Les ISCR constituent une famille de séquences d’insertions bactériennes décrits récemment dans des contextes cliniques et d’antibiorésistance. Les transposases codées par ces IS appartiennent à la famille des HUH transposases qui transposent selon un mécanisme en cercle roulant. Néanmoins, aucune donnée expérimentale n’existe à ce jour. La famille ISCR compte 19 membres mais ont été peu caractérisés. C’est pourquoi, nous avons fait une mise à jour des informations sur ces éléments en analysant in silico les principales caractéristiques par une étude in silico. Nous nous sommes ensuite intéressés à l’implication de l’élément ISCR1 dans l’expression de la région variable en aval. Cet élément contient deux promoteurs orientés vers l’extérieur (POUT) dans sa région en 3’. Après une analyse de la diversité des gènes, nous avons remarqué que la plupart des gènes en aval étaient orientés dans le même sens que ces POUT et qu’ils pouvaient être exprimés à partir des deux promoteurs. Nous avons montré que pour deux gènes de résistance dfrA19 et blaCTX-M-9, ces promoteurs augmentent le niveau d’expression. De plus, la région contenant les deux promoteurs est nécessaire pour que l’expression de blaCTX-M-9 confère un phénotype de résistance. En parallèle, nous avons déterminé la régulation du promoteur du gène de la transposase de ISCR1. Nous avons identifié des motifs de régulation pour les régulateurs LexA et OmpR et déterminé expérimentalement que le promoteur du gène de la transposase de ISCR1 était régulé de façon négative par la protéine LexA, régulateur majeur de la réponse SOS et de façon positive par la protéine OmpR en conditions hypo-osmotiques. Nous proposons donc un modèle selon lequel ISCR1 est un élément dont la mobilité serait conditionnée par des facteurs environnementaux et en même temps, assurerait l’expression constitutive de gènes en aval, notamment impliqués dans l’antibiorésistance. / ISCR are a bacterial insertion sequences, recently described in clinical settings, frequently related to antibiotic resistance. These ISCR-encoded transposases belong to the well-known HUH transposases family, which transpose by rolling-circle replication. However, the transposition mechanism of ISCR transposases has not been shown experimentally. ISCR family includes 19 members and has not been well characterized yet. Therefore, we updated in silico already known characteristics for each ISCR element. Then, we investigated the involvement of ISCR1 in the expression of the downstream genes. Indeed, ISCR1 carries two outward-oriented promoters called POUT. By analyzing the diversity of the downstream region, we found that most of genes were in the same orientation as POUT promoters, suggesting these downstream genes are expressed from POUT. It thus showed that these two promoters are able to express two antibiotic resistance genes (dfrA19 and blaCTX-M-9 ). Moreover, the region containing POUT is essential to provide an ESBL-resistance phenotype for blaCTX-M-9 gene. Moreover, we also wanted to analyze the regulatory network involved in the expression of the ISCR1 transposase, RCR1. We experimentally determined that two regulatory proteins LexA and OmpR, involved in response to different stress (DNA damages and osmotic shock), control the activity of rcr1 promoter. LexA protein represses Prcr1 whereas OmpR activates Prcr1 in hypo-osmotic conditions. Here, we propose a model in which ISCR1 transposition would be the control of environmental stresses and at the same time, insured the expression of downstream antibiotic resistance genes.

Le complexe Burkholderia cepacia (Bcc) englobe 17 espèces retrouvées dans les infections pulmonaires d'individus atteints de mucoviscidose. Les bactéries de ce complexe sont présentes dans les sols, la rhizosphère de grandes cultures, les eaux usées et peuvent également être rencontrées dans le cadre d'infections nosocomiales. En France, les espèces B. multivorans et B. cenocepacia (Bcen) sont les espèces majoritaires au niveau des infections de patients atteints de mucoviscidose. Divers clones épidémiques ont été décrits au sein de l'espèce Bcen dont le clone ET12 associé au "syndrome cepacia". En 2004, une épidémie nosocomiale impliquant un clone du Bcc est survenue dans un hôpital de l'Ain. Durant ce travail, l'origine de ce clone (B&B), sa classification au sein du Bcc et certains phénomènes génétiques liés à son émergence ont été étudiés. Cela a permis d'identifier ce clone comme appartenant à l'espèce Bcen et une forte proximité de celui-ci avec la lignée ET12. L'étude des facteurs transcriptionnels de la famille σ70 au sein du Bcc a mis en évidence une structure génétique similaire entre la lignée ET12 et ce clone, mais différente de celle observée chez les autres espèces du Bcc. L'analyse d'éléments génétiques répétés de la famille des séquences d'insertion (IS) a cependant permis d'observer une organisation génomique distincte de la lignée ET12. Celle-ci a été reliée à des phénomènes d'instabilité génétique notamment à des phénomènes d'acquisition d'éléments génétiques mobiles de type îlot génomique. L'ensemble de ce travail a permis de caractériser un ensemble de phénomènes génétiques pouvant expliquer l'émergence de clones épidémiques tels que le clone B&B.

L'atrazine, un des herbicides les plus utilisés pour contrôler le développement des plantes adventices dans les cultures, a conduit à la contamination de l'environnement. L'exposition chronique à cet herbicide a conduit à l'émergence de populations microbiennes du sol capables de dégrader l'atrazine et de l'utiliser comme une source d'azote pour leur croissance. Ces populations microbiennes sont responsables de la biodégradation accélérée (BDA) de l'atrazine, un service écosystémique contribuant à diminuer la persistance de cet herbicidedans l'environnement. L'objectif de ce travail était d'étudier les mécanismes génétiques et physiologiques responsables du fonctionnement et de l'amélioration de ce service écosystémique. Nous avons appliqué une démarche expérimentale allant des gènes codant la dégradation à des communautés microbiennes afin d'identifier les processus adaptatifs impliqués dans l'évolution de la fonction de BDA de l'atrazine.Le premier volet a consisté à évaluer l'importance de mutations accumulées dans le gène atzA dans la transformation de l'atrazine en hydroxyatrazine catalysée par AtzA. Le séquençage de gènes atzA de différents isolats bactériens dégradant l'atrazine (Pseudomonas sp. ADP WT, Pseudomonas sp. ADP Ps et différents Chelatobacter heintzii) a montré que la séquence du gène atzA était très conservée. Toutefois quatre mutations non silencieuses ont pu être identifiées (1 chez Pseudomonas sp. ADP MSE et 3 chez Chelatobacterheintzii). La modélisation de la structure de la protéine AtzA a permis de montrer que trois des mutations étaient situées dans des régions importantes (site actif, poche de liaison avec l'atrazine et liaison avec le métalFe2+. [...] Le second volet a consisté à étudier la plasticité de la voie de biodégradation de l'atrazine dans deux conditions opposées : (i) la première visait à évaluer la persistance de la capacité de dégradation en absence de pression de sélection et (ii) la seconde visait à évaluer l'évolution de la capacité de dégradation en présence d'une pression de sélection élevée. Pour conduire ces études, des manipulations d'évolution expérimentale sur Pseudomonas sp. ADP ont été menées. (i) L'exposition à l'acide cyanurique, intermédiaire métabolique de l'atrazine, a conduit à la sélection d'une population nouvellement évoluée capable de croître plus rapidement dans un milieu de culture ne contenant que l'acide cyanurique comme source d'azote. Cette population est caractérisée par une délétion d'une région de 47 kb du plasmide ADP1 contenant les gènes atzABC. Les analyses conduites ont permis de conclure que le gain de compétitivité de la population évoluée résidait dans la perte du fardeau génétique représenté par la région de 47 kb, la capacité de dégradation de l'acide cyanurique restant inchangée. (ii) L'exposition à l'atrazine a conduit à la sélection d'une populationnouvellement évoluée caractérisée par l'insertion du plasmide ADP1 en quasi-totalité sur le chromosome bactérien. [...] Le troisième volet a consisté à développer un outil permettant d'évaluer, à l'échelle d'une communauté microbienne synthétique, l'évolution du potentiel génétique dégradant. Pour ce faire quatre souches dégradantes dont une, Arthrobacter sp. TES6, isolée au cours de cette étude, ont été choisies. [...] Ces travaux montrent que la fonction de biodégradation accélérée de l'atrazine est très versatile et qu'elle est en constante évolution. Il met en évidence que le principal facteur pilotant cette évolution est le niveau d'exposition des populations dégradantes au pesticide.

Les éléments transposables (ET) sont l'une des principales forces guidant l'évolution des génomes. La présence de copies dégradées a permis de bien caractérisée la dynamique des ET eucaryotes. A contrario, chez les procaryotes, les ET sont considérés comme récents, ce qui complique l'étude de leur dynamique. Les séquences d'insertion (IS) sont les ET procaryotes les plus abondants. Les modèles prédisent que les IS, arrivés par transferts horizontaux, subissent une forte augmentation de leur nombre, puis sont éliminés. De plus, les modèles prédisent que les génomes des bactéries intracellulaires devraient avoir peu ou pas d'IS. Le séquençage des génomes de bactéries intracellulaires obligatoires, comme Wolbachia, a remis en cause les modèles, car certains ont une grande quantité d'IS. Notre travail portait sur l'étude des génomes de cinq souches de Wolbachia ayant des caractéristiques diverses. Nous avons réalisé une annotation détaillée des IS pour chaque génome et testé nos hypothèses basés issues de l'analyse in silico sur un panel de souches. Nous avons confirmé que les génomes de Wolbachia ont une forte abondance d'IS. La majorité des copies d'IS étaient dégradées, ce qui a permis d'étudier leur dynamique. L'activité passée des IS de Wolbachia n'a pas été constante au cours du temps avec des alternances de phases de forte activité et de quiescence. Les phases de forte activité doivent être précédées de transferts horizontaux, qui ont été expérimentalement détectés en abondance. Enfin, des analyses d'expression suggèrent que l'activité des IS n'est pas uniquement contrôlée par les éléments eux-mêmes, mais dépend également de l'environnement génomique des copies.

Le nombre de génomes bactériens et archées complètement séquencés augmentant sans cesse plus, une telle augmentation rend possible le développement de nouveaux types d’approches large échelle, afin de comprendre l’évolution de la structure des génomes au cours du temps. La prédiction du contenu en gènes et la comparaison des génomes ont évolué de telle sorte qu’il est dorénavant possible d’extraire un certain nombre de nouvelles information permettant de comprendre l’évolution des procaryotes. Des séquences importantes dans la compréhension des opérations de réarrangements au sein des génomes de au cours du temps sont les éléments transposables, qui sont des fragments d’ADN ayant la possibilité de se mouvoir d’un lieu à l’autre, et peuvent se dupliquer au cours de ces transpositions. Les éléments transposables chez les procaryotes sont les séquences d’insertion, qui suivent un processus de couper-coller à l’intérieur des séquences ADN. Cependant, les outils ayant pour but de découvrir de telles séquences d’insertions d’une manière efficace et de développer une manière algorithmique originale pour découvrir les séquences d’insertions dans des génomes bactériens, et de constituer une base de données pour découvrir les séquences d’insertion dans des génomes bactériens, et de constituer une base de données les insérant. A l’aide de ces données, nous devons déduire un modèle d’évolution de ces éléments transposables, qui doit être relié à l’évolution de la séquence hôte (le génome procaryote). En particulier, nous devons déterminer si les séquences d’insertion et les génomes hôtes ont évolué de la même manière, et si ces séquences sont responsables, au moins jusqu’à une certaine mesure, de recombinaisons génomiques telles que les inversions. / The number of completely sequenced bacterial and archaeal genomes are rising steadily, such an increasingmakes it possible to develop novel kind of large scale approaches to understand genomes structureand evolution over time. Gene content prediction and genome comparison have both provided newmajor information and deciphering keys to understand evolution of prokaryotes. Important sequencesin understanding rearrangement operations inside genome sequences during evolution are the so-calledtransposable elements (TEs), which are DNA fragments or segments that have the ability to insert themselvesinto new chromosomal locations, and often make duplicate copies of themselves during transposition process.The transposable elements involved in such a move are the insertion sequences (ISs) in prokaryotes, theyfollow a cut-and-paste process inside the host DNA sequence. But the tools that deal with discovering ISs inan efficient way and that relate them to genome rearrangements are still too few and not totally accurate.The aim of this thesis is to develop an accurate algorithmic way to discover insertion sequences (ISs) inbacterial genomes and to constitute a database with these discoveries. Using these data, we must deduce amodel of evolution of these transposable elements, which must be related to the evolution of the host sequence(the prokaryotic genome). In particular, wemust ask whether insertion sequences and host genomes haveevolved in a similar way, and if ISs are responsible, at least to some extent, for genomic recombinationlike inversions.

Mycoplasma agalactiae est responsable de l'agalactie contagieuse, maladie des petits ruminants difficilement contrôlée et figurant sur la liste de l’OIE. Afin d’évaluer la diversité génétique de ce pathogène, 101 isolats ont été comparés par trois techniques (VNTR, RFLP, répertoire vpma). Les résultats révèlent une grande homogénéité génétique dont la souche type PG2 est représentative. Quelques isolats font exception telle la souche 5632 que nous avons séquencée et analysée ici. La comparaison des génomes et des protéomes entre 5632 et PG2 indiquent que la plasticité de ces génomes est liée à d’importants échanges d'ADN et à la présence de nombreux éléments génétiques mobiles (10% du génome). Ces analyses révèlent également une forte dynamique au sein de répertoires de gènes codant des protéines de surfaces. Pour les mycoplasmes, bactéries minimales dépourvues de paroi, ces évènements ont certainement joués un rôle dans leur survie et leur adaptation à des hôtes complexes. / Mycoplasma agalactiae is responsible of contagious agalactia, a disease of small ruminants that is still difficult to control and is listed by the OIE. In order to evaluate the genetic diversity of this pathogen, 101 isolates were compared using three techniques (VNTR, RFLP, vpma repertoire). Results revealed a high genetic homogeneity with the PG2 type strain as representative. Some isolates however diverged such as the 5632 which was sequenced and analysed here. Whole comparative genomic and proteomic analyses of the 5632 and PG2 strains indicate that their genomic plasticity resides in important genes flux and in the presence of several mobile genetic elements (10% of the genome). These analyses also revealed that specific loci encoding repertoire of surface proteins are highly dynamic. For these minimal bacteria that lack a cell-wall, these events have most likely played a major role in their survival and adaptation to complex hosts.