D’étiologie inconnue, les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin, telles que la maladie de Crohn ou la rectocolite hémorragique, semblent résulter d’une réaction immunitaire inappropriée vis-à-vis de la flore commensale chez des individus génétiquement prédisposés. De ce fait, la modulation du microbiote par des probiotiques, majoritairement des bactéries lactiques commensales (lactobacilles et bifidobactéries), représente une alternative thérapeutique intéressante et a déjà conduit à un certain nombre d’essais cliniques concluants. Cependant, les effets thérapeutiques des bactéries probiotiques se sont avérés spécifiques de la souche utilisée et les mécanismes d’action de ces micro-organismes restent encore méconnus. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés au rôle du peptidoglycane et de la voie de signalisation NOD2 dans les capacités anti-inflammatoires de certains lactobacilles probiotiques. Dans un modèle murin de colite expérimentale mimant la pathologie humaine, nous avons tout d’abord montré que les capacités protectrices de la souche anti-inflammatoire Lactobacillus salivarius Ls33 nécessitent la présence du récepteur NOD2. Ce récepteur reconnaissant les produits de dégradation du peptidoglycane, nous avons préparé du peptidoglycane hautement purifié de la souche Ls33 et montré que l’administration de ce composant, par voie intrapéritonéale ou orale, protège les souris de la colite expérimentale. Nous avons également mis en évidence que l’effet protecteur du peptidoglycane de Ls33 implique la production d’IL-10, la voie immunosuppressive de l’indoleamine 2,3-dioxygénase et le développement, au sein des ganglions mésentériques, de cellules dendritiques régulatrices CD103+ et de cellules T régulatrices CD4+FoxP3+. Nous avons montré que le peptidoglycane de Ls33 favorise, in vitro, la différentiation de cellules dendritiques naïves en cellules dendritiques productrices d’IL-10, capables de protéger, après transfert adoptif, les souris de la colite de façon NOD2-dépendante. Les capacités protectrices n’ayant pas été obtenues avec le peptidoglycane de la souche non anti-inflammatoire L. acidophilus NCFM, nous avons ensuite réalisé une analyse structurale des deux peptidoglycanes. Alors que les deux souches arborent le muropeptide M-tri-Lys-D-Asn, nous avons identifié un muropeptide additionnel libéré uniquement par Ls33, le M-tri-Lys. Bien que les deux muropeptides synthétiques activent NOD2 in vitro, seule l’administration systémique du M-tri-Lys protège les souris de la colite. Cette protection est dépendante du récepteur NOD2 mais ne nécessite pas la présence de l’adaptateur principal des récepteurs de type Toll ou TLR, MyD88. En conclusion, nos résultats indiquent que le peptidoglycane et certains de ses dérivés sont des composants actifs dans la fonctionnalité des lactobacilles probiotiques et représentent une nouvelle stratégie thérapeutique pour le traitement des maladies inflammatoires chroniques de l’intestin. / N genetically susceptible individuals, an inappropriate mucosal immune responseagainst the intestinal microbiota appears to be the principal mechanism leading to thepathogenesis of (including Crohn’s disease and ulcerativecolitis). Therefore, modulation of the luminal contents with probiotics, mainly represented bycommensal lactic acid bacteria (lactobacilli and bifidobacteria), represents an attractivetherapeutic alternative and has already led to successful clinical trials. However, theprotective effect of probiotic bacteria clearly depends on the strains used and the precisemechanisms of action of these microorganisms are still unknown.In this study, we investigated the role of peptidoglycan and NOD2 signalling in the antiinflammatorycapacity of selected probiotic lactobacilli.In a mouse model of experimental colitis mimicking human pathology, we first showedthat the protective capacity of the anti-inflammatory strain Lactobacillus salivarius Ls33require NOD2 signalling. Since this receptor senses peptidoglycan degradation products, weprepared highly purified peptidoglycan from Ls33 and showed that systemic as well as oraladministration of this component was able to rescue mice from experimental colitis. We alsodemonstrated that the protective effect of Ls33 peptidoglycan involved the production of IL-10, the immunosuppressive indoleamine 2,3-dioxygenase pathway and the expansion ofregulatory CD103+ dendritic cells and CD4+FoxP3+ regulatory T cells within mesentericlymph nodes. Furthermore, we showed that the IL-10-producing dendritic cells induced byLs33 peptidoglycan in vitro were able to protect mice from colitis in a NOD2-dependentmanner after adoptive transfer.Since the observed anti-inflammatory properties were not obtained with peptidoglycanderived from the non-anti-inflammatory strain L. acidophilus NCFM, we conducted astructural analysis of the two peptidoglycans. While the two strains exhibited the M-tri-Lys-DAsnmuropeptide, we identified an additional muropeptide released exclusively by Ls33, theM-tri-Lys. Although both synthetic muropeptides activated NOD2 in vitro, only systemicadministration of M-tri-Lys protects mice from colitis. This protective effect was NOD2-dependent but did not require the presence of MyD88, the main adapter used by Toll-likereceptors.In conclusion, our results indicate that purified peptidoglycan and specific derivedmuropeptides are active components in probiotic lactobacilli functionality and represent anew therapeutic strategy for treating inflammatory bowel diseases.

L'objectif de ce projet était de déterminer les effets du seigle hybride dans l'alimentation des truies gestantes sur leurs performances reproductrices à la parturition et au sevrage ainsi que sur leur microbiote et celui de leurs porcelets. À cette fin, 245 truies ont été réparties en 4 traitements alimentaires de la saillie jusqu'à la 1$^\textup{ére}$ semaine de lactation. Les régimes étaient : Témoin : maïs, drêche de maïs, tourteau de soja (10 % NDF) ; Fibre : maïs, drèche de maïs plus écaille d'avoine et remoulage de blé (20 % NDF) ; Seigle 30 % : seigle, maïs, drèche de maïs, remoulage de blé, écaille d'avoine (20 % NDF); Seigle 60 % : seigle, drèche de maïs, écaille d'avoine (20 % NDF). Aux 28 et 110$^\textup{ème}$ jours de gestation des prélèvements sanguins ont été effectuées sur les truies. Des prélèvements fécaux ont été effectués 7 jours après la parturition sur les truies et trois porcelets par portée. Aucun effet sur les performances reproductrices n'a été signalé, à l'exception du pourcentage de mort-nés et du pourcentage de morts naissance-24h, qui ont été réduit et augmenté par le traitement Fibre (P < 0,05). Pour les truies, seulement le gain de l'épaisseur de gras dorsal en gestation était plus faible pour le traitement Seigle30 (P < 0,05), respectivement. Aucun impact des traitements n'a été observé pour le gain de la portée au sevrage. Parmi les analyses sanguines effectuées, seulement le propionate et le butyrate avant la mise-bas étaient plus élevés pour le Seigle60 (P < 0,05). L'analyse du microbiote a montré que les porcelets du groupe Témoin avait une alpha diversité inférieure aux autres traitements (P < 0,05). Les traitements Fibre, Seigle30 et 60 ont mené une augmentation des *Prevotellaceae* chez la truie ce qui a mené à une hausse de cette famille chez leurs porcelets (P < 0,05). En conclusion, l'ajout de 30 ou 60 % de seigle à l'alimentation de la truie pendant la gestation et le début de la lactation n'a pas affecté les performances de reproduction des truies à la mise-bas ou au sevrage mais la supplémentation en fibre provenant du seigle en gestation a modifié le microbiote des truies et son établissement chez leurs porcelets en début de lactation.

L’étude du microbiote digestif a connu un regain d’intérêt au début des années 2000, avec l’avènement des techniques moléculaires. La culturomics a démontré sa complémentarité depuis 2010 en réduisant une partie des biais des méthodes moléculaires. Une revue sur les techniques d’étude du microbiote digestif et l’analyse du microbiote des sujets africains. Les études de métagénomique en Afrique ont révélé une augmentation de la biodiversité, en particulier des Spirochaetes et des Prevotella chez les africains par rapport aux occidentaux. Sur les 1162 bactéries isolées par culturomics, 476 n'étaient pas africaines, 445 étaient communes et 241 étaient d’origine africaine dont 68 nouvelles espèces. Pour ma participation au travail de culturomics, 102750 colonies testées par MALDI-TOF,ont permis d'identifier 377 espèces incluant 40 nouvelles espèces,17 nouveaux genres et 2 nouvelles familles.Ces nouvelles espèces ont été décrites par taxonogenomics ou new species announcement.Les archaea méthanogènes ont une prévalence de 97,4% pour M. smithii et associés à des pathologies comme l’abcès du cerveau,les parodontites etc. La culture est fastidieuse et nécessitait une source extérieure d’hydrogène. Sous enceinte anaérobie, nous avons cultivé avec succès M. smithii à partir d’un milieu de culture liquide inoculé d’échantillon de selle. L’isolement en culture pure a été un succès sur milieu gélosé en réalisant une coculture avec Bacteroides thetaiotaomicron. Nous avons aussi testé avec succès la coculture de M. smithii avec d’autres bactéries productrices d’hydrogène connues. Les tests de chromatographie en phase gazeuse montraient que ces souches produisaient de l’hydrogène. / The study of the digestive microbiota was a renewed interest in the early 2000s, with the advent of molecular techniques. The culturomics has demonstrated its complementarity since 2010 by reducing some of the biases of molecular methods. A review on the techniques of studying the digestive microbiota and the analysis of the microbiota of African subjects. Metagenomic studies in Africa have revealed an increase in biodiversity, especially Spirochaetes and Prevotella among Africans compared to Westerners. Of the 1162 bacteria isolated by culturomics, 476 were non-African, 445 were common, and 241 were of African origin, including 68 new species. For my participation in the work of culturomics, 102750 colonies tested by MALDI-TOF, identified 377 species including 40 new species, 17 new genera and 2 new families. These new species have been described by taxonogenomics or new species announcement.Methanogenic archaea have a prevalence of 97.4% for M. smithii and associated with pathologies such as brain abscess, periodontitis and so on. The cultivation is tedious and required an external source of hydrogen. Under anaerobic enclosure, we successfully cultivated M. smithii from a liquid culture medium inoculated with a stool sample. The isolation in pure culture was a success on agar medium by performing a coculture with Bacteroides thetaiotaomicron. We have also successfully tested the co-culture of M. smithii with other known hydrogen-producing bacteria. Gas chromatographic tests showed that these strains produced hydrogen.

Le microbiote intestinal est constitué d’un écosystème complexe de microorganismes appartenant à différents règnes. Cependant, la majorité de ces microorganismes sont d’origine bactérienne. Par conséquent, de nombreuses études, y compris la présente, se concentrent sur l’étude des communautés bactériennes. Les microorganismes ont développé une relation mutualiste avec le corps humain et agissent de plusieurs manières sur sa santé. Une perturbation du microbiote intestinal, nommée dysbiose, est reliée au développement d’une multitude de problèmes de santé chez diverses espèces animales. La transplantation de microbiote fécal suscite l’intérêt dans le domaine de la médecine vétérinaire. La préparation et l’entreposage affectent la composition et la viabilité bactérienne des fèces destinées à la transplantation de microbiote fécal (TMF). Jusqu’à présent, il demeure l’absence d’un protocole vétérinaire pour effectuer la préparation et l’entreposage des transplants fécaux canins. Par conséquent, l’objectif de cette étude était de comparer la viabilité bactérienne d’échantillons fécaux en présence et en absence d’oxygène et d’effectuer la congélation à l’aide de deux cryoprotecteurs différents. Les hypothèses de ce projet étaient les suivantes : la préparation des échantillons en absence d’oxygène préservera la viabilité bactérienne, l’utilisation d’un cryoprotecteur contenant des antioxydants pour la congélation générera le meilleur taux de viabilité, et le microbiote de chaque individu n’aura pas la même capacité à résister aux effets de la préparation et de l’entreposage. Les fèces de 10 chiens en santé ont été collectées et immédiatement transférées à l’intérieur d’une chambre anaérobique. Des aliquotes de 1,8 g ont été diluées dans 7,2 ml d’un cryoprotecteur contenant du glycérol à 10% (Gly) ou des antioxydants (Cryo). Les échantillons ont été homogénéisés et filtrés en condition aérobique (Ae) et en condition anaérobique (An) à l’intérieur d’une chambre anaérobique, simulant la préparation de la TMF. Les échantillons ont été congelés à -20 °C durant 90 jours (F) pour l’évaluation des effets de l’entreposage. La viabilité bactérienne des échantillons a été déterminée à l’aide de la cytométrie de flux. L’analyse de la composition bactérienne chez les 10 donneurs de matières fécales a été réalisée par le séquençage de la région V4 du gène de l’ARNr 16S à l’aide de la plateforme Illumina MiSeq. Les échantillons non congelés, préparés en absence d’oxygène et dilués avec Cryo présentaient les plus grands taux de viabilité (66,78 %) par rapport aux autres groupes (p < 0,05). Les échantillons exposés à l’oxygène avaient une viabilité bactérienne inférieure (p < 0,01). Toutefois, les échantillons dilués avec Cryo présentaient une viabilité plus élevée (65,26 %) que les échantillons dilués dans Gly (55,20 % ; p < 0,001) en présence d’oxygène. La viabilité bactérienne a diminué en raison de la congélation des échantillons (p < 0,001). L’ensemble des échantillons frais avaient une viabilité médiane de 62,23 % et, à la suite de la congélation, elle était de 22,68 %. Cependant, les échantillons congelés à l’aide de glycérol avaient une viabilité plus élevée (30,61 % ; p < 0,001). Le genre Prevotella était fortement corrélé à la viabilité (R = 0,731 ; p < 0,05, R = 0,756 ; p < 0,05, R = 0,834 ; p < 0,01, R = 0,752 ; p < 0,05). Ces résultats indiquent que la viabilité bactérienne est optimale lors de l’utilisation de matières fécales en absence d’oxygène et lors d’une dilution à l’aide d’un cryoprotecteur contenant des antioxydants. La congélation a significativement réduit la viabilité bactérienne, mais le glycérol semble mieux préserver les bactéries. La présence de certaines espèces plus résistantes et l’impact de la composition du microbiote sur l’efficacité de la TMF nécessitent une enquête plus approfondie. / The intestinal microbiota is made up of a complex ecosystem of microorganisms belonging to different kingdoms. However, bacterial cells are much more numerous. Therefore, many studies, including the present one, focus on the study of bacterial communities. Microorganisms have developed a mutualistic relationship with the animal body and act in several ways on its health. A disturbance of the intestinal microbiota, called dysbiosis, is linked to the development of a multitude of health problems in various animal species. There is an emerging interest in the transplantation of fecal microbiota in veterinary medicine. Preparation and storage affect the quality of transplants intended for faecal microbiota transplantation (FMT). Considering the absence of a protocol in veterinary medicine, the objective of this study was to optimize bacterial viability during the preparation and storage of canine fecal transplants. The hypotheses of this project were that the preparation of samples in the absence of oxygen will preserve bacterial viability, that the use of a cryoprotectant containing antioxidants for freezing will yield the best viability rate and the microbiota of individuals does not have the same ability to withstand the effects of preparation and storage. Feces from ten healthy dogs were collected, and immediately transferred inside an anaerobic chamber. Aliquots of 1.8 g were diluted in 7.2 ml of a cryoprotectant containing glycerol (Gly) or antioxidants (Cryo). The samples were homogenized and filtered, simulating the TMF preparation. To evaluate the impact of oxygen on bacterial viability, the procedures were performed outside (Ae) and inside (An) the anaerobic chamber. Samples were frozen at -20°C for 90 days (F) to evaluate effect of freezing. The bacterial viability of samples was determined using flow cytometry. Analysis of the bacterial composition was performed by sequencing the V4 region of the 16S rRNA gene, using the Illumina MiSeq platform. Fresh samples prepared under anaerobiosis and diluted with Cryo had the highest viability (66.78%) compared to the other groups (p < 0.05). Bacterial viability was affected by oxygen (p < 0.01) but solutions prepared with Cryo had higher viability (65.26%) than samples diluted in Gly (55.20%; p < 0.001). Freezing decreased bacterial viability from 62.23% to 22.68% (p < 0.001). However, samples frozen using glycerol showed higher viability (30.61%; p < 0.001). The genus Prevotella was strongly correlated with viability (R = 0.731; p < 0.05, R = 0.756; p < 0.05, R = 0.834; p < 0.01, R = 0.752; p < 0.05). These results show that bacterial viability is optimal when preparing feces under anaerobic conditions and using a cryoprotectant containing antioxidants. If freezing is necessary, glycerol seems to preserve the bacteria better. The presence of some more resilient species and the impact of microbiota composition on the efficacy of TMF requires further investigation.

Le tube digestif héberge une communauté microbienne complexe, le microbiote intestinal, dont les capacités métaboliques sont plus riches et diversifiées que celles codées par le génome de l'hôte. L'implication du microbiote intestinal dans divers aspects de la physiologie de l'hôte, comme le métabolisme nutritionnel et l'immunité, est depuis longtemps étudiée. En revanche, l'action potentielle du microbiote sur le développement et le fonctionnement du cerveau constitue une nouvelle piste de recherche, encore peu explorée. Dans ce contexte, nous avons réalisé une première étude générale de l'action du microbiote intestinal sur le cerveau en comparant les fonctions sensori-motrices, le comportement de type anxieux, l'état d'activation de l'axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien et le profil cérébral des monoamines de rats F344 axéniques et conventionnels. Les résultats révèlent que, chez cette lignée particulièrement sensible au stress, l'absence de microbiote intestinal exacerbe le comportement de type anxieux et la réponse hormonale au stress, et atténue le métabolisme dopaminergique cérébral. Afin d'étudier par quel moyen le microbiote peut agir sur le cerveau, une seconde étude a été menée, ciblant un métabolite bactérien spécifique, l’indole, dont certains dérivés oxydés par le foie sont connus pour avoir des propriétés neuroactives. L'indole est un métabolite naturel du microbiote intestinal, dont la surproduction pourrait survenir lors d'une dysbiose du microbiote. Deux cas de surproduction ont été modélisés : chronique et aiguë. Dans les deux cas, des modifications importantes du comportement de l'hôte ont été observées. En situation de surproduction chronique, l'indole favorise des comportements de type anxieux et dépressif, tandis qu'une surproduction aiguë a un effet sédatif marqué. D'un point de vue mécanistique, nous confirmons que l’indole peut agir sur le système nerveux central par la voie sanguine impliquant les dérivés oxydés et montrons pour la première fois qu'il peut aussi agir en activant les noyaux cérébraux du nerf vague. / The gastro-intestinal tract hosts a complex microbial community, the gut microbiota, whose collective genome coding capacity vastly exceeds that of the host genome. The involvement of the gut microbiota in various aspects of the host physiology, such as the nutritional metabolism and the immunity, has long been studied. In contrast, the possible action of the gut microbiota on brain development and functioning is a new line of research, still poorly explored. In this context, we performed a first general study of the effect of gut microbiota on the brain by comparing the sensory-motor functions, the anxiety-like behaviour, the activation of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis and the brain monoamine profile in germ-free and conventional F344 rats. The results show that, in this particularly stress-sensitive strain, absence of gut microbiota exacerbates the anxiety-like behaviour and neuroendocrine response to stress, and reduces brain dopamine metabolism. To investigate the means by which the microbiota can affect the brain, a second study was conducted, targeting a specific bacterial metabolite, indole, whose oxidative derivatives, produced by the liver, are known to have neuroactive properties. Indole is a natural metabolite of the gut microbiota, whoseoverproduction could occur during a microbiota dysbiosis. Two conditions of overproduction, namely chronic and acute, were modelled. In both cases, significant changes in the behaviour of the host were observed. In chronic overproduction, indole promotes anxiety- and depressive-like behaviours, while acute overproduction has a marked sedative effect. From a mechanistic point of view, we confirm that indole can act on the central nervous system through its oxidized derivatives and show for the first time that it can also act by activating the brain nuclei of the vagus nerve.

Le microbiote digestif humain joue un rôle essentiel et bénéfique pour son hôte mais il est également impliqué dans un nombre croissant de pathologies. Les connaissances sur la composition de cet écosystème ont récemment été révolutionnées grâce à l’utilisation de techniques moléculaires. Cependant, ces techniques comportent des limites importantes. C’est ainsi que le concept de « culturomique » a été introduit ; il consiste en la multiplication de milieux et conditions de culture et l’identification rapide de colonies bactériennes par spectrométrie de masse (MALDITOF) ou par amplification et séquençage du gène de l’ARN ribosomal 16S. Dans la première partie de ce travail, nous avons mis en évidence une association entre la présence de Clostridium butyricum dans les selles et la survenue d’entérocolite ulcéro-nécrosante que ce soit par méthodes de pyroséquençage et culture ou par PCR quantitative en temps réel spécifique de C. butyricum; identifié après séquençage du génome complet de toutes nos souches de C. butyricum, la présence du gène de la β-hémolysine (toxine). Dans la deuxième partie de ce travail, nous avons montré par cuturomique que les bactéries à Gram-négatif (BGN) étaient fréquemment disséminées au sein du microbiote cutané transitoire des patients hospitalisés en réanimation ; le réservoir serait essentiellement digestif. En conclusion, le microbiote digestif constitue un réservoir sousestimé de bactéries pathogènes. La microbiologie moderne incluant les nouvelles méthodes de culture permet d’étendre de manière considérable les connaissances sur la composition de cet écosystème et son implication en pathologie humaine. / He human gut microbiota plays an important and beneficial role in its host but it is also involved in a growing number of diseases. Knowledge of the composition of this ecosystem have recently been revolutionized by the use of molecular techniques. However, these techniques have significant limitations. Thus, the concept of "culturomics" has been introduced; it consists of the multiplication of culture conditions and the rapid identification of bacterial colonies by mass spectrometry (MALDI-TOF) or by PCR 16S RNA gene sequencing. In the first part of this work, we have demonstrated an association between the presence of Clostridium butyricum in the stool and the occurrence of necrotizing enterocolitis whether by pyrosequencing methods and Culture or by quantitative PCR specific real time C. butyricum; identified after sequencing the complete genome of all our strains of C. butyricum, the presence of the gene of β-hemolysin (toxin). In the second part of this work, we showed by cuturomics that Gram-negative bacteria (BGN) were frequently spread out over the transitional skin microbiota of patients hospitalized in intensive care; the reservoir would essentially digestive. In conclusion, the gut microbiota is an underestimated reservoir of pathogenic bacteria. Modern microbiology including new culture-based methods is currently extending exponentially our knowledge on gut microbiota giving rise to new insights into the pathogenesis or the transmission of infectious diseases.

Célèbres depuis l'accident de Seveso en 1976, les dioxines/furanes (PCCD/F) restent, malgré une forte baisse de leurs émissions, un sujet de préoccupation permanent en France et dans le monde. Le rémanence de ces composés organochlorés dans le sol et le risque toxique qu'ils représentent pour l'homme et l'environnement font que la gestion et la remédiation des sols contaminés par les PCDD/F sont devenues une priorité des industriels, législateurs et scientifiques. La phytoremédiation compte parmi les méthodes émergentes de dépollution des sols contaminés en raison de son adéquation avec le développement durable. Elle combine les capacités naturelles des plantes et de leur microbiote rhizosphérique à biodégrader les polluants organiques. Cependant, l'efficacité de cette phytotechnologie est encore souvent limitée, en particulier lorsqu'il s'agit de composés chlorés, à cause de leur récalcitrance, de leur phytotoxicité et leur faible biodisponibilité dans le sol. Ainsi, l'objectif de ce travail de thèse a consisté à étudier les performances de la phytoremédition assistée, en particulier par les champignons mycorhiziens arbusculaires, d'un sol agricole historiquement pollué par les PCDD/F prélevé sur une parcelle expérimentale située à proximité d'un ancien incinérateur. L'ensemble des résultats obtenus mettent en évidence, en particulier, le potentiel de deux espèces végétales, la luzerne et la fétuque, dans la rhizodégradation des PCCDD/F. La végétalisation du sol permet de moduler les communautés microbiennes du sol (bactéries, Archées et champignons) et notamment celles qui semblent impliquées dans la dissipation des PCCDD/F. En revanche, bien que la mycorhization agisse sur les communautés microbiennes du sol, celle-ci n'a pas eu d'impact, dans nos conditions expérimentales, sur la dissipation des PCCDD/F quelles que soit l'origine de l'inoculum utilisé et les espèces mycorhiziennes qui le compose. La dégradation de ces composés organochlorés est plus marquée dans un sol préalablement stérilisé, puis recolonisé par certaines communautés microbiennes spécifiques, impliquées dans la dissipation des PCCDD/F. L'utilisation combinée d'un mélange de rhamnolipides avec l'introduction dans le sol d'une bactérie Sphingomonas wittichii RWI, décrite pour ses capacités de dégradation des PCCDD/F, permet d'accroitre l'efficience de la rhizodégradation des PCDD/F qui se traduit par une baisse significative de la cytotoxicité du sol après phytoremédiation. / Famous since the Seveso accident in 1976, dioxins/furans (PCCD/F) remain, despite a sharp decline in emissions, a subject of permanent concern in France and in the world. The remanence of these organochlored compounds in soil and the toxic risk they represent for humans and the environment mean that the management and remediation of PCDD/F contaminated soil has become a priority for industrialists, legislators and scientists. Phytoremediation is one of the emerging depollution methods of contaminated soils due to Its suitability for sustainable development. It combines the natural capacities of plants and their rhizospheric microbiota to biodegrade organic pollutants. However, the effectiveness of this phytotechnology is still often limited, especially in the case of chlorinated compounds, due to their recalcitrance, phytotoxicity and low bioavailability in the soil. Thus, the thesis aims to study the performance of assisted phytoremission, in particular by mycorrhizal fungi, of an agricultural PCDD / F based-polluted soil from an experimental plot near an old incinerator. The results obtained show the potential of two plant species, alfalfa and tall fescue, in the rhizodegradation of PCCDD/F. Soil vegetation shows to modulate soil microbial communities (bacteria, archaea and fungi) includind those that appear to involved in the dissipation of the PCCDD/F. On the other hand, although mycorrhization affects soil microbial communities, it has not had any impact on the dissipation of PCCDD/F in our experimental conditions, whatever the inoculums origin and the mycorrhizal species which compose it. The degradation of these organochlorined compounds is more significant in a previously sterilized soil and then recolonized by specific microbial communities involved in the PCCDD/Fdissipation. The combined use of rhamnolipids mixture and Sphingomonas wittichii RWI bactrerium described for its degradation capabilities of PCCDD/F makes it possible to increase the efficiency of PCDD/F rhizodegradation which results in a significant decrease in soil cytotoxicity after phytoremediation.

Le tube digestif héberge une communauté microbienne complexe, le microbiote intestinal, dont les capacités métaboliques sont plus riches et diversifiées que celles codées par le génome de l'hôte. L'implication du microbiote intestinal dans divers aspects de la physiologie de l'hôte, comme le métabolisme nutritionnel et l'immunité, est depuis longtemps étudiée. En revanche, l'action potentielle du microbiote sur le développement et le fonctionnement du cerveau constitue une nouvelle piste de recherche, encore peu explorée. Dans ce contexte, nous avons réalisé une première étude générale de l'action du microbiote intestinal sur le cerveau en comparant les fonctions sensori-motrices, le comportement de type anxieux, l'état d'activation de l'axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien et le profil cérébral des monoamines de rats F344 axéniques et conventionnels. Les résultats révèlent que, chez cette lignée particulièrement sensible au stress, l'absence de microbiote intestinal exacerbe le comportement de type anxieux et la réponse hormonale au stress, et atténue le métabolisme dopaminergique cérébral. Afin d'étudier par quel moyen le microbiote peut agir sur le cerveau, une seconde étude a été menée, ciblant un métabolite bactérien spécifique, l'indole, dont certains dérivés oxydés par le foie sont connus pour avoir des propriétés neuroactives. L'indole est un métabolite naturel du microbiote intestinal, dont la surproduction pourrait survenir lors d'une dysbiose du microbiote. Deux cas de surproduction ont été modélisés : chronique et aiguë. Dans les deux cas, des modifications importantes du comportement de l'hôte ont été observées. En situation de surproduction chronique, l'indole favorise des comportements de type anxieux et dépressif, tandis qu'une surproduction aiguë a un effet sédatif marqué. D'un point de vue mécanistique, nous confirmons que l'indole peut agir sur le système nerveux central par la voie sanguine impliquant les dérivés oxydés et montrons pour la première fois qu'il peut aussi agir en activant les noyaux cérébraux du nerf vague.

L'exsudation racinaire est connue pour avoir une influence sur le fonctionnement des communautés microbiennes, en particulier celles impliquées dans le cycle de l'azote (Haichar et al, 2012). Elle est liée à la physiologie de la plante, cette dernière pouvant être évaluée via les traits fonctionnels végétaux, permettant une classification des plantes en fonction de leur performance dans leur environnement. Ainsi, nous pouvons distinguer d'une part les espèces exploitatrices, avec une efficience de la photosynthèse élevée et une acquisition rapide de l'azote dans les sols, et d'autre part les plantes conservatrices, possédant des caractéristiques contraires (Aerts & Chapin, 1999) et des plantes intermédiaires dont les caractéristiques sont intermediaires.L'objectif de ces travaux de thèse est de déterminer l'influence de la stratégie de gestion des ressources de 6 poacées, réparties le long d'un gradient de stratégie de gestion des ressources, allant de stratégies conservatrices (Sesleria caerulea et Festuca paniculata), intermédiaires (Antoxanthum odoratum, Bromus erectus) à des stratégies exploitatrices (Dactylis glomerata et Trisetum flavescens), sur la diversité et le fonctionnement des communautés totales et dénitrifiantes. I) Dans un premier temps nous avons étudié le lien entre la stratégie de gestion de ressources des plantes et la quantité d'exsudats racinaires dans le sol adhérent aux racines (SAR). Nous avons ensuite déterminé l'influence de la quantité d'exsudats racinaire sur les activités microbiennes potentielles des communautés microbiennes du SAR (respiration et dénitrification potentielles), puis par une approche ADN-SIP (Stable Isotope Probing) couplée à du séquençage haut-débit, l'influence de l'exsudation racinaire sur la structure et la diversité des communautés bactérienne colonisant le SAR et le système racinaire. II) Dans un second temps, nous avons étudié le lien entre la stratégie de gestion des ressources des plantes et la nature des exsudats racinaires libérés au niveau du SAR et présents dans les extraits racinaires en analysant les profils des métabolites primaires chez Festuca paniculata, Bromus erectus et Dactylis glomerata, représentant respectivement des stratégies de gestion des ressources conservative, intermédiaire et exploitatrice / Root exudation is known to influence microbial communities functioning, in particular those involve in nitrogen cycle. (Haichar et al, 2012). It’s linked to plant physiology, which can be evaluated with functional traits, allowing a plant distribution in function of their performance in their environment. Thus, we can distinguish competitive species, with higher photosynthetic capacity and rapid rates of N acquisition, conservative species with the opposite characteristics (Aerts & Chapin, 1999) and intermediate plants, with intermediate characteristics.The objective of this work is to determinate the influence of nutrient management strategiy of 6 poaceae, along a strategies gradient from conservative strategy (Sesleria caerulea and Festuca paniculata), intermediate (Antoxanthum odoratum and Bromus erectus) to competitive strategy (Dactylis glomerata and Trisetum flavescens), on diversity and functioning of total and denitrifying communities.I) Firstly, we studied the link between the plant nutrient management strategy and the root exudates quantity in the root adhering soil (RAS). Then, we determined the influence of the rate of root exudation on potential microbial activities (respiration and denitrification), and with a DNA-SIP (Stable Isotope Probing) approach coupled to high-throughput sequencing, the influence of root exudation on the bacterial structure and diversity of communities colonizing the RAS and the root system. II) Secondly, we studied the link between the plant nutrient management strategy and the nature of molecules exuded in RAS and present in root extracts by analyzing primary metabolites profile to Festuca paniculata, Bromus erectus and Dactylis glomerata, respectively a conservative, an intermediate and a competitive plant. Then, we determined the influence of primary metabolites profile of each plant on semi-real denitrification of communities colonizing RAS of plants. III) Finally, an mRNA-SIP approach is in progress to determine the influence of exuded metabolites on active bacterial communities functioning and the expression of genes involved in denitrification process in RAS and root system. Our results show an influence of the nutrient management strategy on the rate of carbon exudation, the competitive plants exuding more than conservatives ones.

Le microbiote gastro-intestinal joue un rôle important dans le maintien de la santé de l’hôte. Il est composé de nombreux micro-organismes tels que des bactéries, des virus, des champignons et des archées. Cependant, la majorité de ces cellules microbiennes sont des cellules bactériennes et, pour cette raison, de nombreuses études se concentrent sur l’exploration des communautés bactériennes en particulier dans le tube gastro-digestif. Un déséquilibre de cette microbiote, appelé dysbiose, a été observé dans plusieurs pathologies telles que la diarrhée, la pneumonie, après l'administration d'antibiotiques ou une modification du régime alimentaire. L’objectif de cette étude était de caractériser la dynamique du microbiote fécal des veaux entrant dans une unité d’élevage. Cinquante veaux Holstein âgés de 8 à 14 jours et arrivant dans une unité de veaux ont été inscrits à cette étude. Des échantillons fécaux ont été collectés à l'arrivée et les jours 4, 10 et 24 après l'arrivée. Les scores fécaux, le poids des veaux et l’administration d’antibiotiques ont été enregistrés au cours de l’étude. Le séquençage a été réalisé à l'aide de la plateforme Illumina MiSeq et les données analysées à l'aide du logiciel Mothur. Contrairement aux attentes, la richesse et la diversité étaient plus élevées lorsque la proportion d'animaux diarrhéiques était plus élevée (p < 0,001) et, comme prévu, la composition et la structure du microbiote changeaient au fil des jours de collecte (p > 0,001), mais les changements n'étaient pas associés à présence ou non de diarrhée et de traitement antibiotique comme prévu, ils sont associés aux jours de prélèvement. La proportion de diarrhée (nombre de veaux diarrhéiques par jour) était numériquement plus élevée les jours 4, 10 et 24 après l'arrivée. Comme prévu, les abondances relatives de bactéries associées à la santé (par example : Bifidobacterium, Lactobacillus et Faecalibacterium) ont diminué chez les veaux diarrhéiques. Bien que l'analyse de la diarrhée et de l'utilisation d'antibiotiques ne fît pas partie des objectifs de cette étude, il y avait une tendance (p=0,09) dans le poids des animaux ayant eu la diarrhée et ayant reçu des antibiotiques. Le poids final des veaux malades ayant reçu des antibiotiques avant l'abattage étaient inférieurs par rapport au poids final des animaux qui n'étaient pas malades et n'avaient pas reçu d'antibiotiques (p=0,072). La principale limite de cette étude est le manque d'information sur l'origine des veaux avant leur arrivée à l'unité d'élevage. Cette étude contribue à une meilleure compréhension des changements microbiens liés au stress auquel sont confrontés les veaux de boucherie et pourrait servir de base à d’autres études visant à proposer des méthodes alternatives de manipulation du microbiote pour prévenir les maladies et rétablir la santé des veaux. / The gastrointestinal microbiota plays an important role in maintaining the health of the host. It is composed of many microorganisms such as bacteria, viruses, fungi, and archaea. However, the majority of these microbial cells are bacterial cells, and for that reason, many studies focus on exploring especially bacterial communities in the GIT. Imbalance of the GIT microbiota, termed dysbiosis, has been observed in several conditions such as diarrhea, pneumonia, after antibiotic administration, or diet modification. The objective of this study was to characterize the dynamics of the fecal microbiota of veal calves entering a rearing unit. Fifty Holstein calves ranging from 8-14 days of life and arriving in a veal unit were enrolled in this study. Fecal samples were collected on arrival and on days 4 ,10 and 24 after arrival. Fecal scores, calves’ weight and antibiotic administration were recorded during the study. Sequencing was performed using the Illumina MiSeq platform and data analysed using the software Mothur. Contrary to expectations, richness and diversity were higher when the proportion of diarrheic animals were higher (p<0.001), and as expected, the microbiota composition and structure changed among days of collection (p>0.001), but the changes were not associated to presence or absence of diarrhea and antibiotic treatment as expected, they are associated to the sampling days. Diarrhea proportion (number of diarrheic calves per day) were numerically higher on days 4, 10 and 24 after arrival (As expected, the relative abundances of bacteria associated to health (i.e., Bifidobacterium, Lactobacillus and Faecalibacterium) were decreased in the diarrheic calves. Although analyzing diarrhea and antibiotic usage was not one of the objectives of this study, there was a tendence (p=0.09) in the weigh of the animals that had diarrhea and received antibiotics. The final weight of the sick calves that received antibiotics before slaughter were lower when compared to the final weigh of the animals that were not sick and did not received antibiotics (p=0.072). The main limitation of this study is the lack of information about calves’ origin before arrival at the rearing unit. This study contributes to the better understanding of the microbial changes related to the stress faced by veal calves and might be the basis for further studies to propose alternative methods of microbiota manipulation to prevent disease and restore health in calves.