monotherapy in patients with NSCLC, with the hope of optimizing existing therapeutic paradigms.

Les relations complexes entre un organisme et son microbiome stimulent beaucoup de recherche dans l’univers de la science. Les bases moléculaires des interactions avec le microbiome ne sont pas encore bien comprises et pourraient présenter des cibles potentielles pour différents traitements de maladies. Le cas d’Helicobacter pylori est très pertinent dans ce contexte. La bactérie a déjà été reconnue comme la cause d’ulcères gastriques et du cancer de l’estomac chez l’homme(1). Plus spécifiquement, elle infecte les cellules épithéliales gastriques par le biais de son îlot de pathogénicité du système de sécrétion de type IV (SST4) causant ainsi une réponse inflammatoire maintenue et cette réponse peut être quantifiée par la variation d’interleukine 8 (IL-8) sécrétée (2-4). Afin d’éclaircir la contribution mécanistique de Cagα, une ATPase nécessaire dans le bon fonctionnement du SST4 de H. pylori, un mutant Δcagα a été créé afin d’agir en tant que contrôle négatif lors de l’infection avec les cellules hôtes in vitro (3, 4). Deux façons de le caractériser ont été effectuées : l’identification d’expression protéique du SST4 et la mesure de la production de l’IL-8. Ensuite, une analyse d’expression différentielle a été effectuée avec ou sans une molécule inhibitrice de l’activité de Cagα. En somme, l’étude des interactions du microbiome représente un domaine stimulant et prometteur dans lequel la compréhension des bases moléculaires pourrait ouvrir des perspectives thérapeutiques intéressantes. / The complex relationships between an organism and its microbiome stimulate a lot of research in the field of science. The molecular basis of interactions with the microbiome are not yet well understood and could present potential targets for the treatment of various diseases. The case of Helicobacter pylori is very pertinent in this context. The bacterium has already been recognized as the cause of gastrointestinal ulcers and stomach cancer (1). More specifically, it infects gastric epithelial cells through its pathogenicity island of the type IV secretion system (T4SS), thus causing a sustained inflammatory response, which can be quantified by the variation in secreted interleukin-8 (IL-8) (2-4). To clarify the mechanistic contribution of Cagα, an ATPase necessary for the proper functioning of the T4SS of H. pylori, a Δcagα mutant has been created to act as a negative control during infection with host cells in vitro (3, 4). The strain was characterized using two approaches: analysis of T4SS protein expression and of the induction of IL-8. A differential expression analysis with or without an inhibitory molecule of interest targeting Cagα was conducted. In summary, the study of microbiome interactions represents a stimulating and promising field in which understanding the molecular foundations could lead to intriguing therapeutic prospects.