Les granules de stress (GSs) sont des entités cytoplasmiques très dynamiques et dépourvues de membranes, ils apparaissent suite à des conditions de stress. En raison du fait que les GSs sont instables et dépourvus de membranes, leur isolement biochimique n'a pas été accompli. En effet, toutes les fonctions qui sont attribuées aux GSs se basent principalement sur l'observation par microscopie optique de quelques protéines régulatrices des ARNm. A travers cette étude, nous avons déterminé la composition des GSs à l'échelle nanométrique dans deux conditions de stress différentes (stress osmotique et stress oxydatif). Nous avons d'abord cartographié les GSs par microscopie électronique puis ces mêmes granule sont été analysés par microscopie ionique. Grâce au marquage isotopique de l'ARN, nous avons montré que ces structures sont très riche sen ARN, par rapport au reste du cytoplasme et ceci dans les deux conditions de stress. Le deuxième volet de notre étude nous a permis de mettre en évidence un rôle fonctionnel des GSs dans la réponse au stress osmotique. En effet, l'augmentation de la force ionique et de l'encombrement macromoléculaire (deux paramètres qui sont accentués dans les conditions de stress osmotique) permet la dissociation des polysomes et l'assemblage des GSs. Néanmoins, quelques heures après, l'accumulation des osmolytes compatibles dans le cytoplasme par les transporteurs spécifiques réduit la force ionique et l'encombrement macromoléculaire permettant ainsi la dissociation des GSs et le retour progressif de la traduction. Nous avons démontré également que le préconditionnement des cellules avec des osmolytes compatibles avant leur exposition à un stress osmotique sévère bloque la formation des GSs et augmente le taux de survie des cellules. L'ensemble de ces résultats prouve que les osmolytes compatibles favorisent la survie cellulaire et l'adaptation des cellules aux conditions de stress osmotique partiellement via la dissociation des GSs et la reprise de la traduction. / Stress granules (SGs) are highly dynamical cytoplasmic bodies laking encapsuling membarnes which appear in reponse to a wide variety of stresses. Due to their lack of membranes and their instability, their biochemical isolation from cells has not yet been accomplished. All functions attributed to SGs are mostly based on optical microscopy observations of key proteins involved in mRNA processing. In the first part of our study, we explored the RNA composition SGs at a nanometric scale and their biophysical properties in two different conditions (osmotic and oxydative stresses). To do so, we imaged and identified the SGs by electron microscopy and analyzed the distribution of N15-uridine labeled-RNA via ionic microscopy. We show that the SGs are enriched in RNA compared to rest of cytoplasm in the two stress conditions. The second part of our study, we tackled the functional role of the SGs in response to osmotic stress. The increase of ionic strength and macromolecular crowding which are the hallmark of osmotic stress lead to SGs assembly in cells after polysome disassembly. However, several hours after the onset of stress, the compatible osmolyte accumulation in the cell by specific transporters reduces the ionic strength and macromolecular crowding thus allowing the diassembly of SGs and the progressive return of translation. In line with this, celle preconditioning with compatible osmolytes before their exposition to severe osmotoc stress prevents the assembly of SGs and increases the rate of cell survival. Together, these results show that compatible osmolytes favors cell survival and adaptation to osmotoc stress via the disassembly of SGs ans recovery of translation.

L'objectif de cette thèse est d'apporter, une meilleure compréhension de la stabilité colloïdale de dispersions aqueuses préparées à partir de particules commerciales de zircone yttriée (TZ3Y). Ces dispersions sont utilisées pour l'élaboration de matériaux céramiques Des modèles classiques (DLVO) suffisent à décrire la stabilité malgré des forces attractives élevées (constante Hamaker de 17kT). D'après les propriétés granulométriques, rhéologiques et structurales (SAXS), nous mettons en évidence que la transition d'un état liquide à un état gel viscoélastique, est surtout liée à la polydispersité des dispersions et à la métastabilité des particules de quelques dizaines de nm. Les interactions jouent cependant un rôle. En effet tandis que la transition apparaît à une fraction volumique en particules de 20%vol lorsque le système est contrôlé par des répulsions ioniques et elle apparait pour fraction volumique en particules de 30%vol dans le cas d'une barrière stérique. L'empilement dans les gels reste dense sans hétérogénéités. Enfin, dans le cas de mélanges, le rôle de nanoparticules (<10nm) de zircone et silice sur la stabilité en milieu dilué et concentré est explorée.

Chez les plantes supérieures, la distribution des sucres entre organes sources et puits requiert l'activité de transporteurs membranaires de sucre. Les flux de sucre variant au cours du développement de la plante et en réponse à des stress, il est logique de penser que les transporteurs de sucres sont impliqués dans ces changements. Le but du travail était de suivre la répartition des sucres et l'expression des transporteurs correspondants dans les racines de la plante modèle Arabidopsis thaliana, en réponse à un stress osmotique. Afin de pouvoir récolter des racines, un système de culture en hydroponie a été mis en place. Après avoir vérifié l'homogénéité des plantes cultivées dans ce système, une étude de l'expression des gènes de transporteurs de sucre a été effectuée au cours du développement des plantes et de d'une journée (24h), en utilisant la technique de macroarray. Cette étude a révélé l'expression dans les racines de 3 transporteurs de saccharose (AtSUC1, AtSUC2 et AtSUC5), 2 transporteurs de polyols (AtPLT5 et AtPLT6) et 2 transporteurs d'hexoses (AtSTP7 et AtSTP13). Le suivi de la teneur en sucres solubles et en amidon ainsi que du transport à longue distance de [U-14C]-saccharose a permis d'émettre des hypothèses quant au rôle des transporteurs de sucres exprimés dans la racine. Afin de mimer un stress hydrique en hydroponie, un protocole d'application progressif d'un agent osmotique (polyéthylène glycol 6000) dans le milieu de culture a été élaboré. Ce système a permis de mettre en évidence que 5 des gènes de transporteurs de sucre identifiés dans la racine ont une expression qui varie dans ces conditions. Trois d'entre eux sont fortement réprimés : AtSUC1 / In plants, sugar allocation between source and sink organs is based on the activity of membrane transporters for sugars. As sugar fluxes are changing during development and in response to stress, sugar transporters are supposed to be involved in those changes. The aim of this work was to study sugar allocation and the corresponding transporters gene expression in the roots of the model plant Arabidopsis thaliana during an osmotic stress. In order to have access to the roots, an hydroponic culture system was developped. The homogeneity of the plants obtained with this system was checked and the expression of sugar tranporter genes was followed during development and during a 24h period was studied by a macro-array technique. The expression in the roots of the following genes was found: 3 sucrose transporters (AtSUC1, AtSUC2 and AtSUC5), 2 polyol transporters (AtPLT5 and AtPLT6) and 2 hexose transporters (AtSTP7 and AtSTP13). The sugar and starch content and the long distance of 14C-sucrose were measured and used to build some hypothesis on the role of sugar transporters in the roots. To mimick a water stress, an osmotic stress due to the progressive addition of Polyethylene-glycol was applied. This system demonstrated that 5 of the identified transporter genes display a change in expression: 3 are repressed (AtSUC1, AtSUC5 and AtPLT6) and 2 are over expressed (AtSUC2 and AtSTP13). Moreover, soluble sugar and starch accumulate in the leaves and 14C-sucrose transport to the roots is decreased in plants subjected to an osmotic stress. The respective role of transporters is discussed. The gene expression data were also confirmed with plants grown in rhizoboxes.

Ce mémoire de thèse est divisé en deux chapitres, le premier aborde l'impact des osmolytes sur la dihydrofolate réductase (DHFR) et le second a pour objet l'étude structurale de pseudopeptides antimicrobiens en présence de modèles membranaires. Les osmolytes organiques sont de petites molécules accumulées dans les cellules et les tissus de nombreux organismes lors d'une contrainte hyperosmotique pour maintenir le volume cellulaire. Ces solutés ont également un rôle essentiel dans la sauvegarde de l'intégrité cellulaire et dans la stabilisation des macromolécules contre l'effet de divers stress environnementaux. Les osmolytes peuvent néanmoins induire une inhibition significative des enzymes et les bases moléculaires de leurs effets sur les propriétés des protéines sont au centre de nombreuses études. Nous avons étudié la DHFR, une enzyme clé du métabolisme, en présence de divers solutés. Après avoir vérifié que les osmolytes ne modifiaient pas la structure globale de la DHFR, nous avons montré qu'ils étaient capables de stabiliser la structure et d'inhiber l'activité de cette enzyme. L'inhibition de la DHFR est liée à la diminution de la vitesse de sortie (koff) du produit, que nous avons mesurée en présence d'osmolytes. L'étude de la dynamique interne de la DHFR, sur plusieurs échelles de temps apporte des réponses sur l'origine de l'inhibition de la DHFR en présence d'osmolytes. La seconde partie présente nos travaux sur la relation structure-activité de plusieurs peptides antimicrobiens. Ce projet s'inscrit dans la course au développement de nouvelles molécules actives pour palier la résistance croissante des pathogènes contre les antibiotiques conventionnels. Nous avons déterminé les structures et étudier le comportement de différents peptides et pseudopeptides en environnement membranaire modèle, micelles de SDS et phospholipides afin de proposer un mode d'action pour chacun d'eux.

Staphylococcus xylosus est couramment utilisé comme ferment dans les produits carnés pour son rôle dans le développement de la flaveur et de la couleur. Beaucoup de propriétés technologiques ont été caractérisées in vitro. Cependant, les mécanismes moléculaires mis en place par cette bactérie pour s’adapter à une matrice carnée et aux composés nitrosés, fréquemment ajoutés dans ces produits, étaient méconnus. Pour identifier ces mécanismes, des approches de transcriptomique globale ont été mises en œuvre. S. xylosus survit dans un modèle viande en modulant l’expression de 55 % de ses gènes. Il surexprime des gènes codant des protéines impliqués dans le catabolisme du glucose et du gluconate et des gènes codant des peptidases. En parallèle, il sous exprime de nombreux gènes impliqués dans la synthèse des acides aminés probablement en raison de leur disponibilité dans le modèle viande. Le modèle viande est un milieu riche en divers substrats et la bactérie pourrait adapter sa physiologie via les régulateurs transcriptionnels CcpA et CodY. S. xylosus répond au sel ajouté au modèle viande en surexprimant des gènes impliqués dans des mécanismes d’osmoprotection, d’extrusion de Na + et de protons. S. xylosus répond aux composés nitrosés dans le modèle viande en modulant 24 % de son génome. Ces composés nitrosés génèrent un stress nitrosant et S. xylosus répond à ce stress par la surexpression de gènes impliqués dans l’homéostasie du fer via la dérépression du régulateur Fur. S. xylosus surexprime aussi des gènes codant des enzymes antioxydants via la dérépression du régulateur PerR. De plus, il surexprime des gènes impliqués dans la réparation de l’ADN et des protéines. La viande est un aliment riche en fer hémique et non hémique. Ainsi, S. xylosus est capable d’acquérir du fer à partir de ferritine, de transferrine et potentiellement des hémoprotéines. La ferritine est une source préférentielle de fer pour S. xylosus. Un opéron codant potentiellement un complexe membranaire impliqué dans des réactions d’oxydo-réduction a été identifié. Un mutant de délétion/insertion dans le premier gène de l’opéron confirme que ce système pourrait jouer un rôle dans l’acquisition du fer de la ferritine chez S. xylosus. Cette étude révèle un changement global dans l’expression des gènes de S. xylosus dans un modèle viande, elle souligne la capacité de S. xylosus à s’adapter à un stress osmotique ou nitrosant et elle caractérise pour la première fois la capacité d’un staphylocoque à utiliser du fer de la ferritine. / Staphylococcus xylosus is used as starter culture in meat product for its role in the development of flavor and color. S. xylosus is characterized for its technological properties in vitro. However, the molecular mechanisms for its adaptation in meat with or without nitrate and nitrite, frequently added in meat product, remained unknown. Global transcriptomic approaches were carried out to determine the molecular mechanisms. S. xylosus modulated the expression of 55 % of the genes to survive in a meat model. Many genes encoding proteins involved in glucose and gluconate catabolisms and peptidases were up expressed. In parallel, a lot of genes involved in amino acids synthesis were down regulated, probably due to their availability in the meat model. The meat model is a rich medium composed of various substrates and S. xylosus adapted its physiology through the transcriptional regulators CcpA and CodY. Finally, it responded to salt added in the meat model in overexpressing genes involved in mechanisms of osmoprotection, Na + and H + extrusion. S. xylosus modulated the expression of 24 % of the genes in presence of nitroso compounds in the meat model. These compounds generated a nitrosative stress. S. xylosus responded to this stress by over expressing genes involved in iron homeostasis through the derepression of the regulator Fur. It over expressed also genes encoding antioxidant enzymes through the derepression of the regulator PerR. Moreover, it over expressed genes involved in DNA and proteins repairs. Meat is rich in hemic and non-hemic iron. S. xylosus is able to grow in presence of ferritin, transferrin and potentially hemoproteins. Ferritin is one of preferential iron sources. An operon encoding potentially a membranous complex involved in oxydo-reduction reactions has been identified. A strain defective in the first gene of the operon confirmed that this complex could contribute to the iron acquisition from ferritin. This study revealed a global change in the gene expression of S. xylosus in the meat model; it highlighted ability of S. xylosus to mitigate nitrosative or osmotic stress, it characterised for the first time the capacity of a Staphylococcus to acquire ferritin-iron.

La cryopréservation engendre des dégradations variables de l’activité biologique et des fonctionnalités des bactéries lactiques, notamment chez Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, un starter de l’industrie laitière. Le but de ce travail a été d’identifier les marqueurs cellulaires de cryorésitance et de cryosensibilité afin de mieux comprendre les mécanismes de dégradation sous-jacents et d’améliorer les performances industrielles des bactéries lactiques. La cryopresérvation a ici été considérée comme une combination de deux stress majoritaires : froid et osmotique. Une attention particulière a été portée à l’analyse de la membrane cellulaire, un site majeur de dégradation lié à la congélation, mais également à la paroi cellulaire et aux protéines. De plus, les cellules ont été analysées à différentes échelles d’observation, de la population jusqu’à la cellule unique, afin de quantifier l’hétérogénéité des propriétés cellulaires existant au sein de populations. Dans une première partie de ce travail, des conditions de culture ont été comparées pour identifier deux souches de L. bulgaricus présentant des résistances contrastées vis-à-vis de la congélation. Une analyse génomique comparative des souches a également été menée dans le but de fournir des pistes de compréhension de ces comportements différents. Dans une seconde partie, des propriétés membranaires des cellules ont été évaluées en réponse aux stress froid et osmotique : composition en acides gras, organisation au niveau des chaînes d’acides gras et des têtes phospholipidiques, et fluidité.Leur fluidité membranaire a également été caractérisée à une échelle subcellulaire par microscopie de fluorescence au moyen du rayonnement synchrotron, permettant la quantification des hétérogénéités inter- et intra-cellulaires. Enfin, un développement technique et méthodologique a été entrepris afin de permettre l’analyse de bactéries individuelles en milieu aqueux par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, et ainsi leur signature biochimique en conditions natives. Ces approches complémentaires et multidisciplinaires ont révélé l’existence de propriétés et d’organisation différentes de la membrane des deux souches de L. bulgaricus. Différents types d’interaction entre les molécules cryoprotectrices du milieu extracellulaire et la membrane des deux souches a été proposé, pouvant être à l’origine des dommages causés à la souche sensible. De plus, une hétérogénéité plus importante au sein de la population sensible a été identifiée, attribuée à des différences en termes de composition biochimique et d’organisation au niveau de la membrane et de la paroi. Finalement, ce travail suggère quelques marqueurs cellulaires d’évaluation de la cryorésistance des bactéries lactiques, et fournit des méthodes de caractérisation de l’hétérogénéité biochimique au sein des populations. Ceux-ci pourraient être appliqués à l’étude de toute autre étape critique du procédé de production des bactéries lactiques, et pourraient être utiles pour aller vers la production de ferments homogènes au niveau de leur résistance. / Cryopreservation leads to variable degradation of the biological activity and functionality among lactic acid bacteria (LAB), particularly Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, a dairy starter of industrial relevance. The aim of this work was to identify cellular markers of cryoresistance or cryosensitivity for better understanding the mechanisms of cell cryoinjury and increasing LAB industrial performances. Cryopreservation was here considered as a combination of cold and osmotic stresses. A particular focus was given to the analysis of the cell membrane, recognised as a primary site of cryoinjury, but also of the cell wall and proteins. Moreover, cells were analysed from the population level down to the single-cell level to quantify the heterogeneity of cell properties within populations. In the first part of this work, bacterial cultivation conditions were compared to identify two L. bulgaricus strains with markedly different cell cryoresistance. Moreover, a comparative genomic analysis of the strains was performed to provide some clues for the explanation of their different behaviours. In the second part of this work, the membrane properties were evaluated in response to the cold and osmotic stresses: fatty acid composition, organisation of fatty acyl and phospholipid headgroups, and fluidity.Subcellular membrane fluidity was also characterised by fluorescence microscopy using synchrotron radiation, enabling the quantification of inter- and intra-cellular heterogeneities. Finally, original methodological and technical developments were undertaken to achieve the analysis of individual bacterial cells in an aqueous environment by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, for the analysis of the biochemical signature of cells under native conditions. These complementary multidisciplinary approaches revealed different properties and organisation of the membrane of both L. bulgaricus strains. It was proposed that different types of interaction between cryoprotectants of the extracellular matrix and the membrane of both strains could be at the origin of cryoinjury for the sensitive strain. Moreover, a high population heterogeneity characterised the cryosensitive strain, ascribed to differences in terms of biochemical composition and organisation of the membrane and cell wall. Altogether, this work suggests some cellular markers to evaluate LAB cryoresistance and provides methods to characterize population biochemical heterogeneity. These could be applied to any other stressful step of their production process, and should be useful for future production of homogeneous populations of resistant LAB.

Les fluctuations hydriques influencent l'activité et la viabilité des microorganismes. L’humidité relative de l’air est ainsi un paramètre potentiellement efficace pour maîtriser le développement et la persistance de microorganismes pathogènes. Cependant, l’efficacité de ce paramètre reste peu connue par rapport à d’autres facteurs environnementaux comme le pH ou la température. Le séchage est l'étape finale des procédures de nettoyage et de désinfection en industrie agroalimentaire. Cependant, il est aujourd'hui utilisé de façon empirique alors qu'il pourrait permettre d'améliorer la décontamination des surfaces dans les ateliers et diminuer la persistance des microorganismes. Malgré les procédures de nettoyage et de désinfection, la bactérie Listeria monocytogenes est fréquemment retrouvée dans l'industrie agroalimentaire et y persiste pendant de longues périodes. Evaluer et comprendre l'impact des fluctuations hydriques sur la survie de L. monocytogenes afin d'en optimiser la destruction sur une surface, constituent ainsi les principaux objectifs de cette thèse.Dans un premier temps, 30 souches de L. monocytogenes isolées de différents environnements de transformation des aliments et présentant différents sérotypes et niveaux de virulence ont été exposées à un stress hyperosmotique et à un séchage. Cette approche a permis d'analyser les différences de résistance entre les souches et de sélectionner quatre souches présentant différents profils de résistance pour poursuivre les travaux.Afin de définir les conditions de fluctuations hydriques les plus létales pour les souches de L. monocytogenes, différents paramètres ont été étudiés tels que la vitesse de déshydratation, le niveau d’humidité relative, la vitesse de réhydratation, l’application de cycles successifs de déshydratation-réhydratation et le milieu de séchage.Enfin, les mécanismes cellulaires induisant la mort de L. monocytogenes lors des fluctuations hydriques ont été explorés par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, microscopie à force atomique, cytométrie en flux et par séchage en anaérobiose. Ces différentes méthodes ont permis de révéler qu'un stress mécanique et structural sont majoritairement responsables de la mort de L. monocytogenes.L’ensemble de ce travail démontre que la maîtrise du niveau et des variations de l’humidité relative de l’air est un moyen efficace pour détruire L. monocytogenes et offre de réelles perspectives d’application pour améliorer l’hygiène des ateliers de production alimentaire. / Environmental hydration fluctuations influence microorganism viability and activity. The air relative humidity (RH) is a potentially effective parameter to control the development and the persistence of pathogenic microorganisms. However, efficiency of this parameter remains not well characterized compared to others environmental factors such as pH or temperature. Drying is the final step of cleaning and disinfection processes used in the food industry. However, if this process is empirically used, it could also be used to improve the decontamination of surfaces in premises and reduce the persistence of microorganisms. Despite cleaning and disinfection, Listeria monocytogenes is commonly found in the food industry and persists during long periods. Thus, the main objective of this thesis is to evaluate and understand the impact of hydric fluctuations on L. monocytogenes survival to optimize its destruction on a surface.First, thirty L. monocytogenes strains, isolated from different food processing environment and belonging to different serotypes and levels of virulence, were exposed to hyperosmotic stress and drying process. Differences in resistances among the strains were analyzed and four strains with different resistance to hydric stress were selected to continue this study.To define the most lethal hydric fluctuation conditions for L. monocytogenes strains, various parameters, such as the dehydration kinetic, relative humidity level, the rehydration kinetic, the application of successive dehydration and rehydration cycles and drying medium, have been studied.Finally, cellular mechanisms inducing the cell death during hydric fluctuations were investigated by Fourier transform infrared spectroscopy, atomic force microscopy, and flow cytometry and anaerobic drying. These different methods revealed that mechanical and structural stresses are primarily responsible for the death of L. monocytogenes.This work demonstrates that the control of RH level and variation is an effective means for the destruction of L. monocytogenes and offers real perspectives to improve hygiene in food production premises.

La capacité d’une plante à réguler sa croissance racinaire est une composante importante de l’acclimatation aux stress environnementaux. A l’échelle cellulaire, cette régulation est effectuée via le contrôle de la division et de l’élongation des cellules mais les rôles respectifs de chaque processus et leurs interactions sont peu connus. Notamment, l’activité de production de cellules du méristème apical racinaire (RAM) est trop souvent négligée. Dans cette thèse, l’analyse spatiale de la croissance le long de l’apex racinaire et l’analyse temporelle des trajectoires de croissance des cellules ont été couplées pour comprendre les liens existants entre division et élongation cellulaire. Pour cela, j’ai développé un système de phénotypage de la croissance à haute résolution spatio-temporelle qui a été appliqué à l’étude de racines d’un peuplier euraméricain (Populus deltoides × Populus nigra) en réponse à différents stress (stress osmotique, impédance mécanique). Une forte variabilité du taux de croissance racinaire entre individus ainsi que des variations individuelles cycliques de la croissance ont été observées malgré des conditions environnementales contrôlées. L’utilisation de cette variabilité couplée à la quantification de l’activité du RAM a mis en évidence l’importance du taux de production de cellules pour soutenir la croissance racinaire. Ces travaux analysent une nouvelle échelle de variations spatiales et temporelles de la croissance peu prise en compte jusqu’à présent. Hautement applicable à d’autres questions scientifiques, l’analyse du devenir des cellules une fois sortie du RAM est également discutée pour des conditions de croissance non stables / Regulation of root growth is a crucial capacity of plants for acclimatization to environmental stresses. At cell scale, this regulation is controlled through cell division and cell elongation but respective importance of these processes and interactions between them are still poorly known. Notably, the cell production activity of the root apical meristem (RAM) is often excluded. During this thesis, spatial analyses of growth along the root apex were coupled with temporal analyses of cell trajectories in order to decipher the links between cell division and cell elongation. This required the setup of a system for phenotyping root growth at a high spatiotemporal resolution which was applied to study the growth of roots from an euramerican poplar (Populus deltoides × Populus nigra) in response to different environmental stresses (osmotic stress or mechanical impedance). An important variability of root growth rate between individuals as well as individual cyclic variations of growth along time were observed despite tightly controlled environmental conditions. Use of this variability coupled with quantification of the RAM activity led us to a better understanding of the importance of the cell production rate for sustaining root growth. This work analyses a new spatiotemporal scale of growth variability poorly considered. Widely applicable to others scientific questioning, temporal analyses of cell fate once produced in the RAM is also discussed for non-steady growth conditions