Le cancer bronchique est la première cause de mortalité par cancer dans le monde, en raison d'un diagnostic à un stade avancé (IIIB et IV) et d'un pronostic sombre. Si les principaux facteurs de risques sont connus depuis de nombreuses décennies comme le tabagisme actif et les expositions professionnelles (amiante), 10 à 20 % de patients sont des non-fumeurs. Dans cette population, les étiologies restent plus controversées. Au niveau histologique, l'adénocarcinome est devenu le type histologique le plus fréquent et son association avec les facteurs de risque (tabagisme, exposition à l'amiante) fait débat. De même, la localisation tumorale est différente selon l'exposition aux différents facteurs de risque. Enfin, la survie du cancer bronchique semble être différente selon le sexe ou le statut tabagique. Suivant les expositions et les populations, les mécanismes de carcinogénèse diffèrent. C'est dans ce contexte, que notre étude a été menée sur une cohorte de 1493 patients atteints de cancer bronchique afin d'identifier des populations à risque et de mieux comprendre les voies de la carcinogénèse bronchique. / Lung cancer is the leading cause of death in the world. Most lung cancer are diagnosed at an advanced stage (IIIB and IV), with a poor prognosis. The main risk factors are well known like active smoking, and occupational exposure (asbestos), but 10 à 20% occur in never smokers. In this population, various studies have been conducted in order to identify possible risk factors, and although many have been identified, none seem to explain more than a small percentage of the cases. According to the histological types, adenocarcinoma is now the more frequent type, and its association with the main risk factors (tobacco exposure, asbestos exposure) is still studied. The tumoral location is associated with the exposure to the risk factors. Finally, the survival seems to be different between gender, and between smokers, and never smokers. All these characteristics are perhaps associated with different pathways of carcinogenesis. In this context, we have analyzed a cohort of 1493 patients with lung cancer in order to identify phenotypic markers, and to understand the mechanisms of the lung carcinogenesis.

La résistance aux fluoroquinolones (FQ) est le principal facteur d'aggravation du pronostic de la tuberculose multi-résistante. Il apparait donc essentiel de mieux comprendre le développement de la résistance aux FQ afin d'améliorer les outils permettant une détection précoce de cette résistance. Nous avons (i) évalué les performances du séquençage des gènes gyrA et gyrB dans la détection de la résistance aux FQ grâce à une étude prospective menée au CNR-MyRMA ; (ii) étudié l'histoire naturelle de l'émergence de la résistance aux FQ in vivo dans un modèle murin de tuberculose et (iii) identifié de nouveaux mécanismes de résistance aux FQ par génomique comparative. Nous avons montré que la méthode des proportions, désignée comme méthode de référence, n'est pas performante pour la détection des bas niveaux de résistance aux FQ et que ni les méthodes génotypiques ni les méthodes phénotypiques, ne permettent le diagnostic de la résistance hétérogène aux FQ. Une stratégie combinée reposant sur une détection phénotypique d'une proportion anormale de bactéries résistantes et une caractérisation génotypique de ces bactéries résistantes permettrait d'améliorer la détection de cette résistance hétérogène. Nous avons identifié des pistes pour de nouveaux mécanismes de résistance aux FQ. Il pourrait s'agir de mécanismes responsables d'une résistance de bas niveau facilitant la sélection d'une résistance de haut niveau due à une mutation dans les gènes codant l'ADN gyrase dans un deuxième temps. Cependant, leur implication dans la résistance aux FQ, ainsi que notre hypothèse quant au processus de sélection, reste à démontrer. / Fluoroquinolone (FQ) resistance is the main factor of worsened prognosis of multidrug resistant tuberculosis. Therefore to better understand the development of FQ resistance is essential in order to improve the tools for early detection of this resistance. We have (i) evaluated the performance of gyrA and gyrB sequencing in the detection of FQ resistance through a prospective study; (ii) studied the natural history of the emergence of FQ resistance in vivo using a murine model of tuberculosis; and (iii) identified tracks for new mechanisms of resistance to FQ by comparative genomics. We showed that the proportion method, designated as the reference method, is not effective in detecting low levels of FQ resistance and that, neither genotypic methods nor phenotypic methods, allow the diagnosis of FQ heterogeneous resistance. A combined strategy based on phenotypic detection of an abnormal proportion of resistant bacteria and genotypic characterization of these resistant bacteria would improve the detection of this heterogeneous resistance. We have identified hypotheses for new FQ resistance mechanisms. These new mechanisms could be responsible of a low-level resistance facilitating the selection of a high-level resistance due to mutations in genes encoding DNA gyrase in a second time. However, their involvement in FQ resistance and our assumption about the selection process remain to be demonstrated.

Dans le milieu clinique, Stenotrophomonas maltophilia est décrite comme bactérie pathogène opportuniste, responsable d'infections nosocomiales principalement chez des patients immunodéprimés ou présentant des pathologies sévères ou chroniques. L'impressionnant bouclier de résistance aux antibiotiques observé chez les souches cliniques rend les traitements particulièrement complexes pour les patients atteints. Les souches de S. maltophilia représentent une réelle menace pour la santé humaine. De plus, les fortes potentialités d'adaptation des S. maltophilia leur permettent une dispersion dans un éventail très large de biotopes cliniques mais aussi environnementaux. En effet, les S. maltophilia colonisent aussi abondamment les niches écologiques environnementales telles que les sols rhizosphériques. Le niveau des connaissances sur ces souches environnementales est particulièrement limité face à celui disponible du milieu médical. Les propriétés en tant que pathogène opportuniste de ces souches environnementales restent encore peu connues et controversées tant au niveau génétique que phénotypique. Afin de mieux évaluer le potentiel danger sanitaire que représentent les souches environnementales face aux souches cliniques, il a été envisagé lors de ce projet de thèse d'évaluer des caractéristiques phénotypiques d'un groupe de souches de S. maltophilia provenant de contextes différemment en contact avec l'homme et l'environnement. Des souches de S. maltophilia fortement impactées par le contact de l'homme ont été isolées de patients atteints de pathologies variables (mucoviscidose, infections nosocomiales, pathologies sévères). Ce groupe de souches considérées comme les plus à risque pour l'homme, a été comparé à un groupe de souches de S. maltophilia environnementales provenant de contextes ayant pu favoriser des acquisitions/maintiens de résistances aux molécules antimicrobiennes tels que les sols rhizosphériques, les sols pollués aux métaux lourds ou encore les sols soumis aux activités répétées de l'homme. Tout d'abord, les signatures métaboliques (croissance, dégradations de substrats) et les capacités de résistance à diverses molécules antibiotiques cliniques ont été évaluées pour la collection de souches de S. maltophilia. Dans un deuxième volet, ont été étudiées les potentialités de virulence de ces souches telles que la mobilité, les sécrétions enzymatiques, la formation de biofilm et la virulence envers des amibes. Enfin, une analyse croisée statistique a mis en lien les différentes signatures obtenues à partir des données métaboliques, de résistance aux antibiotiques et de virulence en confrontant les origines des souches et les influences qu'elles ont subies vis-à-vis de l'homme. D'après le jeu de données du projet, quatre signatures distinctes émergent entre les souches de S. maltophilia structurées par les effets dus la proximité de l'homme et à leur origine. Des souches environnementales potentiellement les plus impactées par les contacts avec l'homme possèdent des caractéristiques similaires aux souches cliniques ; elles sont donc potentiellement aussi dangereuses que les souches cliniques / In the clinical settings, Stenotrophomonas maltophilia is described as an opportunistic bacterial pathogen responsible for nosocomial infections mainly in immunocompromised patients or with severe or chronic diseases. The heavy shield of antibiotic resistances observed in clinical strains lead to particularly complex treatments for patients. S. maltophilia strains represent a real threat to human health. Moreover, the high potential for adaptation of S. maltophilia allow their dispersion in a wide range of clinical habitats but also environmental. Indeed, S. maltophilia strains also colonize widely environmental niches such as the rhizospheric soils. The knowledge about these environmental strains is particularly limited compared to the available medical data. The properties as opportunistic pathogenic of environmental strains remain poorly known and controversial. To better assess the potential health hazard of these environmental S. maltophilia compared to the clinical ones, were assessed in this Ph-D project phenotypic characteristics of a group of S. maltophilia strains from contexts differentially affected by human and environment imprints. S. maltophilia heavily impacted by human contacts have been isolated from patients with varying disease (cystic fibrosis, nosocomial infections, severe pathologies). This group of strains considered as the most at risk to humans, was compared to a group of S. maltophilia from environmental contexts that could promote acquisition/maintaining of resistances to antimicrobial molecules such as rhizospheric soils, heavy metal-contaminated soils or agricultural soils. Firstly, metabolic signatures (growth, substrate degradations) and antibiotic resistance capacities were evaluated among the collection of S. maltophilia strains. In a second part, were studied pathogenic potentialities of these strains such as mobility, enzyme secretions, biofilm formation and virulence to amoebae. Finally, a statistical analysis made connections on the different signatures obtained from the metabolic data, antibiotic resistance and virulence with the origins of the strains and human impacts. According to the datasets of the project, four distinct signatures emerged between S. maltophilia strains structured by the effects of human proximity and origin of the strains. Environmental strains potentially the most impacted by contact with humans showed similar characteristics with the clinical strains; they could potentially be as dangerous as clinical strains

La variabilité phénotypique est définie par la capacité d’une espèce donnée à produire des variants phénotypique à partir d’un seul génotype, sous l’influence de l’environnement. L’origine de la variabilité phénotypique constituait un débat entre les scientifiques jusqu’à l’heure actuelle. Il était généralement admis que les variations génétiques seraient la seule source de la variabilité phénotypique. Cependant, les études récentes montrent que des variations épigénétiques pourraient être une source alternative pour les variants phénotypiques, sans modifier la séquence de l’ADN. L’épigénétique est l’une des composante du « Dual inheritance system », une théorie qui évoque l’existence de deux systèmes d’héritabilité : la génétique et l’épigénétique. Dans les interactions hôte / parasite, les parasites exercent des pressions sélectives sur leurs hôtes et vice versa, conduisant à une véritable course aux armements entre les deux partenaires. Une telle interaction nécessite une adaptation rapide où chaque partenaire doit évoluer sa capacité d’exprimer de nouveaux variants phénotypiques. Schistosoma mansoni est un parasite humain responsable de la bilharziose intestinale. Cette maladie est classée au second rang mondial selon l’OMS. Le schistosome se caractérise par un cycle de vie qui est complexe nécessitant le passage par deux hôtes : l’hôte intermédiaire Biomphalaria glabrata et l’hôte définitif qui pourrait être l’homme ou les rongeurs. Nous nous sommes intéressés au cours de la thèse à l’interaction de S. mansoni avec B. glabrata. Cette thèse avait pour objectif de montrer l’implication des modifications épigénétiques dans la production des variants phénotypiques dans un contexte de coévolution de l’interaction entre S. mansoni et B. glabrata. Les deux principaux buts c’étaient : (i) Déterminer le poids relatif épigénétique / génétique dans l’expression des variants phénotypiques chez le parasite. (ii) Initier l’investigation autour des mécanismes épigénétiques chez l’hôte. Les résultats de nos travaux ont montré que les modifications des histones constituent en effet une origine des variants phénotypiques chez S. mansoni. Ces variants phénotypiques exprimés sont à la base d’une meilleure fitness voire d’une virulence pour le parasite. Finalement, l’étude de l’héritabilité des modifications épigénétiques a montré une transmission qui ne respecte pas les lois mendéliennes. En ce qui concerne B. glabrata, nous étions les premiers à mettre en évidence la méthylation de l’ADN chez ce mollusque. Au niveau du génome, 2% des cytosines totales sont méthylées. / Phenotypic variability is defined by the capacity of a given species to produce phenotypic variants from one genotype under the influence of the environment. There is several thinking about the origin of phenotypic variability. It was generally assumed that the genetic variations are the sole source of phenotypic variants. However, recent studies show that epigenetic variations can provide alternative source for phenotypic variants without change in DNA sequence. Epigenetic is one of the two components of the « Dual inheritance system », theory that evokes the existence of two inheritance system: genetics and epigenetics. In host / parasite interactions, parasites exert selective pressures on their hosts and vice versa, leading to a genuine arms race between both partners. Such interaction requires rapid adaptation where each partner has to evolve the capacity to express new phenotypic variants. We propose that epigenetic variations play an important role in the genesis of phenotypic variability. Schistosoma mansoni is a human parasite that causes intestinal schistosomiasis. Thisdisease is ranking second in the world according to the WHO. Schistosome is characterized by a life cycle that is complex requiring passage by two hosts: the intermediate host Biomphalaria glabrata and the definitive host that could be humansor rodents. During the PhD project, we are interested to the interaction of B. glabrata with S. mansoni. This PhD project aimed to show the involvement of epigenetic changes in the production of phenotypic variants in the context of coevolution of the interaction between S. mansoni and B. glabrata. The two main goals were: (i) To determine the relative weight epigenetic / genetic in the expression of phenotypic variants in the parasite. (ii) To initiate the investigation of epigenetic mechanisms in the host. The results have shown that histone modifications are indeed a source of phenotypic variants in S. mansoni. These phenotypic variants are the basis for better fitness and / or virulence of the parasite. Finally, studying the heritability of epigenetic changes showed a non-mendelian transmission. For B. glabrata, we were the first to highlight the DNA methylation in the snail. 2% of total cytosines are methylated in his genome.

Sous contraintes industrielles, les micro-organismes sont soumis à différents stress technologiques, liés à leur culture en réacteur de grande taille, altérant leur viabilité et les performances des procédés. Les fluctuations des paramètres physico-chimiques (température, pH, …) sont responsables de cette baisse d’efficacité de la fermentation. Afin de contribuer à l’intensification des performances des procédés de production de bio-éthanol, ce projet de thèse propose d’améliorer la robustesse d’une souche industrielle de Saccharomyces cerevisiae productrice d’alcool vis-à-vis d’un stress environnemental : la température. La stratégie générale de ce projet réside dans l’obtention d’un mutant plus tolérant que la souche sauvage au stress appliqué par abaissement de son taux de décès. Un pilote original de culture en continu a été mis en place, couplant mutagénèse aux UV, générant des modifications génétiques et pression de sélection par des variations de température, permettant la sélection des variants les plus robustes. Un modèle phénoménologique a été développé afin de simuler les cinétiques microbiennes selon le mode de conduite du pilote et d’optimiser les conditions de fonctionnement nécessaires à l’obtention des futurs variants. Ce modèle cinétique fait intervenir l’influence de la température sur les cinétiques de croissance, de décès cellulaire et de production d’éthanol chez Saccharomyces cerevisiae. Ces cinétiques ont été quantifiées expérimentalement en fonction de la température et des traitements de mutagénèse par UV. Grâce aux conditions obtenues par simulation, des cultures en mode continu ont été réalisées et des variants obtenus ont été caractérisés, en condition de production intensive d’éthanol, sur la base de leurs performances en termes de croissance, de décès et de capacités fermentaires. Cette stratégie a permis de sélectionner un variant possédant une meilleure robustesse vis-à-vis de la température, caractérisé par un taux de décès plus faible que celui de la souche sauvage. Néanmoins ce variant ne se caractérise pas par de meilleures performances fermentaires / Under industrial constraints, microorganisms are exposed to various stresses, due to their cultivation in large scale bioreactor, altering their viability and the performances of bioprocesses. Fluctuations in physico-chemical parameters (temperature, pH, ...) are responsible for this reduction in fermentation efficiency. This Ph.D project intends to improve the robustness of an industrial ethanol producer Saccharomyces cerevisiae strain under heat stress, in order to improve its industrial production of bio-ethanol under temperature fluctuating environment. The strategy of this project is to obtain a mutant more tolerant than the wild type strain to heat stress, possessing a lower death rate. An original continuous culture reactor has been designed, coupling UV mutagenesis (generating genetic modifications) and selection pressure (temperature) to select the most robust variant. A phenomenological model was proposed to simulate microbial kinetics based on the monitoring strategy of the chemostat and to optimize the operating conditions necessary for the generation of variants. This dynamic model involves the impact of the temperature on the kinetics of growth, cell death and ethanol production in Saccharomyces cerevisiae. These kinetics were experimentally quantified as a function of the temperature and the UV treatment. Continuous cultures were carried out under the simulated conditions and some variants were characterized in very high ethanol performance fermentations in terms of growth, death and production performances. This strategy allowed us to select a variant possessing a better thermal robustness characterized by a lower death rate than the wild type strain under heat stress. However, the reduction of the death rate did not translate into better ethanol production performances

Le brachypode rameux (Brachypodium retusum) est une espèce herbacée pérenne qui domine les pelouses sèches de Méditerranée occidentale. Dans notre zone d’étude du Sud de la France, la recolonisation spontanée est très faible après perturbation du sol. Cette observation ne correspond pas aux résultats d'études menées dans d'autres régions montrant une capacité de colonisation élevée. L'objectif principal de cette thèse était donc de tester les différentes hypothèses pouvant expliquer les différents patrons de colonisation.Dans un premier chapitre, nous avons testé si ces différents patrons de colonisation résultent d'une différenciation génétique entre les populations. Des marqueurs AFLP ont été utilisés pour analyser la structure génétique de 17 populations de Méditerranée occidentale dont la différenciation neutre entre populations. Dans un sous-échantillon de 13 populations françaises, la différenciation de traits phénotypiques sous sélection a été testée dans un jardin commun et comparée à la différenciation neutre. Dans le deuxième chapitre, nous présentons une étude sur la différenciation adaptative des traits phénotypiques et avons testé une potentielle réponse différentielle à la manipulation de facteurs environnementaux clés. Les deux derniers chapitres de la thèse ont analysé les facteurs environnementaux qui limitent la recolonisation in situ, indépendamment du génotype ou de la population. Dans le troisième chapitre, nous avons testé l’effet du pâturage et du feu sur le recouvrement végétatif ainsi que sur la reproduction sexuée de B. retusum installé. Enfin, dans le quatrième chapitre, nous avons mesuré l’effet de l’arrosage initial et du pâturage sur l’installation de plantules transplantées initialement germées en serre et de plantules issues de semis in situ. Nos résultats ont montré que les populations de B. retusum sont génétiquement différenciées pour les marqueurs neutres mais également pour les traits phénotypiques. Cette différenciation est supérieure à la dérive seule et suggère une adaptation aux conditions environnementales, en particulier aux températures estivales et à la fréquence du gel en hiver. Une réponse différentielle à la manipulation expérimentale de facteurs environnementaux (sol, pâturage, humidité du sol) a confirmé le caractère adaptatif de la différenciation génétique. Les expériences in situ ont montré que le feu a un effet positif sur la reproduction de B. retusum et sur la communauté végétale associée, alors que son recouvrement végétatif n’était pas supérieur à la moyenne de la communauté. L'exclusion du pâturage pendant deux saisons n'a eu d'incidence sur aucun des paramètres mesurés chez les populations adultes. L'arrosage initial a affecté l’installation des plantules au cours de la première saison. Au cours de la deuxième saison, l'effet seul de l’arrosage n'était pas significatif, cependant son effet est resté positif sur la survie uniquement dans les parcelles pâturées. Le pâturage, au début du cycle de vie de B. retusum, a eu un effet négatif sur le recrutement et la croissance des plantules. En conclusion, la différenciation adaptative entre les populations peut avoir contribué aux différences régionales en termes de capacité de colonisation et doit être prise en compte lors du ciblage des populations sources pour l'introduction de plantes en restauration écologique. La réponse positive de B. retusum a indiqué que le feu était une force sélective importante dans le passé qui pourrait être utilisée pour favoriser l'espèce et la communauté végétale associée dans des opérations de conservation et de restauration. L'exclusion du pâturage à court terme est tolérée par les populations adultes de B. retusum, mais l'abandon à long terme entraîne une diminution de son recouvrement par rapport aux graminées pérennes à croissance rapide. / Ramose false brome (Brachypodium retusum) is a perennial herbaceous species that dominates dry grasslands of the Western Mediterranean. In our southern French study area, spontaneous re-colonisation is very low after soil disturbance. This observation does not correspond to the results of studies from other regions showing a high colonisation capacity. The major objective of this PhD thesis was to test different hypotheses potentially explaining the different colonisation patterns.In the first chapter, we tested whether these different colonisation patterns are the result of genetic differentiation among populations. AFLP markers were used to analyse genetic structure including neutral population differentiation in 17 Western Mediterranean populations. In a sub-sample of 13 French populations, differentiation in phenotypic traits under selection was tested in a common garden and compared to neutral differentiation. In the second chapter, we present a study on adaptive differentiation in phenotypic traits testing a potentially differential response to the manipulation of key environmental factors. The last two chapters of the PhD analysed environmental factors that limit re-colonisation in the field independent of genotype or population. In the third chapter, we tested the effect of grazing and fire on vegetative recovery as well as on sexual reproduction of established B. retusum and in the fourth chapter we measured the effect of initial watering and grazing on the establishment of transplanted seedlings pre-grown in a greenhouse and of field-sown seedlings.Our results showed that populations of B. retusum are genetically differentiated in neutral markers but also in phenotypic traits. This differentiation is superior to drift alone and suggests adaptation to environmental conditions, particularly to summer temperature and winter frost frequency. A differential response to experimental manipulation of environmental factors (soil, pasture, soil moisture) confirmed the adaptive character of genetic differentiation. The field experiments showed that fire has a positive effect on B. retusum reproduction and on the associated community whereas vegetative recovery was not higher than community average. Two seasons of grazing exclosure did not affect any of the measured parameters in adult populations. Initial watering affected seedling establishment in the first season. In the second season, the watering main effect was not significant but interestingly the effect remained positive on survival in grazed plots whereas no such effect was observed in exclosures. Grazing in early life cycle stages of B. retusum had a negative effect on seedling recruitment and growth.In conclusion, adaptive differentiation between populations may have contributed to regional differences in colonisation capacity and needs to be taken into account in targeting source populations for plant introduction in ecological restoration. The positive response of B. retusum indicated that fire was an important selective force in the past which may be used to favour the species and its associated plant community in current conservation and restoration management. Short-term grazing exclosure is tolerated by mature B. retusum populations but long-term abandonment results in a decrease of cover relative to high-growing perennial grasses. In early stages of seedling establishment grazing should be avoided to guarantee introduction success - or grazing stress needs to be compensated by watering.