Au cours de ce travail, la génération de second harmonique optique des molécules biologiques a été étudiée. Cette technique optique non linéaire possède un caractère cohérent qui permet d'accéder aux propriétés de symétrie des molécules dont la taille est très inférieure aux longueurs d'onde optiques visibles utilisées et l'hyperpolarisabilité quadratique des acides aminés aromatiques a été mesurée en solution par diffusion non linéaire. L'hyperpolarisabilité des acides aminés non aromatiques a été obtenue de manière indirecte grâce à des mesures effectuées sur le collagène, une protéine ne contenant pas d'acide aminé aromatique. Le collagène possède en fait une très forte réponse non linéaire et fait l'objet d'études intenses en microscopie optique non linéaire. Par un modèle de sommation cohérente des champs harmoniques réémis, l'origine de la très forte efficacité non linéaire de cette protéine, liée à sa grande rigidité et à son organisation spatiale en triple hélice, a pu être obtenue. En parallèle, l'étude de plusieurs petits peptides synthétiques possédant de un à quatre tryptophanes a permis de comprendre la construction de la réponse optique non linéaire de ces objets à partir de motifs répétés. Par ailleurs, pour apporter des informations supplémentaires sur les nano systèmes, un nouveau montage expérimental a été développé. La grande sensibilité du montage a permis notamment d'atteindre la sensibilité d'une seule particule dans le volume sondé et de mettre en place un système de cartographie en trois dimensions par diffusion Hyper Rayleigh. La démonstration a été réalisée pour des nanoparticules métalliques uniques d'argent piégées dans une matrice de gélatine.

Les problèmes de santé publique causés par des bactéries comme Mycobacterium tuberculosis et Salmonella enterica sont amplifiés par l’émergence de souches multi-résistantes aux antibiotiques, d’où la nécessité de mettre au point rapidement de nouvelles stratégies antimicrobiennes. La découverte récente de peptides membranaires bactériens qui ont la propriété de réguler des partenaires protéiques membranaires impliqués dans la virulence bactérienne permet d’envisager des stratégies « anti-virulence » innovantes.Mon travail a porté sur l’étude de deux peptides membranaires, KdpF et MgtR, chez M. bovis BCG et S. typhimurium, qui sont des pathogènes intracellulaires capable de survivre dans les macrophages. La surexpression de KdpF chez M. bovis BCG et de MgtR chez S. typhimurium entraîne une diminution de la survie bactérienne dans les macrophages et je me suis attachée à en comprendre la mécanistique et à étudier l’effet biologique de peptides KdpF et MgtR synthétiques.Ces travaux m’ont permis de mettre en évidence que les peptides KdpF endogène et synthétique augmentent la sensibilité des bactéries au stress azoté. Nous proposons que cela soit en lien avec la déstabilisation de la nitrate réductase. De plus et pour la première fois, j’ai démontré que le peptide synthétique KdpF est biologiquement actif et mime les propriétés anti-virulence du peptide endogène KdpF dans les macrophages.J’ai montré que le peptide synthétique MgtR réduit la survie intra-macrophagique de S. typhimurium, et j’ai identifié un peptide variant ayant une action encore plus efficace. Ces deux peptides entraînent une diminution du taux de plusieurs protéines de la membrane interne, dont certaines sont des facteurs de virulence reconnus.De plus, j’ai contribué à une étude visant à tester l’effet anti-virulence du peptide MgtR de Salmonella chez les mycobactéries. En utilisant un système hétérologue, j’ai montré que l’ajout du peptide synthétique MgtR peut empêcher la dimérisation de la protéine MgtC de M. tuberculosis et également favoriser sa déstabilisation.En conclusion, l’ensemble de mes résultats permet de mieux comprendre le mécanisme d’action des peptides membranaires KdpF et MgtR et montre que les peptides synthétiques KdpF et MgtR possèdent des propriétés anti-virulence prometteuses, point essentiel pour valider la pertinence de ces molécules dans le cadre de stratégies innovantes alternatives ou complémentaires aux antibiotiques. / The public health problems caused by bacteria such as Mycobacterium tuberculosis and Salmonella enterica are amplified by the emergence of multi-drug resistant strains, leading to the demand of new antimicrobial strategies. The recent discovery of bacterial membrane peptides that have regulatory effects on membrane protein involved in bacterial virulence makes it possible to envisage innovative "anti-virulence" strategies.My work was focused on the study of two membrane peptides, KdpF and MgtR, in M. bovis BCG and S. typhimurium respectively, which are intracellular pathogens capable of surviving in macrophages. Overexpression of KdpF in M. bovis BCG and MgtR in S. typhimurium, has already been reported to decrease bacterial survival in macrophages. Therefore, I focused on the study of mechanism and biological effect of synthetic KdpF and MgtR peptides.This work allowed me to conclude that endogenous and synthetic KdpF peptides increase the sensitivity of bacteria to nitrosative stress. I propose that this is related to the destabilization of the enzyme nitrate reductase. In addition and for the first time, I have demonstrated that the synthetic KdpF peptide is biologically active and mimics the anti-virulence properties of the endogenous KdpF peptide in macrophages.In the next part of my study, I have shown that the synthetic MgtR peptide reduces the intramacrophage survival of S. typhimurium and I have identified a variant peptide with even stronger action. These two peptides cause a decrease in the level of several proteins of the inner membrane, some of which are recognized as virulence factors.In addition to that, I tested the anti-virulence effect of Salmonella MgtR peptide in mycobacteria. Using a heterologous system, I have shown that the addition of the synthetic MgtR peptide can prevent the dimerization of M. tuberculosis MgtC protein and also promote its destabilization.In conclusion, all my results provide a better understanding of the mechanism of action of KdpF and MgtR membrane peptides and show that the synthetic peptides KdpF and MgtR have promising anti-virulence properties. This is an essential factor to validate the relevance of these molecules as part of innovative, alternative or complementary strategies to antibiotics.

Les protéines membranaires sont particulièrement riches en acides aminés aromatiques, tels que le tryptophane (W). On retrouve cette originalité dans beaucoup de peptides antimicrobiens et dans les protéines de fusion virales. La glycoprotéine de l'enveloppe de HIV-1, gp41, en est un exemple. Manifestement, les résidus W sont impliqués dans la perturbation des membranes et la formation des pores. L'objectif de ce travail est d'étudier le rôle des résidus W dans de telles activités en utilisant l'optique non linéaire. Pour cela, nous avons préalablement déterminé l'hyperpolarisabilité (le potentiel non linéaire) du W par la diffusion Hyper Raleigh (HRS). Puis nous avons montré une évolution de la réponse non linéaire de petits peptides synthétiques en fonction du nombre croissant de leurs résidus W. Ces résultats ont permis de suivre l'implication des tryptophanes de deux peptides K3W et gp41W, lors de leurs interactions avec des monocouches lipidiques à l'interface air-eau par la génération de second harmonique (SHG). D'autre part, l'influence de telles interactions sur la structure secondaire et l'orientation des peptides a été déterminée par le PM-IRRAS. Nous avons ainsi montré la cohérence entre les modifications du signal SHG, liées à des changements d'orientation des tryptophanes et celles des spectres de PM-IRRAS, dues à des changements d'orientation de la structure secondaire de gp41W / Membrane proteins are extremely rich in aromatic amino acids, like tryptophan (W). This particularity is found in many antimicrobial peptides and in several virus fusion proteins. An example of these fusion proteins is the HIV-1 envelop glycoprotein, the gp41. It is clear that the W residues are implicated in membrane perturbation and pore formation. The aim of this work was the investigation of the W residue role in such activities, using the nonlinear optic. First, we determined the W hyperpolarizabilité (nonlinear potential) by the Hyper Rayleigh Scattering (HRS). Then, the evolution of the nonlinear signal of small synthetic peptides, as function of the increasing number of their W residues, was demonstrated. These results allowed us to follow the W residue involvement of two peptides, K3W4 and gp41W, in the interaction with lipids monolayer at the air-water interface, using the second harmonic generation (SHG). The influence of such interaction in the peptide structure and orientation was determined using the PM-IRRAS. In conclusion, we showed the coherence between the SHG signal variation, due to the W orientation changes, and the PMIRRAS spectra modification, due to the gp41W helix orientation changes

Au cours de ce travail, la génération de second harmonique optique des molécules biologiques a été étudiée. Cette technique optique non linéaire possède un caractère cohérent qui permet d’accéder aux propriétés de symétrie des molécules dont la taille est très inférieure aux longueurs d’onde optiques visibles utilisées et l’hyperpolarisabilité quadratique des acides aminés aromatiques a été mesurée en solution par diffusion non linéaire. L’hyperpolarisabilité des acides aminés non aromatiques a été obtenue de manière indirecte grâce à des mesures effectuées sur le collagène, une protéine ne contenant pas d’acide aminé aromatique. Le collagène possède en fait une très forte réponse non linéaire et fait l’objet d’études intenses en microscopie optique non linéaire. Par un modèle de sommation cohérente des champs harmoniques réémis, l’origine de la très forte efficacité non linéaire de cette protéine, liée à sa grande rigidité et à son organisation spatiale en triple hélice, a pu être obtenue. En parallèle, l’étude de plusieurs petits peptides synthétiques possédant de un à quatre tryptophanes a permis de comprendre la construction de la réponse optique non linéaire de ces objets à partir de motifs répétés. Par ailleurs, pour apporter des informations supplémentaires sur les nano systèmes, un nouveau montage expérimental a été développé. La grande sensibilité du montage a permis notamment d’atteindre la sensibilité d’une seule particule dans le volume sondé et de mettre en place un système de cartographie en trois dimensions par diffusion Hyper Rayleigh. La démonstration a été réalisée pour des nanoparticules métalliques uniques d’argent piégées dans une matrice de gélatine / This thesis presents an experimental study of second-harmonic generation of biological molecules. The coherent nature of this process allows obtaining the symmetries of molecules whose size is less than the wavelengths used. The hyperpolarizabilities of aromatic amino acids were measured in solution and the hyperpolarizability of non-aromatic amino acids was measured indirectly through measurements on the collagen molecule. Thus, all the building blocks of proteins are characterized. Among the biological molecules, collagen has a very strong non-linear response despite the absence of harmonophore. A model of coherent summation of the fields reissued to understand the origin of the very high non-linear efficiency from the rigidity and the spatial arrangement of amino acids in triple helix. In the same way, the study of several peptides with one to four tryptophans has enabled us to quantify the importance of conformation and the ionic environment of proteins in the nonlinear response. To provide additional information on nano systems, a new setup has been developed, combining two beams of excitation. Thus, the dipole and quadrupole radiation are differentiated to obtain the symmetry of molecular arrangements. Finally, the great sensitivity of the setup allows mapping in three dimensions, with the Hyper Rayleigh scattering, singles metal nanoparticles catch in a gelatin matrix.