Th.--Pharm.--Paris 5, 1982. N°: 80.

Des microorganismes produisant des molécules tensioactives ont été isolés à partir d’échantillons de sols contaminés par des huiles, en provenance des provinces de Songkhla et Chiangmai (Thaïlande) et de Shianghai (Chine). Les différentes souches ont été sélectionnées de façon à obtenir les biosurfactants ayant les meilleures propriétés tensioactives et d’émulsification. Parmi 102 souches isolées, 6 microorganismes produisaient des biosurfactants. La souche SK80 a conduit aux meilleures propriétés tensioactives. Des observations morphologiques macroscopiques et microscopiques ont permis de caractériser la souche SK80. L’analyse de la séquence ARNr 28S indique que cette souche appartient à la famille Exophiala Dermatitidis. La composition du milieu de culture (source de carbone et d’azote) et les conditions de culture de ce microorganisme ont été adaptées de façon à obtenir des quantités importantes de biosurfactant. Des analyses spectroscopiques (RMN 1H, RMN 13C, COSY et de masse, APCI MS) ont révélé que ce biosurfactant était un monooléate de glycérol. La monomyristine a été choisie comme constituent synthétique modèle dans des études d’encapsulation. Deux méthodes de préparation, émulsion/évaporation de solvant, nanoprécipitation, ont été employées pour encapsuler la monomyristine dans des nanoparticules recouvertes de dextrane et dont le cœur était constitué de poly(acide lactique) ou de dextrane hydrophobisé. Les conditions d’encapsulation ont été variées afin de maximiser le rendement d’encapsulation et la stabilité colloïdale des particules / Biosurfactant producing microorganisms were isolated from oil contaminated soils collected from Songkhla and Chiangmai province, Thailand and Shianghai, China. Their culture broths were screened for obtaining biosurfactants with the highest surface activity and emulsification ability. Among 102 isolates, 6 microorganisms produced biosurfactants. The culture supernatant of SK80 strain exhibited the highest surface activity. SK80 was identified by macroscopic morphology, microscopic morphology and showed that it is a black mold. The 28S rRNA sequence homology analysis suggested that SK80 belongs to Exophiala dermatitidis. The composition of culture medium such as carbon source, nitrogen source, and culture condition of this microorganism was optimized to obtain high amounts of biosurfactant. 1H NMR, 13C NMR, COSY and Mass Spectrometer (APCI MS) results indicated that this biosurfactant was monoolein (oleoyl glycerol), a kind of monoacylglycerol. Monomyristin was chosen as a monoacylglycerol model to be synthesized and used as nanoparticle encapsulated drug. Two preparation methods, emulsion/solvent evaporation and nanoprecipitation, were used to encapsulate monomyristin in dextran-covered nanoparticles with poly(lactic acid) of hydrophobized dextran as the core material. Encapsulation conditions were optimized with regard to the yield encapsulation and the colloidal stability

Au sens de la législation, les compléments alimentaires sont des denrées alimentaires et doivent donc subir un traitement de pasteurisation pour détruire les microorganismes potentiellement pathogènes. L’utilisation du CO2 comprimé peut être une alternative basse température aux traitements thermiques classiques. Dans ce travail, la technologie au CO2 est optimisée pour traiter des compléments alimentaires fortement chargés par trois microorganismes.L’impact des conditions expérimentales sur l’inactivation et la préservation des actifs a été mis en évidence via un plan d’expériences de type composite centré. La température et dans une moindre mesure l’interaction pression-durée ont été identifiés comme étant les facteurs les plus influents. Pour les actifs, la teneur en polyphénols totaux est préservée alors que la vitamine C est conservée à plus de 70%. Les résultats ont été analysés au regard de l’effet de la température et de la pression sous azote et sous air, de l’interaction pH/température, de la charge en microorganismes et de la nature de la matrice.La pasteurisation est également examinée sous l’angle du transfert de masse et des temps caractéristiques dans un contacteur gaz-liquide afin d’estimer la cinétique de dissolution du CO2 dans la matrice. L’étude de sensibilité montre que c’est la solubilité du CO2 dans l’eau qui impacte la cinétique de dissolution plus que les paramètres liés au contacteur. Des essais avec deux dispositifs batch et un mini-dispositif continu illustrent ce propos.La durée de vie des produits ainsi pasteurisés et l’apport du traitement CO2 comparé à un traitement thermique ont été aussi étudiés. / According to the law, food dietary supplements belong to food products and must then be pasteurized to kill potentially pathogenic microorganisms. Pressurized carbon dioxide can be a low-temperature alternative to usual thermal treatments. In this study, a high pressure carbon dioxide process is optimized to pasteurize dietary supplements highly contaminated with 3 microorganism species.This work reviews the effect of operating parameters on microbial inactivation and active ingredients thanks to a central composite design. Temperature and, at a lower extent, the pressure-duration interaction were identify as influent. Concerning active ingredients, total phenolic concentration is fully preserved whereas vitamin C retention rate is at least of 70%. Results were analyzed taking into account the synergistic effect of temperature and pH, temperature and atmospheric or N2 pressure, contamination level and the composition of the food matrix.Pasteurization was evaluated from the mass transfer and characteristic times point of view in a gaz-liquid contactor. The sensitivity analysis underlines that CO2 solubility in water is the main factor that affects the dissolution kinetic, beyond contactor constraints. Experiments led with 2 different batch set-ups and a mini‑continuous reactor illustrate that point.Finally this work studies the shelf-life of our CO2-pasteurized products and estimates the added value of such a treatment compared to a thermal one.

L'effet stimulateur de la croissance et de la nutrition des plantes exercés par les PGPR (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria) a longtemps été étudié en s'intéressant à la bactérie. Cependant, les voies de signalisations impliquées dans la réponse de la plante à l'inoculation restent mal étudiées. A cet effet, notre étude entre dans le cadre des recherches visant les réponses physiologiques et moléculaires de la plante induites par une PGPR. Dans notre équipe de recherche, nous avons choisi la PGPR Phyllobacterium brassicacearum STM196 isolée de la rhizosphère de Colza et nous l'avons inoculée à la plante modèle Arabidopsis thaliana. Cette PGPR a montré sa capacité à stimuler l'allongement des racines latérales et des poils racinaires ainsi que d'augmenter la production de biomasse par la plante. Une forte surexpression de deux gènes de la famille de transporteurs de nitrate NRT2, NRT2.5 et NRT2.6, a été observée chez les plantes inoculées avec STM196. La fonction des produits de ces deux gènes n'est pas connue. Cependant, les données de transcriptomiques accumulées dans l'équipe font ressortir ces deux gènes comme des candidats intéressants dans les réponses moléculaires à l'interaction avec STM196. D'autre part, des études précédentes dans l'équipe ayant montré des effets antagonistes de la bactérie et du nitrate sur le développement racinaire, il est important de considérer la relation entre les effets de la nutrition nitrique et de la bactérie. Le principal transporteur responsable de l'absorption de NO3- étant NRT2.1, nous nous sommes intéressés à son rôle dans les réponses de la plante à la bactérie et à sa relation éventuelle avec NRT2.5 et NRT2.6. Nous avons réalisé une approche de génomique inverse avec les trois simples mutants ko nrt2.1, ko nrt2.5 et ko nrt2.6 dont nous disposions au départ, et avec les trois doubles mutants nrt2.5xnrt2.6, nrt2.1xnrt2.6 et nrt2.1xnrt2.5 que nous avons généré. Nous avons démontré que les gènes NRT2.5 et NRT2.6 sont impliqués dans les réponses de stimulation de croissance de la plante et de modification d'architecture racinaire à la PGPR STM196. Cette voie de régulation est indépendante des contrôles exercés par le statut azoté de la plante.Mots clés: Interaction plante-microorganisme, Phyllobacterium brassicacearum STM196, Arabidopsis thaliana, transporteurs de nitrate, NRT2.1, NRT2.5, NRT2.6, Activité nitrate réductase, NR1, expression des gènes. / AbstractThe promotion of plant growth and nutrition by some rhizospheric bacteria (Plant Growth Promoting Rhizobacteria, PGPR) is well known for a long time. However, the signaling pathways involved in the plant responses to these bacteria still remain essentially obscure. Our study aims at identifying molecular factors of plant physiological and developmental responses induced by PGPR. For this goal, we used the PGPR strain Phyllobacterium brassicacearum STM196, which has been isolated from rape rhizosphere, and the plant model Arabidopsis thaliana. This PGPR stimulates lateral root and root hair elongation and induce an increase of plant biomass production. Two genes of the NRT2 family of nitrate transporters, namely NRT2.5 and NRT2.6, are strongly overexpressed upon inoculation of Arabidopsis with STM196. The function of NRT2.5 and NRT2.6 is not known. However, transcriptomic data obtained in our team show that these two genes are promising candidates of the molecular responses to STM196. In addition, previous work in our team showed antagonistic effects of STM196 and exogenous nitrate on root development, showing that the effects of the bacteria must be considered together with those of nitrate nutrition. Since NRT2.1 is the major transporter for NO3- uptake, we looked at its role in the plant response to STM196 and its possible relationship with NRT2.5 and NRT2.6. We carried out a reverse genetic approach using the single mutants ko nrt2.1, ko nrt2.6 and ko nrt2.5 available at the moment this thesis work began and the double mutants nrt2.5xnrt2.6, nrt2.1xnrt2.6 and nrt2.1xnrt2.5 we generated. We demonstrated that NRT2.5 and NRT2.6 are involved in plant growth stimulation by STM196 and the root architecture changes elicited by this bacterium. This NRT2.5/NRT2.6-dependent pathway is independent from the regulations exerted by N nutritional status. Key words: Plant-microorganism interaction, Phyllobacterium brassicacearum STM196, Arabidopsis thaliana, nitrate transporter, NRT2.1, NRT2.5, NRT2.6, nitrate reductase activity, NR1, genes expression.

La compréhension et l'exploitation des processus biologiques, tels que la symbiose fixatrice d'azote (plante-bactéries) et la symbiose endomycorhizienne à arbuscules (plante-champignons), représentent un intérêt agronomique et écologique majeur. Les lipo-chitooligosaccharides (LCO) jouent un rôle essentiel dans la mise en place de ces deux symbioses. Il est donc important de mieux comprendre les mécanismes induits par ces molécules signal, et notamment l’interaction avec leur récepteur dans les plantes-hôtes.Les synthèses chimiques de ces molécules sont souvent longues, difficiles et les rendements finaux sont très faibles. Il est intéressant de s'intéresser à l'obtention d'analogues biologiquement actifs dont la synthèse serait plus efficace. Différents travaux ont montré qu'un cycle triazole pouvait être un bon mime d'une unité saccharidique. De plus, des travaux de modélisation des interactions protéine-ligand ont permis de supposer que l'unité II d'un LCO-IV pourrait avoir un rôle moins important dans la liaison avec le récepteur. Le but du projet a donc été de réaliser la synthèse de ces analogues de LCO-IV dont l'unité II est remplacée par un lien triazole.La stratégie développée a nécessité la synthèse de deux briques moléculaires, un monosaccharide propargylé en position 4 et un disaccharide comportant un azoture en position anomère. Grâce à la mise au point des différentes étapes de synthèse, ces deux briques ont pu être obtenues avec de bons rendements. La cycloaddition [3+2] catalysée au cuivre a permis d'obtenir le triazole souhaité et les premiers analogues de tétrasaccharides de manière efficace. L'utilisation préalable de protections adéquates a permis d'introduire la diversité moléculaire souhaitée, une fonction sulfate sur la position 6 de l'unité réductrice et différentes chaînes carbonées lipophiles sur l'amine de l'unité non-réductrice. Quatre analogues de LCO ont été obtenus avec de très bons rendements. Les tests de compétitions, effectués sur ces analogues, n'ont montré aucune affinité pour le récepteur. Une approche synthétique de nouveaux analogues par une C-glycosylation a alors été proposée. / Understanding and exploitation of biological processes, such as symbiotic nitrogen fixation (plant-bacteria) and arbuscular endomycorrhizal symbiosis (plant-fungi), represent important agricultural, ecological and societal interest. The lipo-chitooligosaccharides (LCO) play an essential role in the implementation of these symbioses, it is then important to better understand the mechanisms induced by these signaling molecules, and especially the interaction with host-plant receptors.The chemical syntheses of these molecules are often long, difficult and the final yields are very low, so it could be interesting to obtain biological active analogs more efficiently. Various studies have already shown that a triazole unit could be a saccharide mimic. Furthermore, modelling studies of protein-ligand interactions showed that the monosaccharidic unit II of a LCO-IV could have a less important role in the interaction with the receptor. The project aimed to synthesize these LCO-IV analogs in which unit II was replaced by a triazole link.The strategy was directed towards the synthesis of two glycostructures, a monosaccharide propargylated at C-4 position and a disaccharide with an azide at anomeric position. Various synthetic steps were performed to have access to these two intermediates in good yields. Copper-catalyzed [3+2] cycloaddition gave efficiently the desired triazole unit of tetrasaccharidic analogs. The prior use of adequate protections finally allowed to introduce the desired molecular diversity, a sulphate function at C-6 position of the reducing unit and different lipophilic carbon chains on the amine of the non-reducing unit, and thus to obtain four LCO analogs with very good yields. Competition tests performed on these analogs have shown no affinity for the receptor. A synthetic approach of novel analogs using a C-glycosylation step was then proposed.

Pendant l’infection, les agents phytopathogènes sécrètent un arsenal de molécules, appelées effecteurs, éléments clés de la pathogénie qui modulent l’immunité innée de la plante et facilitent l’infection. Leptosphaeria maculans est le champignon responsable de la nécrose du collet du colza. Plus de 650 gènes codant des effecteurs potentiels ont été identifiés dans son génome, dont 7 ont un rôle reconnu dans l’avirulence du champignon. Les effecteurs fongiques correspondent principalement à de petites protéines potentiellement sécrétées (PPS), n’ayant pas d’homologues dans les bases de données et pas de motifs connus. Par conséquent, leur fonction biologique est difficile à prédire, et très peu de choses sont connues sur le mode d’action des effecteurs de L. maculans au cours de l’infection.L’objectif de ma thèse était de caractériser fonctionnellement des effecteurs de L. maculans afin de mieux comprendre leur rôle au cours du processus infectieux. Cette caractérisation fonctionnelle a consisté en : i) la détermination de la localisation subcellulaire de ces effecteurs dans Nicotiana benthamiana et Arabidopsis thaliana ; ii) la recherche de cibles végétales ciblées par ces effecteurs ; et iii) la détermination des processus cellulaires impactés par ces effecteurs par expression stable dans A. thaliana et tests de suppression de mort cellulaire dans N. benthamiana. Quatre effecteurs ont été choisis pour cette étude : AvrLm10-1, AvrLm10-2, AvrLm4-7 et AvrLm3.AvrLm10-1 et AvrLm10-2 sont tous les deux nécessaires pour induire une reconnaissance par le gène de résistance Rlm10. Des orthologues d’AvrLm10-1 et AvrLm10-2 ont été identifiés chez des Dothidéomycètes et des Sordariomycètes phytopathogènes ainsi que plusieurs paralogues exprimés spécifiquement pendant l’infection chez L. maculans. AvrLm10-1 et AvrLm10-2 présentent toutes les deux une localisation nucléo-cytoplasmique. Une interaction physique entre AvrLm10-1 et AvrLm10-2 a été mise en évidence, ainsi qu’une interaction potentielle de ces deux protéines avec une protéine PR1 (Pathogenesis-related 1) et une cystéine-protéase végétale.AvrLm4-7 est reconnu par deux gènes de résistance, Rlm4 et Rlm7, et sa présence empêche la reconnaissance d’AvrLm3 par Rlm3. AvrLm4-7 est capable de supprimer la mort cellulaire provoquée aussi bien par des inducteurs généraux de la mort cellulaire que par des inducteurs de la PAMP-Triggered Immunity (PTI) et de l’Effector-Triggered Immunity (ETI). AvrLm4-7 présente une localisation nucléo-cytoplasmique, qu’il soit exprimé avec ou sans son peptide signal, ce qui suggère un mode d’action intracellulaire. AvrLm4-7 interagit potentiellement avec une protéine ribosomale végétale, de la même manière qu’un effecteur de Blumeria graminis avec lequel il partage des analogies structurales. Cependant, des lignées d’A. thaliana exprimant AvrLm4-7 de façon constitutive ne présentent aucune différence morphologique ou de sensibilité aux maladies comparativement à l’écotype sauvage Col0.AvrLm3 est un gène d’avirulence très conservé dans les populations de L. maculans dont la reconnaissance par le gène de résistance Rlm3 est supprimée en présence d’AvrLm4-7. AvrLm3 est capable de supprimer la mort cellulaire associée à la PTI et à l’ETI. Cet effecteur est localisé dans l’apoplasme des cellules foliaires lorsqu’il est exprimé avec son peptide-signal, suggérant un mode d’action extracellulaire. AvrLm3 interagit potentiellement avec une myrosinase-associated proteine sécrétée impliquée dans le système myrosinase-glucosinolate, suggérant qu’AvrLm3 perturberait la synthèse des glucosinolates, ce qui est un mode d’action inédit pour un effecteur d’agent phytopathogène.Cette thèse a permis de mieux comprendre le mode d’action des effecteurs de L. maculans et de proposer de nouvelles stratégies de contrôle des maladies fongiques. / During infection, plant pathogens secrete an arsenal of molecules collectively known as effectors that circumvent plant innate immunity and trigger infection. The phytopathogenic fungus Leptosphaeria maculans is the causal agent of stem canker of oilseed rape. More than 650 putative effector-encoding genes have been identified in its genome, 7 of them corresponding to avirulence genes. Fungal effectors mainly correspond to small secreted proteins (SSP) with no known homologs and no predicted functions. Their biological function is therefore difficult to predict, and very little is known about the mode of action of L. maculans effectors during infection.The objective of my thesis was to elucidate the role of L. maculans effectors during infection through their functional characterization which included: i) the determination of their subcellular localization in Nicotiana benthamiana et Arabidopsis thaliana; ii) a search for their plant targets; and iii) the determination of the cellular processes targeted by those effectors through their stable expression in A. thaliana and by testing their ability to suppress cell-death in N. benthamiana. We investigated four effectors in that study: AvrLm10-1, AvrLm10-2, AvrLm4-7 and AvrLm3.AvrLm10-1 and AvrLm10-2 are both necessary to trigger recognition by the Rlm10 resistance gene. We have identified orthologs for AvrLm10-1 and AvrLm10-2 in Dothideomycetes and Sordariomycetes phytopathogens, and several paralogs in L. maculans which are expressed specifically during oilseed rape infection. AvrLm10-1 and AvrLm10-2 both have a nucleo-cytoplasmic localization. AvrLm10-1 and AvrLm10-2 physically interact, and may also interact with a PR1 (Pathogenesis-related 1) protein and a secreted cysteine-protease. AvrLm4-7 is recognized by two resistance genes, Rlm4 and Rlm7, and suppresses recognition of AvrLm3 by Rlm3. AvrLm4-7 suppresses cell-death triggered by general inducers, PAMP-Triggered Immunity (PTI) and Effector-Triggered Immunity (ETI). AvrLm4-7 has a nucleo-cytoplasmic localization, whether expressed with or without its signal peptide, suggesting an intracellular mode of action. One of the potential plant targets for AvrLm4-7 is a ribosomal protein, just like a Blumeria graminis effector with structural analogy to AvrLm4-7. Transgenic lines of A. thaliana constitutively expressing AvrLm4-7 do not show any morphological phenotypes or any difference in their susceptibility to diverse fungal pathogens. AvrLm3 is an avirulence gene strongly conserved in L. maculans populations. Recognition of AvrLm3 by Rlm3 is suppressed by the presence of AvrLm4-7. AvrLm3 suppresses cell-death triggered by several inducers of PTI and ETI. AvrLm3 is localized in plant apoplasm when expressed with its signal peptide, suggesting an extracellular localization. AvrLm3 potentially interacts with a secreted myrosinase-associated protein implicated in the myrosinase-glucosinolate system, suggesting that AvrLm3 could disturb glucosinolate production, which is a novel mode of action never described for a plant pathogen effector.My thesis allowed us to improve our knowledge on fungal effector function during infection and to propose new strategies for plant diseases management

Les bactéries et champignons des sols sont impliqués dans différentes fonctions des écosystèmes terrestres. Ils sont notamment investis dans la formation des sols, la stabilité des agrégats et les successions végétales. La Nouvelle- Calédonie est un archipel subtropical, classé comme hotspot de biodiversité et dont un tiers de la surface est recouvert par les substrats ultramafiques. Ces milieux sont caractérisés par de faibles concentrations en nutriments (N, K, P) et de fortes concentrations en métaux lourds (Ni, Co, Cr, Mn). Les écosystèmes présents sur ces substrats sont originaux et diversifiés. Ils sont aussi fortement menacés par l’activité minière. Cependant, pour pouvoir correctement restaurer ces milieux et relancer les dynamiques végétales, il est important de connaître les communautés microbiennes associées à ces écosystèmes ainsi que les facteurs les structurant. Ce travail de recherche a permis d’améliorer nos connaissances sur les communautés microbiennes issues de différents écosystèmes des sols ultramafiques néo-calédoniens, ainsi que sur les interactions existantes entre ces microorganismes et les facteurs biotiques et abiotiques. Les résultats obtenus ont montré que chaque formation végétale et chaque site possèdent une communauté microbienne qui lui est propre, d’où l’intérêt de conserver et protéger les écosystèmes calédoniens. De plus, ces travaux ont aussi montré la capacité des communautés bactériennes et fongiques de servir de bio-indicateurs, et plus particulièrement les communautés fongiques qui sont plus sensibles aux perturbations et variations de la couverture végétale. Il a aussi été démontré qu’en maquis ou forêts monospécifiques, les communautésectomycorhiziennes possèdent des fonctions similaires dans la production d’enzymes de dégradation de la matière organique. Ces travaux ont permis une meilleure connaissance des communautés microbiennes associées auxformations végétales des substrats ultramalfiques ainsi que des facteurs les structurant. Cela devrait améliorer la mise en place des futurs chantiers de restauration de ces écosystèmes. / Soil bacteria and fungi play different functions in terrestrial ecosystems. They are implicated in soil formations, aggregate stability, and plant succession. New Caledonia is a subtropical archipelago, classified as a biodiverse hotspot and a third of its surface is covered by ultramafic soils. These soils are characterised by low concentrations of nutrients (N, K, P) and high concentrations of heavy metals (Ni, Co, Cr, Mn). Ecosystems present in these soils are origina and diversified but strongly threatened by mining activity. It is a necessity to restore these ecosystems after ore exploitation. However, to correctly restorethese environments and relaunch plant dynamics, it is important to identify the microbial communities associated with these ecosystems as well as the structuring factors.This research enabled us to improve our knowledge of microbial communities from different ecosystems on New Caledonian ultramafic substrates, as well as the interactions which exist between these microorganisms and biotic and abiotic factors. Results obtained showed that each plant formation and each site possessed its own microbial community,hence the interest in conserving and protecting New Caledonian ecosystems. Moreover, these works also showed the capacity of bacterial and fungal communities to be used as bioindicators, and more particularly fungal communities which are more sensitive to disturbance and plant cover variations. It has also been demonstrated that in monospecific maquis and rainforests, ectomycorrhizal communities have similar functions in the production of degradative enzymes of organic matter. This research improved understanding of microbial communities associated with plant formations on ultramafic substrates as well as structuring factors. This should improve the implementation of future restoration projectson these ecosystems.

Une des problématiques majeures dans l’industrie des bioprocédés réside dans l’extrapolation des procédés biologiques à grande échelle. On observe généralement à l’échelle industrielle des écarts de rendement de croissance de la biomasse, ainsi que la formation de sous-produits comparativement à l’échelle du laboratoire. La formation de gradients de concentration à l’échelle des bioréacteurs est souvent évoquée. Dans ce travail, les interactions entre micromélange et assimilation du substrat sont abordées à l’échelle du microorganisme. Un modèle couplant transport et assimilation à l’échelle d’un microorganisme est proposé. L’existence de régimes physique et biologique, limitant l’assimilation du substrat est mise en lumière. Une approche basée sur le suivi Lagrangien de particules dans un champ de turbulence homogène isotrope est ensuite retenue. Les effets des hétérogénéités de concentration vues par les microorganismes, sont traduits à l’échelle de la population entière. Une loi analytique permettant de construire la distribution de flux reçus par les microorganismes à partir de la distribution de concentration en substrat dans le fluide, est proposée. Partant de cette distribution de concentrations vues, l’adjonction d’un modèle métabolique simplifié permet d’expliquer les baisses de vitesse spécifiques de croissance et la formation de sous-produits observées expérimentalement. Enfin, de premiers résultats sur le couplage inverse biologique sont présentés. L’effet des microorganismes sur le champ de concentration est caractérisé et une étude paramétrique sur les propriétés dynamiques et biologiques est réalisée. / The scale-up of biological process is a critical issue in the bioprocess industry. When passing from a laboratory to an industrial scale, the conversion yield of substrate into biomass is often overestimated and by-products are formed. Different existing works attempt to predict the effect of mixing on biomass growth and the emergence of substrate concentration gradients at the reactor scale are a first explanation of the degraded performances. In this work the interactions between micro-mixing and substrate assimilation are addressed at the microorganism scale. A coupled transport-assimilation model is proposed for an isolated microorganism. The emergence of physical and biological regimes limiting the substrate assimilation is enlightened. An approach based on the Lagrangian tracking of microorganisms in a homogeneous isotropic turbulent field is then chosen. The effects of local concentration heterogeneities seen by microorganisms are observed at the population scale. An analytical expression is proposed for the assimilated substrate flux distribution by the microorganisms, based on the substrate concentration distribution in the fluid. From these concentrations encountered by microorganisms, we coupled a simplified metabolic model that explains the decreased specific growth rate, and the by-products formation often observed in many experiments. Finally, first results on the biological two-way coupling are proposed. The effect of microorganisms on the substrate field is characterised and a parametric study on the dynamics as well as biological parameters is realised.

Les amibes libres sont des microorganismes unicellulaires eucaryotes dont l'écologie au sein des réseaux d'eau potable est mal connue. Les amibes libres représentent un enjeu de santé publique, du fait de leur capacité à favoriser la présence de bactéries potentiellement pathogènes, parmi lesquelles des mycobactéries.Une campagne de prélèvement menée sur le réseau d'eau potable de Paris a permis d'évaluer la diversité des amibes libres et de leur microbiome bactérien, par pyroséquençage ciblant les gènes ribosomaux (16S et 18S). Ces analyses ont suggéré la prédominance des genres Acanthamoeba, Vermamoeba, Echinamoeba et Protacanthamoeba. Le microbiome des amibes a révélé une grande diversité bactérienne, dominée par Pseudomonas, Stenotrophomonas, Bradyrhizobium, Sphingomonas et Pseudoxanthomonas. L'intégration des paramètres physicochimiques a permis de suggérer l'importance de l'origine de l'eau, la température, le pH et la concentration en chlore dans la dynamique des populations amibiennes. Une endosymbiose originale entre V. vermiformis et des bactéries du phylum TM6 a également été mise en évidence.Les amibes ont été fréquemment co-isolées avec des mycobactéries dans le réseau, principalement les espèces M. llatzerense et M. chelonae. Des expériences d'infection chez A. castellanii ont permis d'observer la capacité de ces mycobactéries à survivre et croitre en présence d'amibes. Par génomique comparative et analyses transcriptomiques, plusieurs facteurs de virulence, conservés entre M. llatzerense, M. chelonae et M. tuberculosis, ont été identifiés et sont surexprimés au cours de l'infection. Ces données suggérent leur implication dans la résistance à la prédation amibienne.L'ensemble de ces travaux a permis d'améliorer la connaissance des populations amibiennes et de leur microbiome au sein du réseau d'eau potable, apportant des éléments supplémentaires concernant leur implication dans la survie et la persistance des mycobactéries. / Free-living amoebae are unicellular eukaryotes whose ecology in drinking water networks remains poorly understood. They may represent a public health concern, because of their ability to favour the presence of potentially pathogenic bacteria, among which are mycobacteria.A sampling scheme based on Paris drinking water network allowed identifying the diversity of both freeliving amoebae and their bacterial microbiome, using ribosomal RNA targeted pyrosequencing. These analyses indicated the major presence of Acanthamoeba, Vermamoeba, Echinamoeba and Protacanthamoeba genera. The microbiome was highly diverse and dominated by Pseudomonas, Stenotrophomonas, Bradyrhizobium, Sphingomonas and Pseudoxanthomonas. The coupling of physicochemical parameters to this analysis allowed underlining the importance of water origin, temperature, pH and chlorine concentration in shaping amoebal populations. Also an original endosymbiosis between V. vermiformis and a bacterium of the TM6 phylum was described. Free-living amoebae were frequently co-isolated with mycobacteria in the water network, mainly M. llatzerense and M. chelonae species. Infection experiments on A. castellanii illustrated the capacity of these species to resist and grow in presence of amoebae. Through genomics and transcriptomics approaches, several virulence factors, conserved between M. llatzerense, M. chelonae and M. tuberculosis were identified, and found to be upregulated during infection experiments. These results suggest their involvement in mycobacterial resistance to amoebal predation.Altogether, this work helped to better understand the ecology of free-living amoebae and their microbiome in drinking water networks, as well as the role of free-living amoebae in the survival and persistence of mycobacteria in such environments.

Cette thèse s’articule autour de la valorisation de la biomasse lignocellulosique pour la production d’un polymère biosourcé, le poly(acide lactique) PLA. Lors d’une première étude, deux prétraitements de la biomasse lignocellulosique ont été réalisés pour libérer les sucres fermentescibles. Puis plusieurs stratégies de fermentations ont été mises en place et un criblage microorganisme / biomasse a été réalisé en vue de sélectionner la meilleure stratégie de fermentation et le meilleur couple biomasse / microorganisme pour la production d’acide lactique. Les bactéries lactiques, Lactobacillus casei et Lactobacillus delbrueckii et le son de blé ont été retenus pour produire l’acide lactique lors d’une fermentation en milieu liquide sur l’hydrolysat produit par une hydrolyse à l’acide dilué du son de blé. Lors d’une seconde étude, la stratégie choisie a été optimisée et a subi un « scale-up » afin d’augmenter la concentration en acide lactique. Les fermentations en milieu liquide ont été effectuées au sein d’un bioréacteur afin de contrôler les paramètres de croissance bactérienne et de production d’acide lactique (pH, pO2, agitation, production d’acide lactique). Puis une purification de l’acide lactique a été menée par chromatographie échangeuse d’ions. Cette technique a été réalisée en deux étapes clés utilisant successivement une colonne cationique forte et une colonne anionique faible. L’acide lactique purifié a été polymérisé par ouverture de cycle (ROP). Durant toutes ces recherches, la chimie verte a été mise au premier plan d’une part par le sujet de l’étude (valorisation de la biomasse végétale) mais aussi d’autre part par le choix des méthodes employées (pas de solvants, peu de produits chimiques, méthodes propres, économiques et renouvelables). / This thesis is articulated around the lignocellulosic biomass valorization to develop a fully sustainable, green and cheap route of PLA production. During a first study, two pretreatments have been realized on the lignocellulosic biomass in order to release the fermentable sugars. Several fermentations strategies have been considered and a screening of the couples microorganisms / biomasses has been performed in order to select the best strategy and the best couple microorganism / biomass for lactic acid production. The lactic acid bacteria, Lactobacillus casei and Lactobacillus delbrueckii and wheat bran have been selected to produce lactic acid via a liquid state fermentation on the acid hydrolysate obtained thanks to a diluted acid pretreatment on the wheat bran. During a second study, the chosen strategy has been optimized and scaled-up in order to increase the lactic acid concentration. Liquid state fermentations have been made in a bioreactor in order to control parameter needed for the optimal growth and consequently the optimal lactic acid production (pH, pO2, agitation, acid lactic production). Then, the lactic acid purification has been performed by ion exchange chromatography. This technic was made in two key steps using a strong cationic column and a weak anionic column successively. Finally, the purified lactic acid was then polymerized by ring opening polymerization (ROP). During all the researches, the green chemistry has been placed in the first plan in one hand by the choice of the topic of the study (biomass valorization) and in a second hand by the choice of each employed method (no solvent; few chemical products; sustainable, cheap and green methods).