Le corps humain est un ensemble de microflores où cohabitent bactéries, archées, virus et eucaryotes. Ces écosystèmes complexes sont appelés microbiotes. Parmi ceux-ci figure le microbiote intestinal qui compte 1011 à 1014 bactéries/g de selle. Les modifications de la flore intestinale peuvent être à l'origine de pathologies comme les diarrhées infectieuses. Il s'agit d'un véritable problème de santé publique puisqu'environ 2.16 millions de décès sont liés à cette pathologie chaque année. Les virus intestinaux jouent un rôle prépondérant mais les infections bactériennes restent également importantes. Le diagnostic de ces infections bactériennes reste compliqué puisque le microbiote intestinal comporte 75% d'espèces non cultivables. De plus, on ne dispose pas réellement d'une liste exhaustive des bactéries pouvant être responsables de diarrhées infectieuses. Nous avons donc choisi d'étudier le microbiote intestinal dans des selles normales et pathologiques, par une approche polyphasique alliant une étape préliminaire de concentration des selles diarrhéiques par la lyophilisation, à des techniques de culture et des méthodes de biologie moléculaire. Pour cela nous avons mis au point une nouvelle technologie pour la détection des entéropathogènes par hybridation sur puce à ADN permettant la détection des bactéries et des virus ADN entéropathogènes, en présence d'un témoin archae. Notre outil permet le diagnostic multiplexe des diarrhées infectieuses puisque nous avons correctement identifié un adénovirus et la bactérie Campylobacter jejuni présents dans une même selle. / The human body is a collection of microflora where cohabit bacteria, archaea, viruses and eukaryotes. These complex ecosystems are called microbiota. Among these is the intestinal microbiota that counts 1011 to 1014 bacteria/g of stool. Changes in the intestinal flora can cause of pathologies such as infectious diarrhea. This is a real public health problem since about 2.16 million deaths are related to this disease each year. Enteric viruses play a preponderant role but bacterial infections are also important. The diagnosis of bacterial infections is complicated because the intestinal microbiota includes 75% non-cultivable species. In addition, there is not really a list of bacteria could be responsible for infectious diarrhea. We therefore decided to study the intestinal microbiota in normal stool and also pathological stools by a polyphasic approach combining a preliminary step of diarrheal stools concentration by lyophilization, with cultivation techniques and molecular biology methods. We developed a new technology for the detection of enteropathogens by hybridization on DNA microarray for the detection of bacteria and enteric viruses (DNA) in the presence of a control archaea. Our tool allows multiplexed diagnostic of infectious diarrhea since we correctly identified an adenovirus and Campylobacter jejuni present in a same sample. This is the first DNA microarray for multiplex detection of bacteria and viruses (DNA) enteropathogens. An improvement of our protocol for nucleic acid extraction is proposed to allow the detection of RNA viruses such as rotavirus and calicivirus which are currently dominant.

Le veau nouveau-né possède un rumen peu développé et non fonctionnel. Au cours des premiers mois, les fonctions digestives s’établissent, avec l’implantation du microbiote composé majoritairement de bactéries, archées et protozoaires. Les objectifs de ce travail étaient doubles : i) caractériser et comprendre la séquence d’implantation taxonomique des microorganismes du rumen chez le veau par des techniques de biologie moléculaire et de dénombrement, ainsi que la séquence de mise en place des paramètres fermentaires (AGV et ammoniac) et des activités principales enzymatiques chez le veau en périodes pré- et post-sevrage, ii) étudier l’effet de l’addition de levures vivantes sur la mise en place de cet écosystème ruminal en périodes pré- et post-sevrage. D’une part, nos travaux ont permis de confirmer qu’à la naissance, le rumen chez le veau, est dépourvu de micro-organismes, d’AGV, d’activité xylanasique et amylasique, avec un pH proche de la neutralité et un Eh fortement positif. La colonisation du rumen se fait dès la naissance, pendant les 15 premiers jours de la vie de l’animal par un microbiote complexe prédominé par les bactéries (phyla Proteobacteria et Bacteroidetes) et comprenant aussi des archées (majoritairement Methanobrevibacter). En même temps, le Eh devient fortement négatif. Ces communautés entraînent la production de produits fermentaires grâce à leurs activités enzymatiques. Entre 15 jours et le sevrage, avec l’ingestion d’aliments solides, la composition du microbiote du rumen évolue pour se rapprocher de celle de ruminants adultes, sans atteindre pour autant la maturité en termes de densités et abondances relatives. A cette période, le phylum Bacteroidetes est majoritaire, avec le genre Prevotella. Après le sevrage de légers changements apparaissent sur certains paramètres fermentaires comme les AGV sans doute en raison d’une évolution du microbiote qui devient moins diversifié et plus adapté à la dégradation d’aliments solides. L’apparition, à partir de 90 jours, des protozoaires ciliés dans le rumen semble conditionnée par la présence d’animaux adultes à proximité. A 4 mois d’âge, l’écosystème ruminal tend à devenir proche de celui observé chez les animaux adultes en matière de paramètres fermentaires, activités enzymatiques et composition taxonomique du microbiote. D’autre part, nos travaux ont permis de conclure que, avant sevrage, une supplémentation en levures vivantes (Saccharomyces cerevisiae) diminue l’ingestion de concentrés, conduit à une apparition plus précoce de la communauté des protozoaires et une plus grande densité d’archées, mais a peu d'effets sur la densité et la diversité de la communauté bactérienne, à l'exception de variations d’abondances de quelques taxa mineurs. L’apport de levures entraîne une diminution de la protéolyse, une augmentation de la proportion d'acétate ruminal et une diminution de la proportion de propionate. Au cours de la période post-sevrage, les veaux supplémentés en levures consomment plus de foin et la densité en archées est plus importante alors qu’une réduction de la diversité et de la densité de la communauté bactérienne est observée, mais accompagnée d’une augmentation de l’abondance relative des bactéries dégradant l’amidon, les pectines, les protéines et majoritairement les parois cellulaires en fonction des substrats présents dans le rumen. Ces changements sont probablement à relier aux augmentations de l'activité xylanasique et de la proportion d'acétate. L’ensemble des résultats acquis dans ce travail de thèse a permis d’apporter un certain nombre de connaissances et une meilleure compréhension de la mise en place de l’écosystème ruminal chez le veau de race laitière en périodes pré- et post-sevrage, ainsi que quelques pistes pour orienter ou améliorer cette implantation pour une meilleure maîtrise de l’élevage des veaux d’élevage. / The newborn calf has a little and non-fonctional rumen. During the first months of life, digestive functions establish, in relationship with the colonization by a microbiota mainly composed of bacteria, archaea and protozoa. This study had two objectves: i) characterize and understand the sequence of establishment of ruminal microbiota in calves by molecular biology and counting techniques abd describe the appearance of fermentation parameters (VFA and ammonia) and enzyme activities during the pre- and post-weaning periods, ii) define the effect of yeast supplementation on the establishment of the ruminal ecosystem in pre-and post-weaning periods. On the one hand, our work confirmed that at birth, calf rumen is devoid of micro-organisms, AGV, xylanase and amylase activities, with a pH close to neutrality and a strongly positive Eh. From 2 to 15 days of age, the rumen is colonized by a complex microbiota dominated by bacteria (Proteobacteria and Bacteroidetes phyla) and also containing archaea (with mainly the Methanobrevibacter genus), and Eh becomes strongly negative. These communities result in the production of fermentation products due to their enzymatic activities. Between 15 days and weaning, with the ingestion of solid food, the composition of rumen microbiota changes to become closer to that of adult ruminants without reaching maturity in term of densities and relative abundances. At this time, the phylum Bacteroidetes is predominant with the Prevotella genus. After weaning, slight differences occurs on some fermentative parameters such as VFA, probably related to a change in the microbiota that becomes less diversified and more adapted to the degradation of solid food. From 90 days, the establishment of ciliated protozoa in the calf rumen seems conditioned by the proximity with adult animals. From 4 months of age, considering fermentation, enzymatic and taxonomic composition of the microbiota, the ruminal ecosystem tends to be similar to that observed in adult animals. On the other hand, our work showed that during the pre-weaning period, the supplementation with live yeast (Saccharomyces cerevisiae) results in a lower concentrate intake, an earlier establishment of ciliated protozoa and a higher archaeal community density, but poorly affects the density and diversity of the bacterial community, with the exception of changes in abundances of some minors taxa. Yeast supplementation reduces proteolysis, increases the proportion of acetate and decreases that of propionate. During the post-weaning period, yeast supplemented calves consumed more hay, had a higher archaeal density, but a lower diversity and density of the bacterial community with an increased relative abundance of fiber, protein, starch, pectine degrading bacteria compared to control according to the substrates present in the rumen. These changes are probably related to increases of the xylanolytic activity and the proportion of acetate. Taken together, results obtained in his thesis have improved knowledge and understanding of the establishment of the ruminal ecosystem in the dairy calf in pre- and post-weaning periods, and carried some possibilities to orientate or improve the ruminal establishment for better control of calves rearing.

Les Troubles du Spectre Autistique (TSA) sont caractérisés par deux principaux symptômes : des difficultés de communication sociale et des comportements stéréotypés et intérêts restreints. Les TSA touchent 5 fois plus les garçons que les filles et une augmentation de la prévalence exponentielle et continue a été observée aux États-Unis ces dernières décennies. Cette augmentation ne peut s’expliquer par les facteurs génétiques à eux seuls qui ne représentent que 5 à 15% des cas de TSA. Il est donc indispensable d’identifier de potentiels facteurs de risque environnementaux des TSA. Le but de ce travail est d’étudier différents facteurs environnementaux potentiellement modifiables dans le développement de phénotypes autistiques dans différents modèles précliniques des TSA. Les objectifs spécifiques sont : (i) caractériser les effets neurocomportementaux provoqués par une exposition périnatale simultanée à 5 perturbateurs endocriniens parmi les plus prévalent dans notre environnement quotidien (DEHP, DBP, DiNP, BDE-47, BDE-99) à de faibles doses pertinentes pour l’exposition humaine, (ii) identifier les effets neurocomportementaux associés à une altération périconceptionnelle du microbiote maternelle (iii) déterminer les effets neurocomportementaux associés à une altération périconceptionnelle du métabolisme monocarboné. Les résultats présentés dans cette thèse démontrent le potentiel de chacun de ces facteurs environnementaux d’altérer le développement cérébral fœtal. Chaque condition expérimentale a provoqué l’apparition de traits autistiques chez les rats, avec des spécificités comportementales pour chaque exposition développementale. Des déficits d’interactions sociales ont été observés dans chaque situation expérimentale, associés soit à de l’anxiété, de l’hyperactivité, des altérations d’intégration sensorimotrice, et/ou des stéréotypies. Cela nous force à considérer les TSA comme une pathologie aux multiples facettes où l’hétérogénéité des tableaux cliniques est représentative de l’hétérogénéité des causes possibles. La multitude des interactions environnementales courantes possibles avec l’épigénome pourrait être à la base de la grande diversité observée dans la sévérité des symptômes et / ou des comorbidités des TSA. Ce travail ouvre des perspectives futures de prévention ciblée des TSA fondées sur de potentielles modifications de l’environnement comme la réduction de l’exposition aux perturbateurs endocriniens, ou des supplémentations en donneurs monocarbonés (e.g. acide folique) et/ou probiotiques.

La maladie du greffon contre l’hôte (GVHD) reste la complication majeure de l’allogreffe de cellules soucheshématopoïétiques (allo-CSH). La GVHD résulte de l’activation de la réponse immunitaire et de la reconnaissanced’alloantigènes par les lymphocytes T (LT) du donneur, entrainant ainsi des lésions tissulaires principalement auniveau de la peau, des intestins et du foie. L’interleukine-22 (IL-22) est une cytokine sécrétée par les LT Th1,Th17 et les cellules de l’immunité innée (ILC). Compte tenu des propriétés de l’IL-22 dans les tissus cibles de laGVHD, nous avons évalué sa contribution dans la physiopathologie de la maladie à l’aide de modèlesexpérimentaux murins. Il apparaît que les souris qui reçoivent des lymphocytes T invalidés pour l’IL-22développent une maladie moins sévère, et leur mortalité est diminuée. L’IL-22 issue du greffon participe donc à lasévérité de la GVHD en favorisant l’inflammation systémique, mais aussi locale au niveau des organes cibles. Deplus, dans les intestins, l’IL-22 agit en synergie avec les interférons de type I pour amplifier l’inflammation de typeTh1 au cours de la GVHD. Chez l’homme, la GVHD est associée à une modification du microbiote intestinal.Nous avons montré que l’absence d’IL-22 semble favoriser la colonisation de lactobacilles au détriment declostridiums, ce qui pourrait également participer à la diminution de la GVHD intestinale. Enfin, nous avonsmontré que l’effet anti-tumoral est préservé malgré l’absence d’IL-22. Ces résultats permettent donc d’envisagerde nouvelles perspectives thérapeutiques dans le traitement de la GVHD. / Graft-versus-host disease (GVHD) is still the major complication after allogeneic stem cell transplantation. GVHDresults from the activation of the immune response and the recognition by donor T cells of alloantigens leading totissue injury, especially in skin, gut and liver. Interleukin-22 (IL-22) is a cytokine secreted by CD4+ T cells Th1 andTh17 but also by innate lymphoid cells (ILC). Given that IL-22 functions in the GVHD target tissues, weinvestigated its contribution in GVHD physiopathology using mouse experimental models. We showed that IL-22deficiency in donor cells reduced the severity of GVHD by limiting systemic and local inflammation. Moreover, inthe large intestine, IL-22 acts in synergy with type I interferon to increase Th1-like inflammation. In humans,GVHD severity is associated with microbiotal modification in the intestine. We demonstrated that IL-22 deficiencyin donor cells seems to favor lactobacillus colonization instead of clostridium. These changes of microbiotacomposition may reduce the severity of intestinal GVHD. Finally, we showed that the antitumor effect is preservedeven in absence of IL-22 donor cells. Overall, our data support the design of new clinical approaches aiming totarget IL-22 pathways in GVHD patients.

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Les symbiotes d'insectes peuvent considérablement influencer leurs hôtes de diverses manières. Nous avons étudié ici la communauté de microbes de la mouche du chou (Delia radicum) et plus particulièrement le rôle de son microbiote intestinal et de Wolbachia, une bactérie intracellulaire. La transmission verticale et maternelle de Wolbachia était de 100% et nous n’avons trouvé aucune preuve de manipulation de la reproduction telles que l’incompatibilité cytoplasmique, la parthénogenèse thélytoque, la féminisation ou la dégénérescence des embryons mâles. Les effets de Wolbachia sur D. radicum étaient significatifs mais modérés, et se compensaient mutuellement (réduction du taux d’éclosion, meilleure survie larvo-nymphale, temps de développement plus long et augmentation de la mortalité des femelles en conditions de stress), ce qui suggère une infection quasi neutre chez cette espèce, même si nous avons observé une augmentation de la fréquence d’infection en conditions idéales. L'influence du microbiote intestinal a été étudiée en utilisant un antibiotique, la tétracycline, avec un protocole sur trois générations, ce qui a permis de discerner l’effet direct (toxique) de la tétracycline de ses effets indirects (perte de symbiotes) sur l’hôte. Le traitement antibiotique de D. radicum a eu de multiples effets, généralement négatifs, sur les traits d’histoire de vie des descendants, ces effets pouvant être détectés jusqu'à deux générations après le traitement. La perturbation du microbiote intestinal semble avoir un rôle plus important qu'un simple effet toxique de la tétracycline elle-même. De plus, l’étude suggère que le microbiote semble avoir un rôle bénéfique chez cette espèce, et qu’il est au moins partiellement hérité de la mère. Pour finir, nous avons étudié si Wolbachia pouvait modifier le dialogue plante-insecte entre D. radicum et l’une de ses plantes-hôtes, le colza (Brassica napus). La présence du symbiote a diminué les concentrations de glucosinolates dans les feuilles, ce qui suggère que Wolbachia pourrait améliorer la fitness de son hôte en diminuant les signaux chimiques de la plante pouvant être utilisés par les conspécifiques et/ou ennemis naturels de D. radicum. Cette étude a montré le potentiel d'une bactérie intracellulaire à influencer les relations plantes-insectes et a permis de discuter des interactions tri-trophiques entre les symbiotes, leurs insectes-hôtes et un troisième niveau trophique : la plante. Cette thèse démontre qu'il est maintenant nécessaire de prendre en compte les symbiotes dans de prochaines études, afin de mieux comprendre les relations possibles entre différents partenaires, ainsi que leurs implications écologiques ou évolutives. / Microbial symbionts can deeply influence their animal hosts in various ways. Here, we studied the community of microbes of the cabbage root fly (Delia radicum) and more precisely the role of its gut microbiota and of Wolbachia, an intracellular bacterium. The vertical maternal transmission of Wolbachia was perfect, and we found no evidence of manipulation of reproduction such as cytoplasmic incompatibility, thelytokous parthenogenesis, feminization nor male killing. Wolbachia infection had significant but moderate and mutually compensating effects on D. radicum (reduced hatch rate, improved larvo-nymphal viability, longer development time and increased female mortality in stress conditions), suggesting that infection might be nearly neutral in this strain, although we observed an increase in infection frequency in ideal rearing conditions. The influence of the gut microbiota was studied using an antibiotic, tetracycline, with a protocol spanning three generations, which allowed to discriminate the possible direct (toxic) effect of tetracycline from its indirect effects (due to the loss of gut symbionts). Antibiotic treatment of adults led to multiple and mostly negative effects on life history traits of their offspring and grandchildren. Data suggested a larger role of gut microbiota perturbation than of a toxic effect, that the microbiota was partially inherited maternally, and that the “wild-type” gut microbiota was beneficial in this species. Finally, we investigated whether Wolbachia could modify the insect-plant dialogue between D. radicum larvae feeding on roots of oilseed rape (Brassica napus). The presence of the symbiont decreased glucosinolate concentrations in the leaves, suggesting that Wolbachia could increase the fitness of its host by decreasing plant cues used by D. radicum conspecifics and/or natural enemies. This study showed the potential of an intracellular bacteria to influence plant-insect relationships, and allowed to discuss the tri-trophic interactions between symbionts, their insect hosts and a third trophic level: the plant. This thesis demonstrates the necessity to consider intracellular and extracellular symbionts in further studies, in order to unravel all the possible relationships between different partners, as well as their ecological or evolutionary implications.

La stéatose hépatique non alcoolique (NAFLD) est une manifestation du syndrome métabolique dont la prévalence est en constante évolution. Les stratégies thérapeutiques sont soit difficiles à mettre en œuvre soit d’une efficacité limitée. Nous avons étudié une approche nutritionnelle avec 3 acides aminés particuliers : la glutamine, l’arginine et la citrulline (Cit) pour leurs propriétés de pharmaconutriments azotés. Dans un modèle de NAFLD modérée induite par le fructose, seule la citrulline (1 g/kg/j) permettait une amélioration du métabolisme lipidique. Toutefois, l’étude de la cinétique de NAFLD suggérait un effet protecteur du simple apport azoté. L’effet spécifique de la Cit par rapport au simple apport azoté (AANE) a donc été déterminé dans un modèle de NAFLD induite par 8 semaines de régime enrichi en fructose. Ceci a permis de confirmer l’effet protecteur de la Cit et des AANE. Toutefois, la Cit exerce un effet plus spécifique sur l’expression de Srebp1c et de Fas et améliore la disponibilité périphérique en Arg, un élément important de l’insulino-sensibilité. La stéatose est associée à une perte de masse maigre, suggérant une oxydation des AA aux dépens de l’anabolisme musculaire, et une accumulation de lipides à l’origine de la stéatose et du gain de masse grasse viscérale ; la Cit et les AANE en agissant sur la NAFLD préviendraient cet effet du fructose. Nous avons ensuite évalué les effets de la Cit dans un modèle de stéatose plus sévère induite par le western diet. La Cit améliore la fonction hépatique (diminution des lipides et de l’inflammation hépatique) et préserve l’axe intestin-foie (restauration du groupe Bacteroides/Prevotella dans la muqueuse colique, diminution de l’inflammation intestinale et augmentation de l’expression de la Claudine 1) mais ne permet pas de prévenir l’ensemble des altérations liées au western diet. Il serait intéressant d’évaluer la relation effet/dose et l’efficacité de la Cit en association avec d’autres traitements. Par ailleurs, les mécanismes cellulaires restent à élucider. / Nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD) is a manifestation of the metabolic syndrome whose prevalence is constantly growing. Therapeutic strategies are either difficult to implement or of limited effectiveness. We studied a nutritional approach with three specific amino acids: glutamine, arginine and citrulline (Cit) for their pharmaconutrient properties. In a model of moderate fructose-induced NAFLD, citrulline alone (1 g/kg/day) improved lipid metabolism. However, the study of the kinetics of NAFLD suggested a protective effect of nitrogen supply by itself. The specific effect of Cit compared to that of nitrogen (NEAAs) has been determined in a model of 8 week fructose diet-induced NAFLD. This has confirmed the protective effect of Cit and NEAAs. However, Cit exerted a specific effect on the expression of Fas and SREBP1c and improves peripheral Arg availability, an important component of insulin sensitivity. Steatosis was associated with loss of lean mass, suggesting AA oxidation at the expense of muscle anabolism, and lipid accumulation causing steatosis and visceral fat gain; Cit and NEAAs by acting on NAFLD would prevent this effect of fructose. We then evaluated the effects of Cit in a model of more severe steatosis induced by western diet. Cit improved liver function (reduced fat and liver inflammation) and protected the liver-gut axis (restoration of Bacteroides/Prevotella group in the colonic mucosa, decreased intestinal inflammation and increased expression of claudin 1) but did not prevent all western diet-induced alterations. It would be interesting to assess the dose/effect relationship and the effectiveness of Cit in combination with other treatments. Furthermore, the cellular mechanisms remain to be elucidated.

La qualité des lipides des préparations pour nourrissons est primordiale, notamment en termes d’acides gras polyinsaturés (AGPI) comme l’acide arachidonique (ARA) et docosahexaénoïque (DHA). Ces derniers pourraient favoriser le développement neurosensoriel de l’enfant. Nous avons ainsi évalué 4 standards commerciaux contenant des lipides végétaux ou laitiers et supplémentés ou non en ARA/DHA, sur le développement neurosensoriel au travers d’un modèle d’allaitement artificiel « pups in the cups ». En TEP-cs, nous observons que la supplémentation en ARA/DHA permet de normaliser le fonctionnement cérébral.L’exploration des lipides tissulaires indique des différences en DHA particulièrement bas avec l’allaitement en lipides végétaux purs. Nous proposons un algorithme de prédiction du DHA cérébrale et oculaire via les profils en acides gras érythrocytaires. Dans ces tissus un tiers des espèces à DHA sont affectées et corrélées à l’activité cérébrale. Les neuromédiateurs issus de l’AL, ARA, DHA par la voie LOX sont impactés ainsi que la distribution spatiale en DHA en IMS. Les autres données omiques soulignaient l’impact des interactions fond lipidique x ajout DHA/ARA (transcriptomique) ou fond lipidique (métabolomique) sur la régulation du métabolisme cérébral impactant le métabolisme neuronal et le métabolisme cérébral du microbiote probablement via l’axe de signalisation intestin-cerveau. Nous identifions alors un métagénome sensible à l’ajout DHA/ARA corrélé à la fonction cérébrale. Enfin, des modifications épigénétiques (méthylation du génome et miARN) touchant le groupe FC suggèrent potentiellement un impact à long terme. / The quality of lipids in infant formula is essential, especially in terms of polyunsaturated fatty acids (PUFAs) such as arachidonic acid (ARA) and docosahexaenoic acid (DHA). These could promote the neurosensory development of the child. We thus evaluated 4 commercial standards containing plant or dairy lipids and supplemented or not with ARA / DHA, on the neurosensory development through an artificially feeding model "pups in the cups". In PET-cs, we observe that the supplementation in ARA / DHA makes it possible to normalize the cerebral functioning. The exploration of tissue lipids indicates differences in DHA which are particularly low with pure plant lipids intake. We propose an algorithm for predicting cerebral and ocular DHA via erythrocyte fatty acids profiles. In these tissues one-third of the DHA species are affected and correlated with brain activity. The neuromediators resulting from AL, ARA, DHA by the LOX pathway are impacted as well as the spatial distribution of DHA in IMS imaging. Other omics data underlined the impact of lipid background x combination DHA / ARA (transcriptomics) or lipid background (metabolomics) on the regulation of cerebral metabolism impacting neuronal metabolism and brain metabolism of the microbiota probably through the signalling of gut-brain axis. We then identify a metagenome sensitive to the addition of DHA / ARA correlated to brain function. Finally, epigenetic modifications (methylation of the genome and miRNA) affecting the FC group potentially suggest a long-term impact.

Le microbiote intestinal joue un rôle primordial dans l’homéostasie du tractus gastro-intestinal, et plus généralement dans celle de son hôte. A ce titre, de nombreuses pathologies humaines sont associées à une dysbiose de ce microbiote intestinal, tels que les cancers colorectaux, les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI), les troubles du métabolisme ou encore les maladies auto-immunes. Ces pathologies ont une étiologie mal connue et multifactorielle dans laquelle l’environnement semble jouer un rôle clé. Des études récentes ont ainsi mis en évidence un lien entre la pollution atmosphérique et des pathologies humaines telles que les MICI. Parmi les différentes substances polluantes répertoriées, le benzo[a]pyrène (BaP), qui fait partie de la famille des hydrocarbures aromatiques polycycliques, est soumis à une surveillance accrue en raison de ses effets toxiques sur la santé humaine. De par ses propriétés pro-inflammatoires et mutagènes, le BaP pourrait modifier la composition du microbiote intestinal, induisant alors à une réponse inflammatoire et à une altération des fonctions intestinales. Dans le cadre de ce travail de thèse, une surexposition orale et chronique au BaP en modèle murin a conduit à une inflammation modérée principalement au niveau de la muqueuse iléale. L’analyse des amplicons du gène codant l’ARNr 16S a mis en évidence des modifications de la composition et de l’abondance relative des communautés bactériennes fécales et associées à la muqueuse intestinale avec notamment une augmentation et une diminution des taxa pro et anti-inflammatoires respectivement. Ainsi, dans des conditions de susceptibilité génétique et/ou en association avec d’autres facteurs environnementaux, l’exposition à ce polluant pourrait déclencher et/ou accélérer le développement de pathologies inflammatoires. L’identification des potentialités métaboliques des différentes populations bactériennes caractérisées précédemment et impactées par le polluant revêt donc un caractère primordial. La reconstruction de génomes directement à partir de l’écosystème microbien peut permettre d’établir ce lien entre structure et fonction. C’est également dans ce contexte, qu’une approche innovante de capture de gènes en solution a été développée. En effet, cette technique d’enrichissement permet de reconstruire de larges portions génomiques pouvant relier un biomarqueur phylogénétique à des gènes fonctionnels, y compris pour des populations bactériennes présentes en très faible abondance dans l’écosystème. / Gut microbiota plays a primordial role in gastro-intestinal tract and host homeostasis. Numerous pathologies are associated with a gut microbiota dysbioses, such as colorectal cancer, inflammatory bowel diseases (IBD), metabolism disorders or autoimmune diseases. The physiopathology of these diseases has multifactorial aetiology in which environmental factors seem to play a crucial role. Recent evidences have highlighted a link between air pollution and human diseases such as IBD. Among the different pollutant listed, benzo[a]pyrene (BaP), which belong to the family of polycyclic aromatic hydrocarbons, is subject to an increase surveillance due to its toxic effects on human health. By its pro-inflammatory and mutagenic proprieties, BaP could lead to modifications of gut microbiota composition, then inducing an inflammatory response and an alteration of intestinal functions. As part of this thesis, BaP subchronic oral exposure in murine model has led to a moderate inflammation mostly in ileal mucosa. The analysis of ARNr 16S amplicons has highlighted composition and abundance alterations of faecal and mucosa-associated microbiota, especially with increase and decrease of pro and anti- inflammatory taxa respectively. Thus, under conditions of genetic susceptibility and/or in association with other environmental factors, exposure to this pollutant could trigger and/or accelerate the development of inflammatory pathologies. Metabolic potential identification of different bacterial populations previously characterized and affected by the pollutant appears therefore primordial. Genome reconstruction directly from microbial ecosystem could allow to establish this link between structure and function. Also in this context, an innovative approach of gene capture in solution was developed. Indeed, this enrichment technique allows to reconstruct large genomic portions that could link phylogenetic biomarker and functional genes, including for bacterial populations present at very low abundance in the ecosystem.

Les pesticides utilisés pour protéger les plantes des insectes nuisibles constituent une menace pour les organismes non cibles tels que les vers de terre. En raison de leur activité de bioturbation de sol, les vers de terre sont en contact direct avec les particules et les micro-organismes du sol, ainsi qu'avec les polluants, notamment les pesticides. L‘objectif de ce travail est d‘étudier (1) l‘effet d‘un organophosphoré (OP) «éthyl-parathion» sur la sensibilité de deux espèces de vers de terre endogés, Aporrectodea caliginosa et Allolobophora chlorotica; et (2) le rôle du microbiote intestinal, en synergie avec les voies de détoxification du ver de terre, dans la tolérance ou la détoxification des pesticides. Dans la première partie, les réponses biochimiques et comportementales ont montré que A. caliginosa est plus sensible à l'exposition à «l‘éthyl-parathion» que A. Chlorotica. Les résultats portent sur l‘analyse de biomarqueurs physiologiques (poids), biochimiques (AChE, CbEs, GST) et comportementaux (production de turricules et activité de creusement). Nous avons montré que la sensibilité de A. caliginosa semble liée à la sensibilité intrinsèque de l‘AChE à «l‘éthyl-parathion». De plus, le rôle des carboxylestérases, capables de piéger les insecticides OP, ainsi que le rôle de détoxification des GST notamment, ne semblaient pas être des mécanismes efficaces impliqués dans la tolérance de A. chlorotica. Dans la deuxième partie, nous avons caractérisé, en présence ou non d‘insecticide, le microbiote dans le sol ingéré, les turricules et les intestins des 2 vers de terre. Nos résultats ont montré des différences dans la composition microbienne de ces compartiments. A cet égard, nous avons suggéré que chacune de ces espèces hébergent un microbiote spécifique de l‘espèce dans leur intestin. Nos résultats ont notamment montré que l‘intestin du ver de terre agit comme un «filtre biologique» pour les communautés microbiennes ingérées lors du passage dans l‘intestin. A ce niveau, nous avons identifié, au niveau bactérien, quatre genres dominants dans l'intestin de A. caliginosa et deux genres dominants dans l'intestin de A. chlorotica. Nous avons notamment identifié une souche de Rhodococcus, très abondante dans l'intestin de A. chlorotica. Des études ont montré que des souches de Rhodococcus peuvent dégrader certains groupes de pesticides. Nous suggérons que la présence de cette souche pourrait contribuer à la tolérance de A. chlorotica. Enfin, nous avons montré que l‘effet de l‘éthyl-parathion sur les activités enzymatiques du sol dépend principalement de la texture du sol et non pas de la présence et/ou de l‘espèce de ver de terre.Selon nos conclusions, il est extrêmement important d'inclure plus d'une espèce pour évaluer la toxicité des insecticides organophosphorés, en raison des différences interspécifiques pouvant se produire au sein d'une même catégorie écologique. De plus, l'identification et l'analyse fonctionnelle des micro-organismes présents au niveau de l‘intestin et susceptibles d'intervenir dans la détoxication des pesticides permettraient d‘améliorer nos connaissances sur le devenir du pesticide dans l'organisme et pourraient constituer un outil important dans les programmes de bioremédiation. / Pesticides used to protect plants from pests, threat grievously non-target organisms such as earthworms. Due to their feeding and burrowing activities, earthworms are in direct contact with soil particles and microorganisms, as well as pollutants including pesticides. This work investigated (1) the effect of an organophosphate “ethyl-parathion” on the sensitivity of two endogeic earthworms’ species, Aporrectodea caliginosa and Allolobophora chlorotica; and (2) the role of the gut-microbiota, in synergy with the earthworm’s detoxification pathways, in pesticide tolerance or detoxification. In the first part, biochemical and behavioral responses showed that A. caliginosa is more sensitive to “ethyl-parathion” exposure than A. chlorotica. The endpoints measured ranged from physiological (weight), biochemical (AChE, CbEs, GST) to behavioral biomarkers (cast production and burrowing activity). Our findings showed that the sensitivity of A. caliginosa could be mainly due to the intrinsic sensitivity of its AChE to “ethyl-parathion”. The role of the carboxylesterases, acting as bioscavenger of OP, and the role of the detoxifying enzymes GST did not appear to be efficient mechanisms involved in A. chlorotica tolerance. In the second part, we aimed to characterize the microbiome within the ingested soil, the cast and the gut tissue of A. caliginosa and A. chlorotica in control or polluted soils. Our results showed differences in the microbial composition between these compartments. In this line, we suggested that these two earthworms’ species harbor a species-specific microbiome in their gut. In particular, our findings showed that the earthworm’s gut acts as a “biological filter” for ingested microbial communities during the gut passage. At the level of the gut, we identified four dominated genus within the gut of A. caliginosa versus two dominated genus in the gut of A. chlorotica. Notably, we identified a Rhodococcus strain, which is highly abundant in the gut of A. chlorotica. Previous studies reported Rhodococcus strains for their ability to degrade some group of pesticides. We suggest that the presence of this strain could contribute to the tolerance of A. chlorotica. Finally, we showed that the effect of ethyl-parathion on soil enzyme activities mainly depend on soil texture rather than the presence and/or the species of earthworms. According to our findings, it is of considerable importance to include more than one species to assess toxicity from organophosphorus insecticides, due to the interspecific differences that can occur within the same ecological category. Moreover, the identification and the functional analysis of the microorganisms found in the earthworm’s gut and able to intervene in pesticide detoxification could enhance our knowledge about the fate of the pesticide inside the organism, and could be an important tool for bioremediation program.