Dans l’environnement marin, les surfaces artificielles sont rapidement colonisées par des bactéries qui s’organisent en communautés appelées biofilms, s’entourant d’une matrice de substances polymériques extracellulaires (EPS). La formation d’un biofilm est une étape critique du processus nommé biofouling, c’est-à-dire l’accumulation de micro- et de macro-organismes sur une surface immergée, pouvant conduire à des conséquences néfastes dans le secteur marin. Dans cette étude, il s’agit d’identifier des souches bactériennes isolées de supports immergés en Mer Méditerranée et de les caractériser phénotypiquement par diverses approches. Leur capacité à former un biofilm in vitro a été évaluée dans différentes conditions avec une attention particulière portée sur leurs capacités à produire une matrice polymérique abondante riche en polysaccharides; l’objectif étant d’isoler des exopolysaccharides originaux à activité antifouling. Treize souches ont ainsi fait l’objet d’analyses phylogénétiques et d’une caractérisation phénotypique. Sept genres et douze espèces différentes ont été identifiés au sein desquelles deux isolats peuvent être affiliés à une nouvelle espèce, nommée Persicivirga mediterranea. Ce genre n’a jamais été décrit en Mer Méditerranée jusqu’à présent. L’extraction des EPS de chaque souche cultivée en biofilm a permis de déterminer leur composition générale en glucides, protéines, acides nucléiques et lipides. Une souche, Pseudoalteromonas ulvae TC14, se distingue par sa capacité à produire des exopolysaccharides en quantité importante. Il s’agit essentiellement de polymères du glucose dont les analyses chromatographiques et spectroscopiques ont révélé la diversité de taille (Mw ~ 1–4000 kDa), de charge (neutre ou anionique) et de fonction associée (lactate ou acétate). Les fractions d’EPS enrichies en polysaccharides inhibent la formation de biofilm par d’autres souches marines. Ces derniers sont également synthétisés par les bactéries en culture planctonique mais en proportions très différentes. / In marine environment, artificial surfaces are promptly colonized by biofilms, which are communities of bacteria surrounded by matrix of extracellular polymeric substances (EPS). Formation of biofilm is a critical step of biofouling development, which corresponds to the accumulation of micro and macro-organisms on immersed surfaces and which can have important negative ramifications in particular in the marine sector. In this study, bacteria isolated from the Mediterranean Sea have been identified and characterized using different phenotypical tools. Their capacity to form a biofilm in vitro has been studied in different conditions, with a particular focus on their ability to produce abundant carbohydrate-rich EPS, the overall objective of the study being the isolation of original antifouling-active exopolysaccharides. Thirteen strains have been phylogenetically and phenotypically characterized. Seven genera and twelve species were identified among which two isolates were affiliated to a new species, named Persicivirga mediterranea. This genus has never been described in the Mediterranean Sea. Extraction of EPS of each strain, grown in biofilm conditions, allowed the determination of their general composition in carbohydrates, proteins, nucleic acids and lipids. One strain, Pseudoalteromonas ulvae TC14, was able to produce large quantities of exopolysaccharides, comprising in majority polymers of glucose whose chromatographic and spectroscopic analyzes revealed a diversity in size (Mw ~ 1-4000 kDa), charge (neutral or anionic) and associated function (acetate or lactate). These polysaccharides inhibited biofilm formed by other marine strains isolated from the Mediterranean Sea. They can also be synthesized by planktonic TC14, but in very different proportions.

Dans l'environnement marin, les surfaces artificielles sont rapidement colonisées par des bactéries qui s'organisent en communautés appelées biofilms, s'entourant d'une matrice de substances polymériques extracellulaires (EPS). La formation d'un biofilm est une étape critique du processus nommé biofouling, c'est-à-dire l'accumulation de micro- et de macro-organismes sur une surface immergée, pouvant conduire à des conséquences néfastes dans le secteur marin. Dans cette étude, il s'agit d'identifier des souches bactériennes isolées de supports immergés en Mer Méditerranée et de les caractériser phénotypiquement par diverses approches. Leur capacité à former un biofilm in vitro a été évaluée dans différentes conditions avec une attention particulière portée sur leurs capacités à produire une matrice polymérique abondante riche en polysaccharides; l'objectif étant d'isoler des exopolysaccharides originaux à activité antifouling. Treize souches ont ainsi fait l'objet d'analyses phylogénétiques et d'une caractérisation phénotypique. Sept genres et douze espèces différentes ont été identifiés au sein desquelles deux isolats peuvent être affiliés à une nouvelle espèce, nommée Persicivirga mediterranea. Ce genre n'a jamais été décrit en Mer Méditerranée jusqu'à présent. L'extraction des EPS de chaque souche cultivée en biofilm a permis de déterminer leur composition générale en glucides, protéines, acides nucléiques et lipides. Une souche, Pseudoalteromonas ulvae TC14, se distingue par sa capacité à produire des exopolysaccharides en quantité importante. Il s'agit essentiellement de polymères du glucose dont les analyses chromatographiques et spectroscopiques ont révélé la diversité de taille (Mw ~ 1-4000 kDa), de charge (neutre ou anionique) et de fonction associée (lactate ou acétate). Les fractions d'EPS enrichies en polysaccharides inhibent la formation de biofilm par d'autres souches marines. Ces derniers sont également synthétisés par les bactéries en culture planctonique mais en proportions très différentes.

Les vasières intertidales sont le siège d'une forte production primaire sous la forme d'un biofilmmicrophytobenthique qui se développe en surface à marée basse. Ce biofilm se compose principalement de diatomées et de bactéries hétérotrophes. Ces deux composantes sécrètent des substances polymériques extracellulaires (EPS) qui jouent différents rôles dans le biofilm. Le travail présenté s'est basé sur différentes échelles d'observation (in situ à 2 saisons, mésocosme en laboratoire, et échelle fine du biofilm en microscopie confocale) et a permis de mettre en évidence les interactions des diatomées et des bactéries à différents moments de la marée et du nycthémère. L'utilisation d'une nouvelle méthode d'extraction des EPS a permis d'éclaircir leur rôle en évitant les contaminations par les substances internes provoquées par les méthodes classiques. Les EPS colloïdales particulièrement riches en glucose s'associent au déplacement des diatomées, notamment lors d'un stress (sursalure, carence en nutriments) et sont préférentiellement consommées par les bactéries, après leur dégradation par les enzymes ou leur hydrolyse dans l'eau interstitielle. Les EPS liées au frustule, et plus particulièrement les sucres, inhiberaient le développement bactérien à proximité de la cellule algale. Elles sont surtout sécrétées lors de la mise en place du biofilm et pour protéger la cellule quand les conditions sont osmotiquement défavorables et leur richesse en protéine leur confère un potentiel intéressant pour les bactéries qui peuvent les utiliser comme substrat azoté en cas de carence. D'autres substances ont été plutôt sécrétées parles bactéries telles que les N-acétylglucosamines et les protéines colloïdales de bas poids moléculaire,certainement des enzymes bactériennes, ainsi que le glucose qui semble être associé au EPS colloïdaux des diatomées mais aussi aux EPS bactériens selon l'analyse en microscopie confocale en utilisant des lectines comme marqueurs d'EPS.

Le principal objectif de cette thèse était de mieux comprendre l'importance des Substances Polymériques Extracellulaires (SPE) dans la structuration et la formation des biofilms benthiques ; tout en s'inscrivant dans une étude plus globale des mécanismes écologiques impliqués dans le fonctionnement des vasières intertidales. La mise au point des dosages biochimiques a été effectuée sur le mucilage de l'algue Chaetomorpha aerea et a permis en parallèle de purifier un polysaccharide sulfaté riche en galactose, présentant une activité bactéricide sélective contre la souche Staphylococcus aureus (ATCC 25923). Les études biochimiques et écologiques menées sur les SPE extraits de la vasière charentaise ont ensuite permis de quantifier leur dynamique de production et leur composition, en fonction des conditions environnementales. La présence de désoxy-sucres et d'acides uroniques au sein des SPE capsulaires a laissé supposer que ces fractions jouaient un rôle important dans la formation et le devenir du biofilm microphytobenthique. La dernière partie des travaux a permis de caractériser les propriétés acide/base de Lewis et hydrophile/hydrophobe de la surface de la micro-algue Navicula jeffreyi, impliquée dans la formation de biofilms benthiques, par des méthodes classiques d'analyse. L'utilisation d'une nouvelle méthode, la Chromatographie Gazeuse Inverse (CGI), a permis d'obtenir des résultats intéressants et relativement similaires, confirmant le caractère prometteur de la CGI pour l'étude des propriétés de surface des micro-organismes.

Différents effets de nanotubes de carbone (NTC) sur des diatomées benthiques ont été évalués via des approches microscopiques et biochimiques. Il a été montré que la structure du frustule, paroi silicifiée propre aux diatomées, est déterminante sur l'entrée ou non des NTC dans les cellules. Une internalisation des NTC dans la cellule a conduit à des effets génotoxiques et tératogènes. L'interaction des NTC avec les substances polymériques extracellulaires (SPE) produites par les diatomées a aussi été évaluée. Les SPE ont favorisé l'agglomération des NTC entre eux, ainsi que leur isolement physico-chimique vis-à-vis des diatomées. Une réponse des diatomées à la présence des NTC par la surproduction de SPE explique partiellement le retard de croissance observé. De plus, Des interactions entre SPE et NTC, majoritairement hydrophobes, ont été révélées. Ces interactions ont permis de réduire considérablement les effets des NTC sur les diatomées au cours du temps. / Various effects of carbon nanotubes (CNTs) on benthic diatoms were assessed via microscopic and biochemical approaches. It has been shown that the structure of the specific to diatoms silicified frustule has a key role in the entry or not of CNTs into the cells. Moreover, Internalization of CNTs in the cell led to genotoxic and teratogenic effects. The interaction of the CNTs with the extracellular polymeric substances (EPS) produced by diatoms was also evaluated. EPS favored agglomeration of CNTs between them as well as their physico-chemical isolation for diatoms. A response of diatoms in the presence of CNTs by the overproduction of EPS partially explains the observed growth retardation. In addition, interactions between the EPS and CNTs, mainly hydrophobic, have been revealed. These interactions significantly reduced the effects of CNTs in diatoms over time.

Les vasières intertidales sont le siège d’une forte production primaire sous la forme d’un biofilmmicrophytobenthique qui se développe en surface à marée basse. Ce biofilm se compose principalement de diatomées et de bactéries hétérotrophes. Ces deux composantes sécrètent des substances polymériques extracellulaires (EPS) qui jouent différents rôles dans le biofilm. Le travail présenté s’est basé sur différentes échelles d’observation (in situ à 2 saisons, mésocosme en laboratoire, et échelle fine du biofilm en microscopie confocale) et a permis de mettre en évidence les interactions des diatomées et des bactéries à différents moments de la marée et du nycthémère. L’utilisation d’une nouvelle méthode d’extraction des EPS a permis d’éclaircir leur rôle en évitant les contaminations par les substances internes provoquées par les méthodes classiques. Les EPS colloïdales particulièrement riches en glucose s’associent au déplacement des diatomées, notamment lors d’un stress (sursalure, carence en nutriments) et sont préférentiellement consommées par les bactéries, après leur dégradation par les enzymes ou leur hydrolyse dans l’eau interstitielle. Les EPS liées au frustule, et plus particulièrement les sucres, inhiberaient le développement bactérien à proximité de la cellule algale. Elles sont surtout sécrétées lors de la mise en place du biofilm et pour protéger la cellule quand les conditions sont osmotiquement défavorables et leur richesse en protéine leur confère un potentiel intéressant pour les bactéries qui peuvent les utiliser comme substrat azoté en cas de carence. D’autres substances ont été plutôt sécrétées parles bactéries telles que les N-acétylglucosamines et les protéines colloïdales de bas poids moléculaire,certainement des enzymes bactériennes, ainsi que le glucose qui semble être associé au EPS colloïdaux des diatomées mais aussi aux EPS bactériens selon l’analyse en microscopie confocale en utilisant des lectines comme marqueurs d’EPS. / Microphytobenthic biofilms that develop at the intertidal mudflat surface are responsible of a substantialprimary production. These biofilms are composed of diatoms and heterotrophic bacteria, both excretingextracellular polymeric substances (EPS) that have various functions into the biofilm. The present thesis is basedon different observation scales that have highlighted the complex interactions between diatoms and bacteria fordifferent moment of the biofilm development (in situ at 2 seasons, in laboratory mesocosm and at the scale of thebiofilm at confocal microscopy). Furthermore, a new extraction method that avoids contamination with internalsubstances was used and provides new insights about the role of EPS. Colloidal EPS are excreted during thediatom migrations, notably in case of environmental stress (nutrient depletion, high salinity). They arepreferentially consumed by bacteria, after hydrolysis or enzymatic cleavage. Bound EPS are associated to abacterial inhibition, especially sugars. These EPS are mainly excreted during biofilm formation and also in caseof osmotic stress, if diatoms cannot migrate toward favorable slices. Some substances are associated to bacterialdevelopment, such as N-acetylglucosamine, low molecular weight proteins that probably consist of bacterialenzymes and also glucose that seems to be associated to colloidal EPS secreted by diatoms as well as bacterialEPS, when analyzing the biofilm with confocal microscopy by using lectins as EPS biomarkers.

Le principal objectif de cette thèse était de mieux comprendre l’importance des Substances Polymériques Extracellulaires (SPE) dans la structuration et la formation des biofilms benthiques ; tout en s’inscrivant dans une étude plus globale des mécanismes écologiques impliqués dans le fonctionnement des vasières intertidales. La mise au point des dosages biochimiques a été effectuée sur le mucilage de l’algue Chaetomorpha aerea et a permis en parallèle de purifier un polysaccharide sulfaté riche en galactose, présentant une activité bactéricide sélective contre la souche Staphylococcus aureus (ATCC 25923). Les études biochimiques et écologiques menées sur les SPE extraits de la vasière charentaise ont ensuite permis de quantifier leur dynamique de production et leur composition, en fonction des conditions environnementales. La présence de désoxy-sucres et d’acides uroniques au sein des SPE capsulaires a laissé supposer que ces fractions jouaient un rôle important dans la formation et le devenir du biofilm microphytobenthique. La dernière partie des travaux a permis de caractériser les propriétés acide/base de Lewis et hydrophile/hydrophobe de la surface de la micro-algue Navicula jeffreyi, impliquée dans la formation de biofilms benthiques, par des méthodes classiques d’analyse. L’utilisation d’une nouvelle méthode, la Chromatographie Gazeuse Inverse (CGI), a permis d’obtenir des résultats intéressants et relativement similaires, confirmant le caractère prometteur de la CGI pour l’étude des propriétés de surface des micro-organismes. / The main goal of this thesis was to better understand the importance of Extracellular Polymeric Substances (EPS) in the structuring and formation of benthic biofilms; while considering a global conception of the ecological mechanisms involved in the functioning of intertidal mudflats. The development of the biochemical assays was done on the mucilage of the macroalgae Chaetomorpha aerea and allowed purifying a polysaccharide rich in galactose, showing a selective bactericidal activity against Staphylococcus aureus (ATCC 25923). Then, the biochemical and ecological studies concerning the EPS extracted from the local mudflat allowed studying their dynamic of production and composition in relation to environmental conditions. The presence of deoxy sugars and uronic acids in the bound EPS highlighted their important roles during the formation and the life of microphytobenthic biofilms. The last part of the work was used to characterize the acid/base of Lewis and hydrophilic/hydrophobic surface properties of the microalgae Navicula jeffreyi, involved in the formation of benthic biofilms, by using classical analysis methods. The use of a new method, named Inverse Gas Chromatography (IGC), allowed getting interesting and relatively similar results, confirming the potential of the method to study the surface properties of microorganisms.