L’infection broncho-pulmonaire représente le problème majeur des malades atteints de la mucoviscidose. Plusieurs bactéries sont connues depuis des dizaines années comme les principaux agents responsables de ces infections (par exemple Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Burkholderia cepacia, Achromobacter xylosoxidans…). Récemment, certains genres fongiques notamment les champignons filamenteux (comme Aspergillus, Scedosporium…) ont été identifiés comme des pathogènes émergeants ou ré-émergeants pouvant être responsables d’infection invasive. Ainsi, la détection des microorganismes impliqués dans ces colonisations et/ou infections respiratoires demeure importante sur le plan physiopathologique et clinique.Si la culture microbiologique reste la méthode la plus utilisée à ce jour pour le diagnostic des infections microbiennes, elle ne permet pas d’identifier les microbes non-cultivables ou difficiles à cultiver. Depuis quelques années, grâce au développement de la technique moléculaire de séquençage à haut-débit (next generation sequencing ou NGS), plusieurs études ont montré que l’écologie microbienne du poumon des patients atteints de la mucoviscidose est très complexe et correspond à une flore poly-microbienne, appelée le microbiote pulmonaire, comprenant non seulement des bactéries mais également des micromycètes (levures et/ou champignons filamenteux) et des virus et phages. Une dysbiose (modification en abondance et diversité) de cette flore pourrait influencer la fonction respiratoire et l’état clinique du patient.Alors que le microbiome bactérien et son rôle en pathogenèse sont largement étudiés, peu d’études ont porté sur la composante fongique (mycobiote/mycobiome) du microbiote pulmonaire. Notre travail de thèse s’inscrit dans les différents projets développés au sein de l’axe de recherche « Microbiote pro- et eucaryote pulmonaire » coordonné par le Pr Laurence Delhaes dans l’équipe Biologie et Diversité des Pathogènes Eucaryotes Emergeants (BDPEE) dirigée par le Dr Eric Viscogliosi. Il se focalise sur l’analyse NGS du microbiote pro- et eucaryotique respiratoire chez les patients atteints de la mucoviscidose et notamment la comparaison de différentes approches méthodologiques en vue d’une optimisation et standardisation de la méthode.Dans un premier temps, nous présenterons une synthèse des connaissances actuelles d’une part des phénomènes de colonisations/infections fongiques chez les patients atteints de mucoviscidose et d’autre part dans le domaine du microbiote pulmonaire et surtout du mycobiote pulmonaire autour duquel notre équipe se focalise.2Dans un deuxième temps, nous avons travaillé à mieux adapter l’approche NGS aux études du microbiote pulmonaire dans la mucoviscidose. En effet, le séquençage à haut-débit est une technique puissante mais pour laquelle des biais peuvent être introduits à de nombreuses étapes méthodologiques. Un des biais les plus importants est que l’approche NGS ne permet pas de différencier les microorganismes vivants, des cellules mortes ou endommagées, ni de l’ADN extracellulaire. Dans le contexte de notre travail –celui du microbiote pulmonaire chez des patients atteints de mucoviscidose et souvent exposés aux antibiotiques par voie intraveineuse à forte dose, l’analyse NGS pourrait évaluer incorrectement l’abondance et la diversité de ce microbiote pulmonaire. Un prétraitement des échantillons par propidium monoazide (PMA), qui permet de cibler sélectivement l’ADN des cellules vivantes, pourrait être une solution pour palier à cette limite. Notre étude avait donc comme objectif de déterminer si un prétraitement par PMA des expectorations modifiait le microbiote pro- et eucaryote pulmonaire analysé par NGS. Nous discutons l’intérêt et la relevance clinique de cette approche « PMA - NGS » permettant une quantification isolée des microorganismes vivants dans le contexte de la mucoviscidose. / Chronic pulmonary infection results in an irreversible decline in lung function in patients with cystic fibrosis (CF). While several bacteria are known as main causes for these infections (for example: Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Burkholderia cepacia, Achromobacter xylosoxidans...), more recently some fungal genera including filamentous fungi (such as Aspergillus, Scedosporium...) have also been identified as emerging or re-emerging pathogens able to cause invasive mycosis. Thus, the identification of the microorganisms involved in the respiratory colonizations and/or infections has become essential.Still now culture methods remain the gold standard for diagnostic of microbial infections. However, it could not identify non-culturable or difficult-to-cultivate microorganisms. Thanks to the development of high-throughput sequencing (next generation sequencing or NGS), recent studies have shown that the lung of patients with CF is a complex poly-microbial flora, also called the CF lung microbiota, which includes not only bacteria but also fungi (yeast and/or filamentous fungi), and viruses and phages. Dysbiosis (loss of abundance and/or diversity) of the lung microbiota has been associated with the patient's decreased lung function and poor clinical status.While lung bacteriota and its role in pathogenesis have widely been studied, few research studies focus on the fungal component (mycobiota/ mycobiome) of the lungs. Our thesis (PhD work) focuses on NGS analysis of pro- and eukaryotic lung microbiota in CF patients, in particular on the comparison of different methodological approaches to optimize and standardize the NGS protocol. This project has been developed under the supervision of Pr. Laurence Delhaes in the “Biology and Diversity of Eukaryotic Emerging Pathogens” team directed by Dr. Eric Viscogliosi.Firstly, we present a state of art on the current knowledge on the fungal colonization/infections risk in CF as well as the development of new concepts of lung microbiota and lung mycobiota on which our team focuses.Secondly, we applied the NGS approach to study the pro- and eukaryotic microbiota in the sputum samples of CF patient lung. Indeed, NGS is a powerful technique that may introduce biases on numerous methodological steps. One of the most important biases is that this technique could not differentiate among the living microorganisms, the dead or damaged cells, and the extracellular DNA. In the context of the CF lung microbiota which is often exposed to high-dose intravenous antibiotics, the analysis by NGS might evaluate4inaccurately the abundance and the diversity of the lung microbiota. Pretreatment of samples by propidium monoazide (PMA), which can target selectively the DNA of viable cells, could be a solution to overcome this limitation. Our study aimed to determine whether a sample pretreatment with PMA modified the lung pro- and eukaryotic microbiota analyzed by NGS. We discuss the clinical relevance of this approach "PMA - NGS" in the context of CF patients to a better quantification of living microorganisms.

Th. 3e cycle--Physiol. de la nutr.--Toulouse 3, 1977. N°: 1997.

L’esca est une maladie de dépérissement du bois de la vigne conduisant à la mort des ceps. Actuellement le vignoble mondial est atteint, et au niveau français, cette maladie ne cesse de progresser. Ainsi, 8% des ceps dans le Jura et 4,5% dans la région de Bordeaux manifestent des symptômes d’esca, selon les parcelles des chiffres beaucoup plus élevés sont obtenus, certains cépages sont aussi beaucoup plus sensibles que d’autres. Plusieurs champignons seraient impliqués dans l’esca mais leur rôle ainsi que la détermination de la microflore responsable de cette maladie est encore sujette à interrogation. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse a été de caractériser et de comparer les microflores fongiques et bactériennes colonisant le bois de ceps de vigne ayant exprimé ou non des symptômes foliaires d’esca. Dans un premier temps, nous avons prélevé des ceps (cultivar Cabernet Sauvignon) relativement jeunes (10 ans d’âge) car ils présentaient l’intérêt d’être peu dégradés au niveau du bois du tronc, les symptômes foliaires étant associés à la présence d’amadou (une nécrose typique de l’esca) uniquement dans les bras. Une grande diversité dans les communautés fongiques (674 OTUs) et bactériennes (222 OTUs) colonisant le bois a été observée. Cette diversité est plus importante dans le bois sain de la vigne que dans celui partiellement ou totalement nécrosé. Les techniques utilisées, i.e. isolement/séquençage de souches, empreinte moléculaire (Single Strand Conformation Polymorphism, SSCP) et pyroséquençage 454, ont montré que les communautés bactériennes ou fongiques étaient différentes dans les tissus dégradés comparés à ceux qui ne l’étaient pas. Des changements de microflores en fonction du temps (expérimentation durant 1 année) ont aussi été observés. D’une façon générale, les espèces de champignons impliquées dans l’esca sont déjà présentes dans le bois apparemment sain de ceps esca-foliaires symptomatiques mais aussi des asymptomatiques. Il n’a pas été possible de différencier ces 2 types de microflores au niveau du bois sain des plants, cette différentiation se faisant au niveau des nécroses, qui sont plus abondantes dans les ceps esca-symptomatiques. Pour la première fois nous avons montré que des communautés bactériennes spécifiques étaient associées à l’esca, leurs aptitudes trophiques étant différentes selon les tissus où elles étaient prélevées. Les espèces isolées suggèrent que certaines pourraient avoir un rôle dans la protection du végétal, d’autres dans la dégradation des structures du bois, e.g. de la lignine, préparant ainsi le terrain aux champignons dégradateurs des tissus ligneux, déjà présents à l’intérieur des ceps. Nous avons aussi étudiés des ceps plus âgés (cultivar Baco blanc), de 42 et 58 ans, qui avaient un rendement acceptable et n’avaient pas manifesté de symptômes d’esca ou eutypiose (une autre maladie du bois) l’année du prélèvement. Au niveau des tissus fonctionnels du bois, les communautés fongiques étaient caractéristiques de plants atteints par l’eutypiose (ceps de 42 ans) ou de l’esca (ceux de 58 ans). La non expression par les ceps de ces 2 maladies pourrait cependant être associée à la forte présence de champignons mycoparasites et protecteur du végétal, comme Trichoderma spp., dans ces tissus fonctionnels. Les interactions au sein des communautés fongiques créant un équilibre où le pathogène ne se développerait pas de façon extensive. Les caractéristiques du Baco blanc, un hybride, moins sensible à certaines maladies de la vigne, pourrait aussi expliquer ce résultat. Ainsi la présence d’une microflore bénéfique naturellement présente dans le bois des ceps associée à des plants ayant une tolérance à ces maladies pourrait ouvrir de nouvelles perspectives pour lutter l’esca, voire l’eutypiose, pour lesquelles aucun moyen de protection n’existe aujourd’hui. / Esca is a Grapevine Trunk Disease (GTD) that induces a decline in grapevine vigour that generally leads up with the death of the plants. Nowadays, vineyards worldwide are attacked by esca and, in France this disease increases steadily. In the Jura, 8% of the grapevines are esca-foliar symptomatic and approximately 4.5% in the Bordeaux region. However, some vineyards are more severely attacked by esca, and certain cultivars are more susceptible than others. Although several pathogenic fungi are associated with esca, their individual roles and their interaction with other microorganisms for the esca have still to be determined. In this context, the objective of the present PhD study is to characterize and compare the bacterial and fungal microflora that colonize the wood tissues of esca-foliar symptomatic and asymptomatic grapevines. First, we sampled young (10 year-old) grapevines (Cabernet Sauvignon cultivar) because they had only few necroses in the trunk and white-rot (also called amadou) was only present in the cordons of symptomatic plants. Great diversity in the fungal (674 OTUs) and bacterial (222 OTUs) communities was observed. This diversity was higher in the apparently healthy wood than in the partially or totally necrotic wood tissues. The methods used isolation/sequencing of microbial strains, a molecular fingerprinting method (Single Strand Conformation Polymorphism, SSCP) and 454 pyrosequencing showed that the fungal and bacterial communities of the necrotic and healthy wood tissues were different. Changes in the microflora over time (over a one-year period) have been observed. Fungal species involved in esca are already present in the apparently healthy wood of esca-foliar symptomatic plants but also in the asymptomatic ones. It was not possible to differentiate these 2 microflora. Only microflora from the necroses differed from those of the healthy wood with these necroses being more developed in the esca-foliar symptomatic grapevines. For the first time, we were able to determine that specific bacterial communities are associated with esca. Depending on the wood tissues, different types of bacteria were isolated, with different trophic behaviour. Two roles could be assigned to the species isolated from the various wood tissues: (i) a positive role, due to the biocontrol potential that many species have; (ii) a negative one, by predisposing the wood of grapevines to fungal attacks. We also studied, old (42 and 58 year-old) grapevines of the cultivar, Baco blanc, that produced regular harvests. The plants had no expressed foliar symptoms of esca or eutypa dieback during the sampling year. Many plant pathogens colonized the functional wood tissues, but in 58 year-old plants they were associated with esca, and in 42 year-old plants, with eutypa dieback. The absence of GTDs expression could be linked to the numerous plant protectant mycoparasites, such as Trichoderma spp., that colonized the functional wood tissues. Interactions between species within the fungal communities may create a balance that is unfavourable to the development of the pathogens. The use of Baco blanc, a hybrid less susceptible to certain grapevine diseases could also explain this result. So, because no means of protection are currently available, the combination of beneficial microflora within the garpevine wood tissues with plants that are tolerant to esca, or even eutypa dieback, could be helpful to control those diseases.

Chez l'Homme, les parois végétales contenues dans les fibres alimentaires sont dégradées puis fermentées par les bactéries fibrolytiques du côlon. Le xylane étant l'un des principaux polysaccharides constituant ces parois végétales, deux bactéries possédant de fortes activités xylanolytiques, Bacteroides xylanisolvens XB1A T et Roseburia intestinalis XB6B4, ont été caractérisées. Les activités xylanolytiques de ces espèces vis-à-vis de différents substrats riches en xylanes ont été analysées quantitativement et qualitativement. L'équipement enzymatique de ces souches, comparé par zymogramme, révèle un grand nombre de xylanases. Les activités spécifiques des extraits des deux bactéries sont très élevées et sont majoritairement associées aux cellules. Les gènes codant pour les xylanases de ces deux espèces bactériennes et d'une troisième bactérie xylanolytique du côlon, Bacteroides sp. XB12B, ont été identifiés. Ils codent pour des xylanases appartenant aux familles 10 et 43 des glycosyl-hydrolases, et sont modulaires. Les conditions d'expression de certains de ces gènes ont été etudiées par PCR quantitative, et montrent une régulation par le xylane. Des regroupements de gènes pouvant être impliqués dans la dégradation des hémicelluloses ont été trouvés dans le génome de B. xylanisolvens. Enfin, une xylanase de la famille 10 des glycosyl hydrolases, produite par B. xylanisolvens, a été caractérisée : le gène codant cette enzyme a été cloné et la xylanase, nommée Xyn10A, produite chez E. coli. Cette enzyme, qui pourrait être périplasmique chez B. xylanisolvens dégrade in vitro les xylanes et les xylooligosaccharides, mai aussi très faiblement la CMC

Pediococcus acidilacticii MA18/5M est un probiotique bactérien (BACTOCELL®) qui a démontré son efficacité chez plusieurs espèces d'animaux terrestres et aquatiques. Cette thèse avait pour objectif d'investiguer plus en détails les effets de ce probiotique chez les crevettes pénéides d'élevage. Pour cette étude, nous avons choisi une approche globale replaçant la problématique dans un modèle d'interactions entre trois compartiments : la crevette, sa microflore intestinale et le probiotique. Après avoir défini les modalités d'administration, l'effet de P. acicilactici a été étudié, en conditions de laboratoire, chez la crevette Litopenaeus stylirostris, à différents niveaux: (i) statut nutritionnel et croissance, (ii) microflore bactérienne associée, et (iii) santé de l'animal à travers son statut antioxydant et son niveau de stress oxydant. Ainsi, le probiotique améliore la croissance des crevettes et l'indice de conversion de l'aliment. Notre étude montre que ces effets sont en partie liés à une meilleure utilisation de l'aliment, notamment des carbohydrates alimentaires, mais suggèrent aussi une action surle métabolisme, et/ou sur la croissance via un apport de nutriments essentiels. D'autre part, bien que les communautés bactériennes intestinales semblent peu affectées, un effet d'antagonisme du probiotique vis-à-vis de la flore intestinale totale et vibrionacée a été montré, ainsi qu'une réduction du niveau d'infection des crevettes au cours de challenge avec le pathogène V. nigripulchritudo. Par ailleurs, nous mettons en évidence que l'infection par ce pathogène, conduit à un abaissement des défenses antioxydantes, à une élévation des dégâts oxydatifs, et au déclenchement de mortalités dans les 48 heures. Le probiotique atténue le niveau de ce stress oxydant, et améliore significativement la résistance des crevettes à l'infection. Une hypothèse nutritionnelle est proposée afin d'expliquer ce résultat, hypothèse reposant sur un lien entre le métabolisme des carbohydrates et le statut antioxydant. A l'issue de ces travaux, nous pouvons alors proposer un premier scénario explicatif des effets de P. acidilactici chez une crevette pénéide. Finalement le probiotique a été éprouvé à l'échelle pilote sur une ferme commerciale de Nouvelle-Calédonie affectée par le « syndrome d'été ». Nous confirmons les améliorations apportées en terme de résultats zootechniques, avec notamment une meilleure résistance au syndrome. Ce travail a été réalisé grâce une méthode d'élevage en cages flottantes, mis au point au cours de cette thèse, et qui a dés lors été transférée, comme outil expérimental, à la filière crevetticole Calédonienne

De nombreux métaux et métalloïdes sont indispensables au développement des sociétés humaines, qui ont exploité les gisements de divers éléments stratégiques depuis des siècles, voire des millénaires. Cependant, les êtres vivants dits " supérieurs " sont sensibles à la toxicité des métaux et métalloïdes : ces derniers peuvent causer des dommages importants à la santé des populations exposées, ainsi qu'à l'ensemble des écosystèmes contaminés. Les milieux riches en métaux et métalloïdes offrent cependant des niches écologiques favorables au développement de certains micro-organismes. La microflore de ces environnements est capable de résister à de fortes concentrations en métaux, et de nombreuses bactéries peuvent utiliser des métaux et des métalloïdes en tant que donneurs ou accepteurs d'électrons. Elles participent ainsi activement aux cycles biogéochimiques de ces éléments. Le présent mémoire est une synthèse des travaux réalisés par l'auteur entre 1990 et 2010 dans le domaine des biotechnologies et de la biogéochimie. Ces études ont été focalisées sur des processus bactériens de solubilisation ou d'immobilisation des métaux et/ou métalloïdes, en milieu neutre, modérément acide ou très acide. Les principaux sujets de recherche abordés ont été les suivants : * la biolixiviation acidophile des minerais sulfurés, et les interactions entre bactéries et fer dissous, * l'oxydation biologique de l'arsenic dans les environnements miniers, et l'application de ce phénomène dans le domaine du traitement des eaux, * l'utilisation de l'As(III) comme source d'énergie par des bactéries isolées, * les phénomènes de bio-réduction et bio-précipitation de métaux et métalloïdes, en particulier du chrome et de l'arsenic, en conditions de sulfato-réduction. Les différents travaux évoqués dans le présent mémoire ont porté soit sur la biogéochimie d'environnements pollués, soit sur la mise au point de procédés de bioremédiation. Le projet de recherche proposé pour les années à venir conservera cette dualité processus/procédés. Il sera focalisé sur les réactions qui modifient les formes des métaux et métalloïdes en présence de catalyseurs microbiens, et s'efforcera de quantifier le bénéfice potentiel tiré de ces réactions par les micro-organismes, en fonction des conditions physico-chimiques. Cette démarche permettra de cibler la recherche de niches écologiques où des métabolismes bactériens originaux, potentiellement exploitables en termes de procédés, pourraient être mis en évidence.

Chez l'Homme, les parois végétales contenues dans les fibres alimentaires sont dégradées puis fermentées par les bactéries fibrolytiques du côlon. Le xylane étant l'un des principaux polysaccharides constituant ces parois végétales, deux bactéries possédant de fortes activités xylanolytiques, Bacteroides xylanisolvens XB1AT et Roseburia intestinalis XB6B4, ont été caractérisées. Les activités xylanolytiques de ces espèces vis-à-vis de différents substrats riches en xylanes ont été analysées quantitativement et qualitativement. Ces deux espèces dégradent et fermentent très efficacement ces substrats, mais les colonisent différemment. L'équipement enzymatique de ces souches, comparé par zymogramme, révèle un grand nombre de xylanases dont la masse molaire varie de 37 kDa à 170 kDa. Les activités spécifiques des extraits protéiques des deux bactéries sont très élevées et sont majoritairement associées aux cellules. Les gènes codant pour les xylanases de ces deux espèces bactériennes et d'une troisième bactérie xylanolytique du côlon, Bacteroides sp. XB12B, ont été identifiés. Ils codent pour des xylanases appartenant aux familles 10 et 43 des glycosyl-hydrolases, et sont modulaires. Certaines xylanases ont aussi été identifiées par protéomique. Les conditions d'expression de certains de ces gènes ont été étudiées par PCR quantitative, et montrent une régulation par le xylane. Des regroupements de gènes pouvant être impliqués dans la dégradation des hémicelluloses ont été trouvés dans le génome de B. xylanisolvens XB1A. Enfin, une xylanase de 38 kDa, de la famille 10 des glycosyl hydrolases, produite par B. xylanisolvens XB1AT, a été caractérisée : le gène codant cette enzyme a été cloné et la xylanase, nommée Xyn10A, produite chez E. coli. Cette enzyme, qui pourrait être périplasmique chez B. xylanisolvens XB1AT, dégrade in vitro les xylanes et les xylooligosaccharides, mais aussi très faiblement la CMC. Ces travaux permettent de mieux comprendre les mécanismes de dégradation des xylanes par deux espèces appartenant aux genres majeurs du côlon humain Bacteroides et Roseburia, et représentent une avancée significative dans la connaissance de leurs rôles respectifs dans cet écosystème.

Pathologie multifactorielle, la maladie de Crohn pourrait être la conséquence de facteurs environnementaux, génétiques et impliquerait également une dérégulation de la réponse immunitaire vis-à-vis du microbiote intestinal. En effet, des variations qualitatives et quantitatives du microbiote intestinal ont pu être mises en évidence chez les patients atteints de cette pathologie. Dysbiose également observée dans le cancer colorectal dont le risque de développement est doublé chez les patients atteints de maladie de Crohn.Dans cette étude, nous nous sommes intéressés au rôle du récepteur de l’immunité innée NOD2, dont les polymorphismes génétiques prédisposent à la maladie de Crohn ainsi qu’à l’influence du microbiote intestinal dans l’établissement de colites et du cancer colorectal.Un modèle murin de colite chimique et de cancer associé à la colite (CAC) a permis de mettre en évidence une aggravation des signes cliniques de ces pathologies chez les animaux Nod2-/- et Rip2-/- en comparaison aux animaux sauvages suggérant un rôle protecteur de NOD2 et de son adaptateur protéique RIP2 dans la colite et à plus long terme dans la tumorigenèse.En vue de déterminer l’origine de ce sur-risque observé chez les animaux Nod2 ou Rip2-déficients nous avons tout d’abord vérifié le caractère transmissible de la colite. Des expériences de co-hébergement et d’adoption ont montré une transmission de la susceptibilité associée aux animaux déficients à des animaux sauvages de manière horizontale (par les congénères) et verticale (par la mère). Une analyse systématique du microbiote dans le modèle de CAC a mis en évidence une réduction de la diversité microbienne ainsi qu’une dysbiose chez les animaux Nod2-/- suggérant une implication de la flore dans l’établissement du sur-risque observé chez les animaux déficients. L’administration d’une antibiothérapie à large spectre a conforté cette hypothèse en réduisant la susceptibilité des animaux Nod2-/-. Une analyse transcriptionnelle a été réalisée afin d’établir les mécanismes moléculaires associés à la colite en réponse au microbiote et a permis de mettre en cause l’IL-6 ainsi que ses gènes cibles déjà décrits pour leur caractère pro-tumoral. Implication confirmée par inhibition de la voie IL-6 à l’aide d’un anticorps bloquant son récepteur capable de réduire la tumorigenèse. Enfin, la génération de souris axéniques Nod2-/- et leur recolonisation par une flore issue de souris sauvages a montré la possibilité d’inverser le sur-risque observé chez les Nod2-/-.Pour conclure, dans un contexte déficient pour Nod2, une réponse inflammatoire à l’encontre du microbiote intestinal dépendante de l’IL-6 favoriserait la mise en place d’une flore délétère qui prédisposerait à la colite et au CAC. Le caractère transmissible de cette flore représente en soi un outil pour l’étude des interactions avec le système immunitaire inné et adaptatif. Enfin, la mise en évidence de la ou des bactéries colitogènes ainsi que des mécanismes inflammatoires impliqués, permettra la mise au point de thérapies ciblées en vue de réduire la tumorigenèse associée à une inflammation persistante chez les patients atteints de la maladie de Crohn. / Crohn's disease is a multifactorial disease that could result from environmental factors, genetic factors and would also involved a dysregulation of the immune response against the intestinal microbiota. Indeed, qualitative and quantitative variations of the gut microbiota could be detected in Crohn’s patients or colorectal cancers patients. Moreover, risk of colorectal cancer development is two-fold increased in patients with Croh's disease.In this study, we focused on the role of innate immunity receptor Nod2, which polymorphisms predispose to Crohn's disease, and the influence of gut microbiota in the development of colitis and colorectal cancer.A chemical colitis model and chemical colitis associated cancer (CAC) in mouse highlighted an increased susceptibility of Nod2-/- and Rip2-/- animals compared to WT animals suggesting that NOD2 and its adaptor protein RIP2 can protect from colitis and tumorigenesis.To determine the origin of this increased risk observed in Nod2 or RIP2-deficient animals we first checked the transmissibility of colitis. Co-housing and cross-fostering experiments showed a transmission of susceptibility associated with deficient animals in WT animals horizontally (by congeners) and vertically (by mother). A systematic analysis of the microbiota in CAC model showed a reduction of microbial diversity and a dysbiosis in Nod2-/- animals suggesting an involvement of the flora in the establishment of the increased risk observed in deficient animals. Administration of a broad-spectrum antibiotherapy has confirmed this hypothesis by reducing the susceptibility of Nod2-/- animals. A transcriptional analysis was performed to determine the molecular mechanisms associated with colitis in response to microbiota and highlighted IL-6 and its target genes already described for theirs pro-tumoral effects. Involvement of IL-6 was confirmed by inhibition of IL-6 using an antibody blocking IL-6 receptor that can reduced tumorigenesis. Finally, the generation of germ free Nod2-deficient mice and recolonization by WT mice microbiota showed the ability to reverse the increased risk observed in Nod2-/- mice.Finally, in a context Nod2-deficient, an IL-6-dependent inflammatory response directed against intestinal microbiota, promote the establishment of pro-colitogenic microbiota and would predisposed to colitis and CAC. The transmissibility of this flora may be itself a tool to study interactions between innate and adaptive immune systems. Finally, identification of colitogenic bacteria and inflammatory mechanisms involved, will allow the development of therapies in order to reduce tumorigenesis associated with persistent inflammation in patients with Crohn disease.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Face aux changements climatiques actuels et à l'augmentation des populations, la vulnérabilité du sol et des services écosystémiques qu’il rend s’accroît. En particulier dans les zones climatiques méditerranéennes, les modèles météorologiques prévoient une augmentation des sécheresses estivales et une augmentation des températures accompagnées par l’apparition plus fréquente d’évènements extrêmes de type canicule et sécheresse. Ces événements, leur intensité, leur durée et la soudaineté avec laquelle ils arrivent, sont de nature à affecter la structure et la fonction des écosystèmes avec des conséquences principalement négatives sur leur biodiversité et leurs fonctions et services. Par ailleurs, l’apport de compost au sol pourrait constituer une solution pour prévenir et atténuer les effets des sécheresses et des canicules dans les agrosystèmes méditerranéens. Les objectifs de ce travail étaient de caractériser les effets à court et à long-terme de perturbations de type canicule et/ou sécheresse appliquées à un sol méditerranéen agricole (structures et fonctions des communautés microbiennes édaphiques) et d’étudier les impacts d’épandage préalable de composts sur la réponse à court et à long-terme de ces communautés microbiennes (structures et fonctions) vis-à-vis d’un événement extrême de canicule-sécheresse. Nos travaux nous ont permis d’évaluer l’influence de chacun des facteurs température élevée et sécheresse dans la perturbation canicule et sécheresse associées sur les paramètres microbiologiques et physico-chimiques du sol. Les effets de cette combinaison des deux perturbations a induit des réponses similaires à l’une ou l’autre des perturbations appliquées individuellement en bénéficiant des effets positifs et négatifs sur la communauté microbienne de chaque type de perturbation. Nous avons mis en évidence une durée seuil de la perturbation canicule-sécheresse sur la résistance de la communauté microbienne induisant un changement de structure taxonomique et fonctionnelle. Cette déstructuration de la communauté microbienne est durable et n’a pas permis de résilience. L’ajout préalable de composts de différents types au champ a amélioré la structure physico-chimique et stimulé les microorganismes indigènes du sol. Cependant, face à des perturbations de type canicule-sécheresse (telles que nous les avons testées), il semble que l’apport préalable de compost n’ait pas d’effets majeurs sur l’amélioration de la qualité du sol en terme de stabilité microbienne, mais que l’historique saisonnier influencerait cette stabilité / Current climate change and increasing populations’ growth enhance soil and ecosystem services vulnerability. Meteorological models predicted an increase in summer drought and higher air temperature with more frequent occurrence of extreme events like heat-waves and drought. Intensity and duration of these events may affect structure and functions of ecosystems and thereby the biodiversity and the functions of soil. The amendment of soils with composts could be an alternative to prevent and mitigate the effects of drought and heat waves in the Mediterranean agroecosystems. The objectives of this work were to characterize the effects of short and long-term high temperature and/or drought perturbation on soil Mediterranean microbial communities (structures and functions) and to study the impacts of compost amendment on short and long-term functional and taxonomic responses of microbial communities subjected to drought and high temperature. Our work allowed us to evaluate the influence of each factor (drought or high temperature) within the combined perturbation (drought and high temperature) on microbiological and physico-chemical soil properties. The effects of this combined perturbation induced similar or different responses of each of perturbations applied individually involving positive and negative effects on the microbial community. This work had shown threshold resistance duration inducing a change in taxonomic and functional microbial community structure after high temperature and drought perturbation. This abrupt shift in the community response did not allow resilience. Compost amendments improved the physico-chemical soil structure and stimulated indigenous soil microorganisms. However, it seemed that seasonal soil variations history rather than compost amendment influences soil microbial stability