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Tardigrades are microscopic ecdysozoans that can withstand extreme environmental conditions. Several tardigrade species undergo reversible morphological transformations and enter into cryptobiosis, which helps them to survive periods of unfavorable environmental conditions. However, the underlying molecular mechanisms of cryptobiosis are mostly unknown. Tubulins are evolutionarily conserved components of the microtubule cytoskeleton that are crucial in many cellular processes. We hypothesize that microtubules are necessary for the morphological changes associated with successful cryptobiosis. The molecular composition of the microtubule cytoskeleton in tardigrades is unknown. Therefore, we analyzed and characterized tardigrade tubulins and identified 79 tardigrade tubulin sequences in eight taxa. We found three α-, seven β-, one γ-, and one ε-tubulin isoform. To verify in silico identified tardigrade tubulins, we also isolated and sequenced nine out of ten predicted Hypsibius exemplaris tubulins. All tardigrade tubulins were localized as expected when overexpressed in mammalian cultured cells: to the microtubules or to the centrosomes. The presence of a functional ε-tubulin, clearly localized to centrioles, is attractive from a phylogenetic point of view. Although the phylogenetically close Nematoda lost their δ- and ε-tubulins, some groups of Arthropoda still possess them. Thus, our data support the current placement of tardigrades into the Panarthropoda clade.

La major part dels éssers vius són microorganismes, és a dir, organismes invisibles a l'ull nu. Tradicionalment, s'han definit com a organismes tan petits que només són visibles amb un microscopi. El límit de resolució de l'ull humà és d'uns 0,2 mm. Això vol dir que som incapaços de veure de forma individual dos punts que es trobin més propers entre si de 0,2 mm. En canvi, el poder de resolució del microscopi òptic és mil vegades més gran, uns 0,2 micròmetres (o micres; el símbol és μm). Els virus no els podem veure amb el microscopi òptic, però sí la majoria dels bacteris.

La mayor parte de los seres vivos son microorganismos, es decir, organismos invisibles a simple vista. Tradicionalmente, se han definido como organismos tan pequeños que solo son visibles con un microscopio. El límite de resolución del ojo humano es de unos 0,2 mm. Eso quiere decir que somos incapaces de ver de forma individual dos puntos que se encuentran más cercanos entre sí de 0,2 mm. En cambio, el poder de resolución del microscopio óptico es mil veces mayor, unos 0,2 micrómetros (o micras, μm). Con el microscopio óptico no podemos ver los virus, pero sí la mayoría de bacterias.

En aquest projecte s’expliquen els fonaments teòrics sobre l’enfocament viscoelàstic inercial per a l’ordenació de partícules microscòpiques i el procediment realitzat per a aconseguir aquest enfocament en un microxip, amb l’objectiu futur de sensar microorganismes. Aquest microxip, juntament amb el circuit microfluídic, fa possible que les partícules que s’hi fan circular s’enfoquin en el centre del microcanal, ja que s’aconsegueix l’equilibri hidrodinàmic de forces. Per a assolir l’objectiu del treball, es parteix d’un circuit de microfluídica i es realitza el mètode científic d’assaig i error amb la finalitat de trobar el cabal més apropiat per a aconseguir el propòsit desitjat. El mètode d’enfocament viscoelàstic inercial està limitat ja que és més adient per a partícules relativament grans (10 μm). En canvi, si es vol treballar en partícules més petites (1 μm), la longitud d’enfocament augmenta notablement, de l’ordre d’un metre, creant la necessitat de fer oscil·lar aquestes partícules per a garantir que es puguin enfocar dintre del paràmetre del llarg del canal. En aquest projecte s’han emprat partícules d’1 i 10 μm de diàmetre i un xip de 58,5 mm de longitud amb una secció de 50 x 50 μm. S’ha aconseguit visualitzar una partícula d’1 μm en el centre del canal, també s’ha pogut aconseguir un flux amb una concentració elevada de partícules de 10 μm i que aquestes vagin enfocades, tot deixant una estela de llum al seu pas. En este proyecto se explican los fundamentos teóricos sobre el enfoque viscoelástico inercial para la ordenación de partículas microscópicas y el procedimiento realizado para conseguir este enfoque en un microchip, con el objetivo futuro de sensar microorganismos. Este microchip, juntamente con el circuito microfluídico, hace posible que las partículas que se hacen circular se enfoquen en el centro del microcanal, ya que se logra el equilibrio hidrodinámico de fuerzas. Para lograr el objetivo del trabajo, se parte de un circuito de microfluídica i se realiza el método científico de prueba y error con la finalidad de encontrar el cabal más apropiado para conseguir el propósito deseado. El método de enfoque viscoelástico inercial está limitado ya que es más adecuado para partículas relativamente grandes (10 μm). En cambio, si se quiere trabajar con partículas más pequeñas (1 μm), la longitud de enfoque aumenta notablemente, del orden de un metro, creando la necesidad de hacer oscilar estas partículas para garantizar que se puedan enfocar dentro del parámetro del largo del canal. En este proyecto se han empleado partículas de 1 y 10 μm de diámetro y un chip de 58,5 mm de longitud con una sección de 50 x 50 μm. Se ha logrado visualizar una partícula de 1 μm en el centro del canal, también se ha podido conseguir un flujo con una concentración elevada de partículas de 10 μm y que estas vayan enfocadas dejando una estela de luz a su paso. This project explains the theoretical foundations of viscoelastic inertial focusing for the arrangement of microscopic particles and the procedure to achieve this focusing in a microchip, with the future aim of sensing microorganisms. This microchip, together with the microfluidic circuit, makes it possible for the circulating particles to be focused in the centre of the microchannel, since the hydrodynamic balance of forces is achieved. To achieve the objective of the work, a microfluidic circuit is used as a starting point and the scientific method of trial and error is used to find the most appropriate fit to achieve the desired purpose. The viscoelastic inertial focusing method is limited as it is more suitable for relatively large particles (10 μm). However, if one wants to work with smaller particles (1 μm), the focusing length increases significantly, in the order of one meter, creating the need to oscillate these particles to ensure that they can be focused within the channel length parameter. In this project, 1 and 10 μm diameter particles and a 58.5 mm long chip with a cross-section of 50 x 50 μm were used. It has been possible to visualise a 1 μm particle in the centre of the channel, as well as to achieve a flow with a high concentration of 10 μm particles, which are focused and leave a trail of light in their wake.

La inmovilización de microorganismos, mediante la microencapsulación en una matriz biopolimérica, es actualmente un campo emergente por la funcionalidad de sus aplicaciones en medicina, alimentación, cosmética y textil, entre otros grandes campos industriales. En este proyecto se estudia el caso concreto de la microencapsulación de levadura (“Saccharomyces cerevisiae”) en una matriz de alginato de sodio (biopolímero), haciendo uso del método de gelificación iónica. Se han aplicado diferentes parámetros para las variables influyentes en la extrusión y gelificación de la gota para poder determinar su influencia en las características de las microcápsulas resultantes. Las variables estudiadas se centran en determinar el comportamiento reológico entre la fase de matriz envolvente de biopolímero y la fase interna de disolución del microorganismo. También se han determinado los efectos de la inmovilización de la levadura en la cinética de la fermentación alcohólica con D-glucosa, para ello se han contrastado los resultados de la cinética del microorganismo libre e inmovilizado. La ventaja que proporcionan las microcápsulas en el aspecto cinético es el control de la velocidad de reacción (limitada por difusión), empleando el microorganismo como un biocatalizador y obteniendo diferentes esquemas cinéticos en función de las características la microcápsula. The immobilization of microorganisms, through microencapsulation in a biopolymeric matrix, is currently an emerging field due to the functionality of its applications in medicine, food, cosmetics and textiles, among other large industrial fields. In this project, the specific case of microencapsulation of yeast (“Saccharomyces cerevisiae”) in a matrix of sodium alginate (biopolymer) using the ionic gelation method, is studied. Different parameters have been applied for the influential variables in the extrusion and gelation of the drop in order to determine their influence on the characteristics of the resulting microcapsules. The variables studied are focused on determining the rheological behavior between the enveloping matrix phase of the biopolymer and the internal dissolution phase of the microorganism. The effects of yeast immobilization on the kinetics of alcoholic fermentation with D-glucose have also been determined, for which the results of the kinetics of the free and immobilized microorganism have been contrasted. The advantage provided by microcapsules in the kinetic aspect is the control of the reaction rate (limited by diffusion), using the microorganism as a biocatalyst and obtaining different kinetic schemes depending on the characteristics of the microcapsule

The sedimentation process in an active suspension is the result of the competition between gravity and the autonomous motion of particles. We carry out simulations of run-and-tumble squirmers that move in a fluid medium, focusing on the dependence of the non-equilibrium steady state on the swimming properties. We find that for large enough activity, the density profiles are no longer simple exponentials; we recover the numerical results through the introduction of a local effective temperature, suggesting that the breakdown of the Perrin-like exponential form is a collective effect due to fluid-mediated dynamic correlations among particles. We show that analogous concepts can also fit the case of active non-motile particles, for which we report the first study of this kind. Moreover, we provide evidence of scenarios where the solvent hydrodynamics induces non-local effects which require the full three-dimensional dynamics to be taken into account in order to understand sedimentation in active suspensions. Finally, analyzing the statistics of the orientations of microswimmers, the emergence of a height-dependent polar order in the system is discussed.

Fabaceae use in agricultural systems has many benefits for the environment and for food security. Among the numerous ecosystem services provided, Fabaceae enrich the soil with both carbon (C) and nitrogen (N) because of their ability to use both atmospheric C and N sources in symbiosis with Rhizobiaceae and are an important driver of soil ecology because they support microbial activities. The work of this thesis focused on C and N soil inputs through the study of the rhizodeposition process and its impact on soil microbial communities. Two grain Fabaceae (pea and faba bean) and two forage Fabaceae (white clover and crimson clover) and a non-fixing Poaceae, wheat, were studied. The objectives were to assess (i) the flux of C and N from the atmosphere (through plant photosynthesis and biological N fixation) to the soil; (ii) the consequences on C, N and P dynamics by measuring soil enzyme activities and (iii) on rhizospheric active microbial communities. Plants were grown under controlled conditions. An approach combining 13CO2 labeling and the method measuring the dilution of soil 15N by atmospheric N was carried out to measure plant rhizodeposition all along plant growth in relation with functional traits. Key enzyme activities related to C, N and P cycles were measured and the stable 13C DNA isotope probing (DNA SIP) method was used to study the incorporation of plant-exuded 13C into microbial communities. Our results show that rhizodepositions of C and N are strongly controlled by photosynthesis and biological nitrogen fixation of atmospheric nitrogen and consequently by the growth rate of plants. High rhizodeposition fluxes are observed for faba bean and both clover species. Traits related to root architecture appeared as good predictors of plant rhizodeposition. We also found that species with the highest amounts of rhizodeposition had the highest levels of enzyme activities in soil. This study also shows that N and C nutrient supply contributes to the nutritional requirements and growth of microorganisms in the soil. The study of the structure of active microbial communities showed that faba bean is associated with a diversified rhizospheric microbiome enriched in beneficial bacteria and fungi. The determinism of active microbial communities was explained by biomass production and root dry matter content. Qualitative analysis of root exudates should provide a better understanding of the impact of rhizodeposition on soil microbiota. The species comparisons observed here under controlled conditions will have to be validated by complementary approaches in the field., L’utilisation des Fabacées dans les systèmes agricoles présente de nombreux avantages pour la préservation de l’environnement et le renforcement de la sécurité alimentaire. Parmi les nombreux services écosystémiques qu’ils fournissent, les Fabacées enrichissent le sol en carbone (C) et en azote (N) grâce à leur capacité à utiliser à la fois le C et l’N atmosphérique à travers la symbiose qu’elles forment avec les rhizobiacées et soutiennent ainsi les activités microbiennes rhizosphériques. Les travaux de cette thèse se sont intéressés à la fourniture de carbone et d’azote dans les sols à travers l’étude du processus de la rhizodéposition et de son impact sur la structure et l’activité des communautés microbiennes rhizosphériques. Ils ont porté sur deux Fabacées protéagineuses (pois et féverole) et deux Fabacées fourragères (trèfle blanc et trèfle incarnat) alors que le blé a été utilisé comme espèce non fixatrice d’N atmosphérique. Les objectifs de ce travail de thèse consistaient à évaluer (i) le flux de C et d’N de l'atmosphère vers le sol liés à la rhizodéposition, (ii) les conséquences sur la dynamique du C, de l’N et du phosphore (P) du sol par la mesure des activités enzymatiques et (iii) l’effet sur la structure des communautés microbiennes actives dans le sol. Les plantes ont été cultivées en conditions contrôlées. Une approche combinant le marquage au 13CO2 et la méthode de dilution au 15N du sol par l’N atmospherique a été mise en oeuvre pour mesurer la rhizodéposition des plantes tout au long de leur croissance en relation avec les traits fonctionnels. Un panel d’activités enzymatiques clefs en lien avec le cycle du C, de l’N et du P ont été mesurées et la technique de sondage isotopique 13C de l’ADN « DNA SIP » a été utilisée pour étudier le lien entre la rhizodéposition et la structure des communauté bactériennes et fongiques actives dans la rhizosphère. Nos résultats montrent que les rhizodéposition du C et de l’N sont fortement contrôlées par la photosynthèse et la fixation biologique de l’azote atmosphérique et en conséquence par la vitesse de croissance des plantes. Ils montrent également que la féverole et les deux trèfles possèdent de bonnes capacités de rhizodéposition du C et de l’N. D'autres traits liés à l'architecture des racines sont apparus comme de bons prédicteurs de la rhizodéposition des plantes. Nous avons également constaté que les espèces ayant présenté les quantités les plus importantes de rhizodépots présentent les niveaux d’activités enzymatiques les plus élevés dans le sol. Aussi, cet apport en nutriments N et C contribue aux besoins nutritionnels et à la croissance des microorganismes dans le sol. L’analyse de la structure des commuanutés actives montre que la féverole est associée à un microbiome rhizosphérique diversifié et enrichi en bactéries et champignons bénéfiques. Le determinisme des communautés actives est expliqué par la production de biomasse et la teneur en matière sèche des racines. Par ailleurs, l’analyse qualitative des exsudats devrait permettre de mieux comprendre l’impact de la rhizodéposition sur les microbiotes rhizosphèriques. Les comparaisons d’espèces observées ici en conditions contrôlées devront être validées par des approches complémentaires en plein champ.

L’orpaillage joue un rôle économique très important et fait vivre plusieurs millions de personnes à travers le monde en général et en Afrique de l’Ouest en particulier. Or lorsqu’elle est mal maitrisée, cette activité a des conséquences désastreuses de par l’utilisation de produits chimiques toxiques (Mercure, Cyanure, Acide sulfurique, Zinc etc.) pour extraire l’or, par la remobilisation de métaux toxiques associés à l’or, par l’obstruction des cours d’eaux, la déforestation, la pollution de l’eau, de l’atmosphère et des sols. De nombreux microorganismes, naturellement présents dans ces environnements multipollués, peuvent être utiles à différentes étapes du cycle d’un site d’orpaillage. Ils permettent d’extraire l’or plus facilement, avec un impact écologique moindre sur l’environnement en limitant l’utilisation de produits toxiques. Ils peuvent apporter une aide précieuse dans la remédiation des sites pollués. Ce travail a pour objectif d’étudier les microorganismes du site d’orpaillage de Kokumbo (Centre de la Côte d’Ivoire). L’identification taxonomique de ces microorganismes et l’étude de leur diversité génétique permettront d’étudier la biodiversité et de mieux appréhender leurs rôles potentiels sur le site. Ces connaissances permettront d’améliorer la gestion des exploitations artisanales de l’or, d’apporter des solutions pour la bioremédiation des eaux et des sols pollués.

[spa] FUNDAMENTO: Microorganismos patógenos como las bacterias Mycobacterium tuberculosis y Pseudomonas aeruginosa, y los protozoos del filo Apicomplexa, incluyendo los agentes causantes de la malaria y la toxoplasmosis, sintetizan los precursores isoprenoides isopentenil difosfato (IPP) y dimetilalil difosfato (DMAPP), por la vía del metileritritol fosfato (MEP). Esta vía es esencial para la mayoría de las bacterias y Apicomplexa, pero no está presente en los seres humanos, que sintetizan IPP y DMAPP por la vía alternativa del mevalonato. El papel esencial de la vía MEP y su distribución en diferentes organismos hacen que sus enzimas sean objetivos atractivos para el desarrollo de nuevos agentes antiinfecciosos. Aquí, nos centramos en el desarrollo de aptámeros contra enzimas clave de la vía MEP. Los aptámeros son oligonucleótidos monocatenarios que se comportan como "anticuerpos químicos" y pueden unirse de manera específica y eficiente a una molécula diana determinada. MÉTODOS: Se han optimizado varios métodos, tales como: (i) la producción de enzimas de la vía MEP, (ii) el desarrollo de aptámeros a través de la evolución sistemática de ligandos por enriquecimiento exponencial, un proceso de selección in vitro basado en ciclos iterativos de unión, partición y amplificación de oligonucleótidos a partir de un conjunto de secuencias variantes, (iii) la clonación de aptámeros, (iv) el establecimiento de un ensayo de cambio de motilidad electroforética (EMSA) para la identificación de interacciones entre aptámeros seleccionados y sus enzimas diana, y (v) métodos para la evaluación in vitro de la actividad enzimática. RESULTADOS: Se informa de la identificación de un aptámero de ADN (D10) que se une específicamente a la enzima 1-desoxi-D-xilulosa-5- fosfato reductoisomerasa (DXR) de Plasmodium falciparum, que cataliza la segunda etapa de la vía del metileritritol fosfato (MEP) de biosíntesis de isoprenoides. Se ha demostrado que el aptámero D10 interacciona con la DXR de Plasmodium y también con la de Escherichia coli. Además, produce un efecto inhibidor sobre la actividad enzimática de las preparaciones de la enzima de E. coli. Los resultados obtenidos por microscopía confocal y citometría de flujo demuestran que el aptámero D10 marca específicamente los eritrocitos infectados por P. falciparum tanto en las fases iniciales como tardías y que su capacidad para discriminar los eritrocitos infectados de los no infectados es equiparable a la de otros marcadores específicos. En la segunda parte de la tesis se han obtenido aptámeros contra el tercer enzima de la vía del MEP, la 4-difosfocitidil-2-C-metil-D-eritritol sintasa de E. coli combinando el método de selección convencional y una estrategia de selección basada en el enfoque de esfera única. CONCLUSIONES: Los experimentos demuestran que el aptámero D10 podría ser utilizado como un nuevo aptasensor para la localización del apicoplasto, un orgánulo importante como diana de compuestos antimaláricos; y además como un candidato potencial para el desarrollo de nuevos agentes terapéuticos y para el diseño de nuevos sistemas de diagnóstico., [eng] BACKGROUND: Pathogenic microorganisms such as the bacteria Mycobacterium tuberculosis and Pseudomonas aeruginosa, and the protozoa of the phylum Apicomplexa, including the causing agents of malaria and toxoplasmosis, synthesize the isoprenoid precursors isopentenyl diphosphate (IPP) and dimethylallyl diphosphate (DMAPP), by the methylerythritol phosphate (MEP) pathway. This pathway is essential for most bacteria and Apicomplexa, but it is not present in humans, which synthesize IPP and DMAPP by the alternative mevalonate pathway. The essential role of the MEP pathway and its distribution in different organisms make their enzymes attractive targets for the development of new anti-infective agents. Herein, we focus on the development of aptamers against key enzymes of the MEP pathway. Aptamers are single-stranded oligonucleotides which behave as “chemical antibodies” and can bind specifically and efficiently to a given target molecule. METHODS: Several methods have been optimized, such as: (i) the production of MEP pathway enzymes, (ii) the development of aptamers through systematic evolution of ligands by exponential enrichment, an in vitro selection process based on iterative cycles of binding, partitioning, and amplification of oligonucleotides from a pool of variant sequences, (iii) the cloning of aptamers, (iv) the establishment of an electrophoretic motility shift assay for the identification of interactions between selected aptamers and their target enzymes, and (v) methods for the in vitro evaluation of enzymatic activity. RESULTS: We report the identification of a DNA aptamer (D10) which specifically binds to the enzyme catalyzing the first committed step of the MEP pathway: 1-deoxy-D-xylulose-5- phosphate reductoisomerase (DXR). CONCLUSIONS: The results obtained suggest that the D10 DNA aptamer could be a potential candidate for the development of new therapeutic agents and for the design of novel diagnosis systems.

Nowadays, in Spain, at a state and regional level, the cheese makers community is made up of small artisanal productions. Often, these artisans do not have basic scientific knowledge, and they acquire it from trial and error. In Catalonia, these artisans produce more than 250 different varieties of cheese, creating a huge variety of products that are considered local gastronomic heritage. However, the sanitary authorities in the last years have changed their criteria regarding raw milk and raw milk cheese, stating that these cheeses can cause different zoonotic diseases. In this paper, we will do a bibliographic review about microbiology, raw milk, raw milk cheese, and its fabrication process. We will do an easy overview so that a basic knowledge of the previously stated areas can be acquired. The result of this bibliographic review has been acknowledging that the main factors in order to control the growth of the different microorganisms are the pH, temperature, and the activity of the water of the cheese. Also, which are the pathogens that present a higher risk and the ways to avoid its growth. Support for the European guide of good hygiene practices has been made, stating the pages of the guide you should consult in order to produce in a safe manner during all the different processes of raw cheese production. The guide has been based on the cheese production process, pointing out all the aspects that the guide indicated. Adding information to the different aspects that are required. This support explains that following a good guideline during the production process, raw milk cheese can be produced in a safe and hygienic way. We have seen that the initial microbiota, and so the quality of the raw milk, is vital in order to be able to produce raw milk cheese safely. The milk contains molecules such as lactoferrin or the lactoperoxidase system that naturally protect milk from the growth of certain pathogens. In addition, we have elaborated a guideline to produce cheese of the Camembert type, as it represents the cheeses with higher risk. We also list the different legal permits required in order to produce raw milk cheese. With this paper, we have concluded that with a good education, the artisans should not have any problem producing raw milk cheese in a safe manner. Avui en dia, a Espanya, tant en l'àmbit estatal com autonòmic, el teixit formatger està molt basat en petites produccions artesanes. Molts cops, aquests productors no tenen una formació científica de base i van aprenent a base d'errors. Aquests productors a Catalunya produeixen més de 250 diferents varietats de formatges, creant una diversitat de productes que es considera patrimoni gastronòmic local. Les autoritats sanitàries no obstant, els últims anys han anat canviant de criteri en relació amb la llet crua i el formatge de llet crua, al·legant que aquests formatges poden provocar diverses malalties zoonòtiques. En aquest treball realitzarem una revisió bibliogràfica extensa sobre la microbiologia, la llet crua, els formatges de llet crua i el procés de fabricació. Durem a terme un resum senzill de manera que es puguin adquirir uns coneixements bàsics sobre tot l'anterior. El resultat d'aquesta revisió bibliogràfica ha sigut veure que els principals factors de creixement dels microorganismes a controlar són el pH, la temperatura i l'activitat d'aigua dels formatges. També quins són els patògens de més risc i maneres d'evitar que aquests puguin créixer. S'ha fet una guia d'acompanyament a la guia europea de bones pràctiques d'higiene referenciant les pàgines de la guia a consultar per treballar segur a les diferents etapes de l'elaboració de formatges. La guia s'ha basat en el procés d'elaboració del formatge assenyalant tots els punts que marcava la guia europea. Afegint informació en els punts en què aquesta era necessària. Aquest acompanyament explica que seguint unes bones pautes durant el procés d'elaboració es pot produir el formatge de manera higiènica i segura. Hem pogut veure que la microbiota inicial, i, per tant, la qualitat de la llet crua, és vital a l'hora de poder produir el formatge de llet crua de manera segura. La llet conté molècules com la lactoferrina o el sistema lactoperoxidasa que de manera natural poden protegir la llet de possibles creixements de patògens. A més, hem elaborat una guia d'elaboració del formatge tipus Camembert com a representant dels formatges de més risc. També llistem els permisos necessaris per a poder començar a produir els formatges de llet crua. Per tant, amb aquest treball es conclou que amb una bona formació, els productors no haurien de tenir problemes per a produir formatges de llet crua de manera segura. Hoy en día, en España, tanto a nivel estatal como autonómico, el tejido quesero está muy basado en pequeñas producciones artesanas. Muchas veces, estos productores no tienen una formación científica de base y van aprendiendo a base de errores. Estos productores en Cataluña producen más de 250 diferentes variedades de queso, creando una diversidad de productos que se consideran patrimonio gastronómico local. Las autoridades sanitarias no obstante, los últimos años han cambiado de criterio con relación a la leche cruda y el queso de leche cruda, alegando que estos quesos pueden provocar varias enfermedades zoonóticas. En este trabajo realizaremos una revisión bibliográfica extensa sobre la microbiología, la leche cruda, los quesos de leche cruda y el proceso de fabricación. Realizaremos un resumen sencillo de manera que se puedan adquirir unos conocimientos básicos sobre todo lo anterior. El resultado de esta revisión ha sido ver que los principales factores de crecimiento de los microorganismos a controlar son el pH, la temperatura y la actividad de agua de los quesos. También cuáles son los patógenos de mayor riesgo y maneras de evitar que estos puedan crecer. Se ha hecho una guía de acompañamiento a la guía europea de buenas prácticas de higiene referenciando las páginas de la guía a consultar para trabajar de manera segura en las diferentes etapas de elaboración del queso. La guía se ha basado en el proceso de elaboración del queso señalando todos los puntos que marcaba la guía europea. Añadiendo información en los puntos en que era necesaria. Este acompañamiento explica que siguiendo unas buenas pautas durante el proceso de elaboración se puede producir el queso de manera higiénica y segura. Hemos podido ver que la microbiota inicial, y, por lo tanto, la calidad de la leche cruda, es vital para poder producir el queso de leche cruda de manera segura. La leche contiene moléculas como la lactoferrina o el sistema lactoperoxidasa que de manera natural pueden proteger la leche de posibles crecimientos de los patógenos. Además, hemos elaborado una guía de fabricación del queso tipo Camembert como representante de los quesos de mayor riesgo. También listamos los permisos necesarios para poder empezar a producir los quesos de leche cruda. Con este trabajo se concluye que con una buena formación, los productores no deberían tener problemas para producir quesos de leche cruda de manera segura. Objectius de Desenvolupament Sostenible::3 - Salut i Benestar

Par conséquent, cet article examine la résistance aux antibiotiques des microorganismes des Hyménoptères insectes et l'importance des insectes comme réservoirs de microorganismes résistants aux antibiotiques. La similarité relative de la microflore des insectes étudiés a été établie, ce qui est probablement dû à leur habitat et à leur interaction étroite avec la microflore végétale. Les Bifidobacteriaceae spp., Lactobacillaceae spp. et Saccharomyces spp. sont les plus courantes chez les insectes collecteurs de nectar. Les mouches de chambre et les guêpes possèdent le plus grand nombre et la plus grande variété de micro-organismes. Les micro-organismes des insectes étudiés se sont révélés multirésistants aux antibiotiques utilisés. Les espèces présentant la plus forte multirésistance sont Bacillus spp., Enterobacter spp. et Staphylococcus spp. Les insectes les plus fréquemment étudiés étaient résistants à la lévomycétine, la clarithromycine, la benzylpénicilline, la lincomycine, l'ampicilline, la fosfomycine et la tobramycine. Nos études montrent que les insectes agissent comme des réservoirs de micro-organismes résistants aux antibiotiques, qu'ils disséminent ensuite dans l'environnement, réalisant ainsi un transfert horizontal de gènes. Les mouches domestiques (Musca domestica) et les guêpes (Dolichovespula media) sont les plus remarquables à cet égard., Although insects are numerous and diverse in many ecosystems, their ability to play a role in the ecology of antibiotic resistance has not yet been sufficiently studied. Therefore, the article considers the resistance of microorganisms of hymenopteran insects to antibiotics and the importance of insects as reservoirs of antibiotic-resistant microorganisms. The relative similarity of the microflora of the studied insects was established, which is probably due to their habitat and close interaction with the plant microflora. Bifidobacteriaceae spp., Lactobacillaceae spp. and Saccharomyces spp. are most often found in nectar-collecting insects. The greatest number and variety of microorganisms are carried by houseflies and wasps. It was shown that the microorganisms of the studied insects have multiresistance to the used antibiotics. Such species as Bacillus spp., Enterobacter spp. and Staphylococcus spp. have the greatest multiresistance. The most frequently studied insects were resistant to levomycetin, clarithromycin, benzylpenicillin, lincomycin, ampicillin, fosfomycin, and tobramycin. Our studies show that insects act as reservoirs of antibiotic-resistant microorganisms, which they subsequently spread in the environment, implementing horizontal gene transfer. Room flies (Musca domestica) and wasps (Dolichovespula media) are most notable for this.

[spa] El aumento de la población mundial en las últimas décadas, junto con la disminución de las tierras cultivables, ha puesto de manifiesto la necesidad de aumentar la producción agrícola para satisfacer la creciente demanda de alimentos de la población. Además, los fertilizantes químicos, utilizados en exceso, conllevan un uso excesivo de recursos limitados del planeta y una contaminación ambiental. En este sentido, el uso de microorganismos en agricultura ha demostrado ser beneficioso, reduciendo estas problemáticas y mejorando el crecimiento de los cultivos. Por estos motivos, el presente estudio tiene como objetivo el desarrollo y ensayo de biofertilizantes, definidos como insumos con una o varias especies de microorganismos, que aplicados a los cultivos mejoran la absorción de nutrientes, proveen de fitohormonas y/o regulan fitohormonas relacionadas con el crecimiento vegetal. Para ello, primeramente se ensayaron tres microorganismos en plantas de tomate, y se demostró la eficacia de Pseudomonas fluorescens, como bacteria promotora del crecimiento vegetal, Azotobacter vinelandii, como bacteria fijadora de nitrógeno, y Bacillus megaterium, como microorganismo solubilizador de fósforo. Por este motivo, se formularon tres fertilizantes sólidos: Fertilizante 6-4-4 con mezcla de microorganismos, fertilizante P30 con B. megaterium y fertilizante N7 con A. vinelandii. Por otro lado, se formularon tres biofertilizantes líquidos: Materia orgánica con mezcla de microorganismos, Superamino (basado en aminoácidos) con mezcla de microorganismos y Vegtop (basado en materia orgánica y aminoácidos) con mezcla de microorganismos. En los biofertilizantes sólidos, la reducción de la humedad demostró estabilizar los microorganismos incorporados en los formulados durante un año. Por otro lado, los microorganismos incorporados en los formulados líquidos fueron estables cuando se adicionó glicerol como protector celular. Por último, los biofertilizantes obtenidos se ensayaron en cultivos. Los fertilizantes 6-4-4 con mezcla de microorganismos y P30 con B. megaterium mostraron un aumento de la producción en plantas de tomate, independientemente de la dosis. Por otro lado, el fertilizante N7 con A. vinelandii consiguió un aumento de nitratos en el suelo cuando se ensayó en maíz. Además, el fertilizante de materia orgánica con mezcla de microorganismos en plantas de tomate fue el más eficaz, aumentando el rendimiento del cultivo y la calidad de los frutos. Los resultados obtenidos en los diferentes estudios demuestran que, por un lado, los formulados desarrollados mantienen la viabilidad de los microorganismos durante un año, y además, estos son efectivos en el cultivo de plantas de tomate, aumentando el rendimiento del cultivo y/o mejorando la calidad del fruto.

[EN] The operation of an outdoor membrane photobioreactor plant which treated the effluent of an anaerobic membrane bioreactor was optimised. Biomass retention times of 4.5, 6, and 9 days were tested. At a biomass retention time of 4.5 days, maximum nitrogen recovery rate:light irradiance ratios, photosynthetic efficiencies and carbon biofixations of 51.7¿±¿14.3¿mg¿N·mol¿1, 4.4¿±¿1.6% and 0.50¿±¿0.05¿kg CO2·m3influent, respectively, were attained. Minimum membrane fouling rates were achieved when operating at the shortest biomass retention time because of the lower solid concentration and the negligible amount of cyanobacteria and protozoa. Hydraulic retention times of 3.5, 2, and 1.5 days were tested at the optimum biomass retention times of 4.5 days under non-nutrient limited conditions, showing no significant differences in the nutrient recovery rates, photosynthetic efficiencies and membrane fouling rates. However, nitrogen recovery rate:light irradiance ratios and photosynthetic efficiency significantly decreased when hydraulic retention time was further shortened to 1 day, probably due to a rise in the substrate turbidity which reduced the light availability in the culture. Optimal carbon biofixations and theoretical energy recoveries from the biomass were obtained at hydraulic retention time of 3.5 days, which accounted for 0.55¿±¿0.05¿kg CO2·m¿3influent and 0.443¿±¿0.103¿kWh·m¿3influent, respectively., This research work was supported by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO, Projects CTM2014-54980-C2-1-R and CTM2014-54980-C2-2-R) jointly with the European Regional Development Fund (ERDF), which are gratefully acknowledged. It also received support from the Spanish Ministry of Education, Culture and Sport via a pre-doctoral FPU fellowship to the first author (FPU14/05082).

Infections of the lower respiratory tract, such as pneumonia, are one of the leading causes of death worldwide. Streptococcus pneumoniae might colonize the upper respiratory tract and is the main aetiological agent of community-acquired pneumonia (CAP). In the last decades, several factors related to the host, the microorganism and the antibiotic therapy have been investigated to identify risk factors associated with the development of invasive pneumococcal disease (IPD). Nevertheless, these factors themselves do not explain the risk of developing disease or its severity. Recently, some studies have focused on the importance of nasopharyngeal (NP) microbiome and its relation to respiratory health. This review presents existing evidence of the potential role of NP microbiome in the development of IPD.

La producció de biopolímers (polihidroxialcanoats (PHA) i substàncies polimèriques La producción de biopolímeros (polihidroxialcanoatos (PHA) y sustancias poliméricas Biopolymer production (polihidroxialkanoates (PHA) and extracellular polymeric substances

The investigation of the electromagnetic properties of biological particles in microfluidic platforms may enable microwave wireless monitoring and interaction with the functional activity of microorganisms. Of high relevance are the action and membrane potentials as they are some of the most important parameters of living cells. In particular, the complex mechanisms of a cell’s action potential are comparable to the dynamics of bacterial membranes, and consequently focusing on the latter provides a simplified framework for advancing the current techniques and knowledge of general bacterial dynamics. In this work, we provide a theoretical analysis and experimental results on the microwave detection of microorganisms within a microfluidic-based platform for sensing the membrane potential of bacteria. The results further advance the state of microwave bacteria sensing and microfluidic control and their implications for measuring and interacting with cells and their membrane potentials, which is of great importance for developing new biotechnologically engineered systems and solutions. This work was financially supported by the Beatriz Galindo Program (Distinguished Researcher, BGP18/00026), CICYT PID2019-107885GB-C31/REI/10.13039/501100011033 and MDM2016-0600 of the Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, Spain.

Freshwater mussels are known to provide ecosystem services in many ways. Their natural filter-feeding activity contributes to maintenance of water sources and also, they are considered good bio-indicators of water contamination. Unio mancus is a threatened naiad inhabiting inland freshwaters from the Mediterranean basin, whose population has been decreasing mainly due to degradation of the habitat by human activities. In the present study, U. mancus was tested as a tool for detecting Enterobacteriaceae from inland freshwater. For that purpose, two experiments were carried out. The first one evaluated the capability of these naiads to filter and retain inoculated cephalosporin-resistant E. coli in laboratory conditions. They proved to maintain bacterial loads in their soft tissue up to 4 days post-exposure. The second experiment was carried out between July 2018 and April 2019 along L'Estany de Banyoles Lake and its scraping irrigations. To determine the presence of antimicrobial-resistant Enterobacteriaceae under different levels of anthropogenic pressure, underwater caged naiads were tested for five periods of 15 consecutive days. Among all isolated bacteria using Vitek®2 system, six MDR-E. coli and one MDR-Klebsiella pneumoniae were found in the most anthroponized and polluted location points. Minimum inhibitory concentrations (MIC) for these bacteria were interpreted according to the Epidemiological cut-off (ECOFF) values from the European Committee in Antimicrobial Susceptibility Testing (EUCAST). Our results suggest that U. mancus has potential to become sentinel of bacterial pathogens of Public Health concern. A better understanding of their filtration capability will provide insights into more accurate cost-benefit analyses for their repopulation in autochthonous freshwater systems.

Natural products have always been a successful source of new drugs. Nowadays, the health sector (animal and human) is still looking for new compounds from natural resources, especially those which can exhibit a beneficial effect on the biological processes involved in the age-related affections (which have become a public health issue). The plants have already been investigating for this application. However, other natural resources, such as the microbial diversity, remain unexplored for the bioactivity of their compounds. The non-pathogenic microorganisms, especially those that can be found in fermented foods and drinks, could be considered as an interesting and innovative source of new metabolites that could exhibit beneficial effects. Among those fermented foods, the raw-milk cheese appears to have a great potential, as a source of new compounds, due to its rich microbial diversity. An innovative strategy was developed in this thesis with the aim of discovering new bioactive metabolites in a raw goat milk cheese. Several cheese extracts were obtained via an extraction method, which efficacity has been validated. The effect of the extracts on aging has been determined on in vitro and on in vivo models. Their impacts on the longevity of the nematode Caenorhabditis elegans, and on its survival on an oxidative medium have been evaluated. Some extracts (freeze-dried cheese, apolar extract and three aqueous extracts) have demonstrated beneficials effects during these experiments. Moreover, two signalling pathways (DAF-2/ILR pathway and p38 MAPK pathway) were identified to be involved in the mechanisms of action of the extracts. In parallel, two extracts (apolar extract and an aqueous extract) demonstrated a capacity to reduce the ROS production in human leukocytes. Finally, the study of the chemical composition of the bioactive extracts has begun, with the aim of determining the compounds that could be responsible of the biological activity and deserve to be isolated and studied. All the results obtained during this thesis are promising. The study of the chemical composition of the extracts will be pursued, as well as the study of their biological activity, especially on other in vitro and in vivo models more specific to aging., Depuis toujours, l’Homme a eu recours à la nature pour subvenir à ses besoins. Aujourd’hui encore, le secteur de la santé (animale et humaine) s’intéresse aux ressources naturelles pour découvrir des principes actifs originaux permettant de développer de nouveaux traitements. Ce secteur est notamment à la recherche de nouvelles molécules pouvant lutter contre les processus biologiques impliqués dans les affections liées au vieillissement, qui induisent une problématique de santé publique. Bien que la bioressource végétale ait été la plus étudiée pour ses propriétés pharmacologiques, d’autres ressources naturelles restent à explorer, telle que la bioressource microbienne. Les microorganismes non pathogènes, notamment ceux régulièrement consommés au travers des aliments et boissons fermentés, représentent une source intéressante de métabolites potentiellement actifs sur ces processus. Parmi ces aliments, le fromage au lait cru présente un fort potentiel grâce à la richesse de sa biodiversité microbienne. Une stratégie innovante a été développée au cours de cette thèse pour rechercher des métabolites bioactifs dans un caillé lactique caprin. Cette stratégie a permis l’obtention de plusieurs extraits de fromage, à l’aide d’une méthode d’extraction dont l’efficacité a été validée. Le criblage de l’effet des extraits sur le vieillissement a ensuite été réalisé à l’aide de modèles biologiques in vitro et in vivo. Leurs impacts sur la longévité du modèle Caenorhabditis elegans et sur sa survie sur un milieu oxydant ont notamment été évalués. Plusieurs des extraits (fromage lyophilisé, extrait apolaire, 3 extraits aqueux différents) ont par ailleurs montré des effets bénéfiques au cours de ces expériences. Les voies biologiques impliquées dans l’action des extraits ont également pu être identifiées (voie DAF-2/ILR et voie p38 MAPK). En parallèle, deux extraits (extrait apolaire et un des extraits aqueux) ont induit une diminution de la production de radicaux libres dans un modèle de leucocytes humains. Enfin, l’étude de la composition des extraits ayant présenté des résultats bénéfiques a débuté, avec pour objectif de cibler, parmi toutes les molécules les composant, celles pouvant être porteuses de l’activité biologique. L’ensemble des résultats obtenus est prometteur, et encourage à poursuivre les études de la composition des extraits issus du fromage ainsi que de leurs activités biologiques, notamment sur des modèles plus spécifiques du vieillissement.

Ha aparegut una nova aproximació a la investigació mèdica, ja que les proves amb animals gastant molt de temps i diners. La nova tendència intenta mimetitzar les funcions essencials d’un òrgan en un sensor. La tecnologia d’òrgan-en-un-chip (OoC) aproxima les funcions vitals en sistemes 3D i 2D. L’intestí-en-un-chip (GoC) busca comprendre les complexes funcions i estructures de l’intestí. Nombrosos paràmetres ja han sigut estudiats amb el GoC, de totes maneres la complexitat de l’òrgan és molt més àmplia. Quant a la salut de l’intestí, alguns estudis demostren que els àcids grassos de cadena curta (SCFA) tenen un paper important per mantenir l’intestí en condicions saludables. Per tant, hi ha un interès creixent per detectar amb precisió aquestes molècules. La millora de les eines de detecció i control d’anàlits d’interès específics com l’oxigen o el pH ha ajudat al desenvolupament de la tecnologia OoC. En nombrosos dispositius OoC s’integren sensors electroquímics per millorar el control i la supervisió de les característiques biològiques. Aquí, en aquest treball, es pretén desenvolupar biosensors del SCFA que s’incorporaran a GoC per mesurar acetat i butirat. Actualment, es realitza mitjançant cromatografia líquida amb mesures puntuals. L’enfocament del projecte és operar amb un microelèctrode biocompatible i imprès que incorpora bacteris que utilitzarien els SCFA selectivament pel seu metabolisme. Es fa un estudi detallat del biosensor: el comportament electroquímic, la toxicitat dels microorganismes, la caracterització i la funcionalitat del sensor són escrits en el projecte de màster. Recent approach to health investigation has emerged as animal try outs are time and resource consuming. This new trend is trying to mimic the essential organ functions in a sensor. Organ-on-a-chip (OoC) technology approximates the vital activities in 3D and 2D systems. Guton-a-chip (GoC) seeks in understanding the complex functions and structures of the gut. Numerous parameters have been already studied in a GoC system, nevertheless the complexity of the organ appears to be wider. Regarding the health of the gut, some studies show that short-chain-fatty-acids (SCFAs) play and important role to maintain the gut in healthy conditions. Thus, there is an increasing interest to precisely detect these molecules. The improvement in sensing and monitoring tools of specific analytes such as oxygen or pH has helped in developing OoC technology. In numerous OoC devices electrochemical sensors are being integrated to improve the control and monitoring of the biological features. Here in this work, it is intended to develop a SCFAs bioelectrochemical sensor to be incorporated in GoC to monitor acetate and butyrate. Currently, this is commonly performed through liquid chromatography using punctual measures. The project approach is to operate with a biocompatible and printed microelectrode that incorporates bacteria inside a hydrogel that would use selectively SCFAs for its metabolism. A detailed study of the materials and biosensor is made, including electrochemical behavior; microorganisms’ toxicity, characterization, and functionality of the sensor have been reported in this master project. Objectius de Desenvolupament Sostenible::3 - Salut i Benestar

La resistencia a antimicrobianos es un problema de preocupación global que necesita ser tratado desde un enfoque amplio e integrado de One Health. Cada vez son más las bacterias resistentes en humanos, animales, alimentos y en el medio ambiente debido al uso generalizado e indebido de antibióticos tanto en medicina como en agricultura, lo que ha provocado un aumento de la prevalencia y expresión de genes de resistencia. La gran mayoría de estudios epidemiológicos se centran en el abuso o mal uso de antibióticos en medicina humana y animales de producción. En cambio, si queremos saber cuál es la situación de estas infecciones bacterianas resistentes a los antimicrobianos de uso convencional en animales de compañía nos encontramos con que esta información no existe. El objetivo del presente trabajo ha sido analizar la base de datos de un laboratorio de veterinaria clínica para identificar qué patógenos son los principales causantes de infecciones en perros y gatos, y qué perfiles de resistencia o multirresistencia presentan. A partir de 9324 casos remitidos para diagnóstico microbiológico, la mayoría de las muestras con un diagnóstico definitivo han sido de perros (n=5086) y gatos (n=789). Las especies bacterianas más prevalentes en estas dos especies animales han sido Staphylococcus spp. (31,1% en perro y 30,3% en gato), seguido de Streptococcus spp. (19,1% en perro y 16,7% en gato) y Pseudomonas spp. (16,3% en perro y 9,6% en gato). Las muestras procedentes del oído han representado un 50% y 30% del total de muestras en el perro y gato, respectivamente. Las especies bacterianas entre perros y gatos han sido muy similares, aunque a veces la prevalencia de especies ha resultado diferente. Los perfiles de sensibilidad antimicrobiana nos indican que en general Penicilina (45,4% de sensibilidad) y sulfa + trimetoprim (49,3% sensibilidad) son los antibióticos con mayores resistencias. Además, los aislados bacterianos del perro presentan una menor sensibilidad a los antibióticos que los del gato. Antimicrobial resistance is a problem of global concern that needs to be addressed from a comprehensive and integrated approach of One Health. There are more and more resistant bacteria in humans, animals, food and in the environment due to the empirical and improper use of antibiotics, which has led to an increase in the prevalence and expression of resistance genes. The vast majority of epidemiological studies focus on the abuse or misuse of antibiotics in human medicine and animal production. On the other hand, if we want to know what is the situation of these bacterial infections resistant to antimicrobials of conventional use in companion animals, we find that this information does not exist. The objective of this work has been to analyze the database of a clinical veterinary laboratory to identify which pathogens are the main causes of infections in dogs and cats, and which profiles of resistance or multiresistance they present. From 9324 cases referred for microbiological diagnosis, the majority of the samples with a definitive diagnosis were dogs (n=5086) and cats (n=789). The most prevalent bacterial species in these two animal species have been Staphylococcus spp. (31,1% in dogs and 30,3% in cats), followed by Streptococcus spp. (19,1% in dogs and 16,7% in cats) and Pseudomonas spp. (16,3% in dogs and 9,6% in cats). The samples from the ear have represented 50% and 30% of the total samples in the dog and cat, respectively. The bacterial species between dogs and cats have been very similar, although sometimes the prevalence of species has been different. The profiles of antimicrobial sensitivity indicate that in general Penicillin (45,4% sensitivity) and sulfa + trimethoprim (49,3% sensitivity) are the antibiotics with greater resistance. In addition, the bacterial isolates from dogs have a lower sensitivity to antibiotics than those from cats.

Microorganisms are at the heart of Earth’s ecology. Omnipresent, they have been playing a fundamental role in the evolution of life on Earth. Assembled in the form of communities, they present beneficial interactions that are essential for biogeochemical cycles, bioremediation, plants growth and protection, our health and even our survival. However, the synergies that these communities present are not extensively studied, and remain untapped, largely owing to lack of an appropriate technology. This thesis proposes a new technology, called “Microbial Evolution Machine” (MEM), using the driving force of evolution, natural selection, to study microbial ecology and take benefit from it. This thesis work allowed its design, development and demonstration of its application potential. The chosen approach, based on digital millifluidics, consists of using millimeter-sized droplets to compartmentalize and parallelize the culture, manipulation, and analysis of hundreds of communities, and to direct their evolution in an automated way. Its functioning and concept have been validated by a first concrete biological application, which demonstrates an acquisition of antibiotic resistance in bacterial populations of Escherichia coli.; Les microorganismes sont au cœur de l’écologie Terrestre. Omniprésents, ils ont joué et jouent un rôle primordial dans l’évolution de la vie sur Terre. Assemblés sous forme de communautés, ils présentent des interactions bénéfiques et indispensables aux cycles biogéochimiques, à la bioremédiation, à la croissance et la protection des plantes, à notre santé et même à notre survie. Pourtant, les synergies que présentent ces communautés ne sont que peu étudiées, et restent inexploitées, essentiellement par manque d’une technologie appropriée. Cette thèse propose une nouvelle technologie, dite « Machine d’Évolution Microbienne » (MEM), utilisant la force motrice de l’évolution, la sélection naturelle, pour étudier l’écologie microbienne et en tirer profit. Ce travail de thèse a permis sa conception, son développement et la démonstration de son potentiel d'application. L’approche choisie, basée sur la millifluidique digitale, consiste à utiliser des gouttes millimétriques pour compartimenter et paralléliser la culture, la manipulation, l’analyse de centaines de communautés, et diriger leur évolution de manière automatisée. Son fonctionnement et son concept ont été validés par une première application biologique concrète illustrant le cas de l’acquisition d’une antibiorésistance chez des populations bactériennes d’Escherichia coli.

Microorganisms are at the heart of Earth’s ecology. Omnipresent, they have been playing a fundamental role in the evolution of life on Earth. Assembled in the form of communities, they present beneficial interactions that are essential for biogeochemical cycles, bioremediation, plants growth and protection, our health and even our survival. However, the synergies that these communities present are not extensively studied, and remain untapped, largely owing to lack of an appropriate technology. This thesis proposes a new technology, called “Microbial Evolution Machine” (MEM), using the driving force of evolution, natural selection, to study microbial ecology and take benefit from it. This thesis work allowed its design, development and demonstration of its application potential. The chosen approach, based on digital millifluidics, consists of using millimeter-sized droplets to compartmentalize and parallelize the culture, manipulation, and analysis of hundreds of communities, and to direct their evolution in an automated way. Its functioning and concept have been validated by a first concrete biological application, which demonstrates an acquisition of antibiotic resistance in bacterial populations of Escherichia coli.; Les microorganismes sont au cœur de l’écologie Terrestre. Omniprésents, ils ont joué et jouent un rôle primordial dans l’évolution de la vie sur Terre. Assemblés sous forme de communautés, ils présentent des interactions bénéfiques et indispensables aux cycles biogéochimiques, à la bioremédiation, à la croissance et la protection des plantes, à notre santé et même à notre survie. Pourtant, les synergies que présentent ces communautés ne sont que peu étudiées, et restent inexploitées, essentiellement par manque d’une technologie appropriée. Cette thèse propose une nouvelle technologie, dite « Machine d’Évolution Microbienne » (MEM), utilisant la force motrice de l’évolution, la sélection naturelle, pour étudier l’écologie microbienne et en tirer profit. Ce travail de thèse a permis sa conception, son développement et la démonstration de son potentiel d'application. L’approche choisie, basée sur la millifluidique digitale, consiste à utiliser des gouttes millimétriques pour compartimenter et paralléliser la culture, la manipulation, l’analyse de centaines de communautés, et diriger leur évolution de manière automatisée. Son fonctionnement et son concept ont été validés par une première application biologique concrète illustrant le cas de l’acquisition d’une antibiorésistance chez des populations bactériennes d’Escherichia coli.

Microorganisms are the most abundant and diverse forms of life on Earth and are characterized by high phylogenetic and metabolic diversities. They are thus involved in biogeochemical cycles and trophic webs, which make them key players in ecosystem functioning. To decipher the ecology of microorganisms, it is crucial to include spatial, temporal and taxonomic scales. Although several abiotic and biotic parameters have been identified as drivers of microbial community composition in aquatic ecosystems (e.g. temperature, orthophosphate concentration, predation, symbiosis), more investigations are needed to better understand how microbial community structure is shaped. However, investigating biotic interactions involving microbes is challenging because of microbial features (e.g. small size, high diversity, low cultivation efficiency). This PhD thesis aims at describing the microbial diversity inside two overlooked types of freshwater ecosystems and at identifying the factors driving microbial community composition. The first section of this thesis aims at comprehensively describing the spatial distribution (horizontal and vertical) of planktonic microbial eukaryotes in Lake Baikal (Siberia, Russia). We focus on samples collected in summer 2017 along a transect of ~600 km across the three basins of the lake, from the surface to the deepest areas (~1500 m) and from littoral to open waters. The three other sections present an eight-year investigation of the composition and temporal dynamics of microbial communities belonging to the three domains of life at the surface of five small freshwater ecosystems (located in the South West of Paris, France). Samples were collected at two different frequencies, monthly (2011-2013) and seasonally (2011-2019). The composition of planktonic communities was assessed by the sequencing of the phylogenetic marker genes 16S and 18S rRNA. In all the ecosystems studied, the microbial communities were diverse, covering all eukaryotic and prokaryotic supergroups. Moreover, they included typically marine lineages, especially in Lake Baikal, (e.g. diplonemid, MAST) which suggested that the frontiers between marine and freshwater systems may be thinner than previously thought. They also included taxa that remain enigmatic, such as bacteria of the Candidate Phyla Radiation. Multivariate analysis showed that only a low fraction of the variance can be explained by the measured physico-chemical parameters. In terms of spatial variations, there was a weak variability of communities in Lake Baikal in summer across sampling basins, but a strong stratification along the water column. Depth, which is a proxy and a summary of the variations of the environmental conditions (e.g. light) along the water column, appeared to be a major driver of community composition. The small freshwater ecosystems harbored different microbial communities despite their geographic proximity. In terms of temporal variations, two types of patterns were detected. At the intra-annual scale, global communities were characterized by a strong seasonality. However, at the Operational Taxonomic Unit level, less than 2% of the community were characterized by recurrent seasonal patterns. This suggests that ecosystems have a yearly seasonal functioning, despite the presence of some unpredictable microbial dynamics. At the inter-annual scale, microbial communities experienced an increase of dissimilarities over the eight years, indicating turnovers in community composition. Finally, the structure of the communities studied through co-occurrence network inference reflected the spatio-temporal variations previously observed. Indeed, communities were more connected at the surface of Lake Baikal compared to the bottom. Moreover, ecosystems shared similar structural properties at each season. This underlines the importance of ecological interactions in the composition of microbial community over space and time.; Les microorganismes constituent la forme de vie la plus abondante et diverse sur Terre et ils présentent une grande diversité phylogénétique et métabolique. Ils sont donc impliqués dans les cycles biogéochimiques et les réseaux trophiques, ce qui en fait des acteurs clés du fonctionnement des écosystèmes. Pour décrypter l'écologie des microorganismes, il est essentiel de prendre en compte les échelles spatiales, temporelles et taxonomiques. Bien que des paramètres abiotiques et biotiques aient été identifiés comme influençant la composition des communautés microbiennes dans les écosystèmes aquatiques (e.g. la température, la prédation), des études complémentaires sont nécessaires pour mieux comprendre la structure des communautés microbiennes. Cependant, l'étude des interactions biotiques entre microorganismes est difficile en raison de leur petite taille, de la grande diversité et du peu d’individus cultivés. Cette thèse de doctorat vise à décrire la diversité microbienne au sein de deux types d'écosystèmes d'eau douce encore peu étudiés, et à identifier les facteurs qui déterminent la composition de leurs communautés microbiennes. La première partie de cette thèse vise à décrire la distribution spatiale (horizontale et verticale) des protistes planctoniques du lac Baïkal (Sibérie, Russie). Nous nous sommes intéressés à des échantillons collectés en été 2017 le long d'un transect de ~600 km couvrant les trois bassins du lac, de la surface aux profondeurs (~1500 m) et du littoral au pélagique. Les trois autres parties présentent une étude de huit ans de la composition et de la dynamique temporelle des communautés microbiennes des trois domaines du vivant, à la surface de cinq petits écosystèmes d'eau douce (sud-ouest de Paris, France). Les échantillons ont été collectés à deux fréquences, mensuelle (2011-2013) et saisonnière (2011-2019). Les communautés planctoniques ont été caractérisées par le séquençage des gènes ARNr 16S et 18S. Dans tous les écosystèmes, les communautés microbiennes sont très diverses, couvrant tous les super-groupes eucaryotes et procaryotes connus. Elles incluent des lignées typiquement marines (e.g. diplonémide, MAST), ce qui suggère que la frontière entre le marin et l'eau douce pourrait être plus fine que prévu. Des taxons encore peu connus ont aussi été détectés, tels que des bactéries du Candidate Phyla Radiation. Des analyses multivariées ont montré que seule une faible fraction de la variance des communautés peut être expliquée par les paramètres abiotiques étudiés. Pour les variations spatiales, nous avons constaté une faible variabilité des communautés du lac Baïkal dans les différents bassins, mais avec une forte stratification le long de la colonne d'eau. La profondeur, qui traduit les variations environnementales (e.g. la lumière) dans la colonne d'eau, semble influencer significativement les communautés. Les petits écosystèmes abritent différentes communautés microbiennes malgré leur proximité géographique. Pour les variations temporelles, deux dynamiques ont été identifiées. À l'échelle intra-annuelle, les communautés sont caractérisées par une forte saisonnalité. Cependant, moins de 2% des unités taxonomiques opérationnelles présentent une récurrence saisonnière. Cela suggère que les écosystèmes ont un fonctionnement saisonnier, malgré des dynamiques individuelles imprévisibles. À l'échelle interannuelle, les communautés microbiennes sont de plus en plus différentes au cours des huit années, indiquant des changements continus dans leur composition. Enfin, l’inférence des interactions microbiennes grâce aux réseaux de cooccurrence reflète les variations spatio-temporelles précédemment observées. En effet, les communautés sont plus complexes à la surface du lac Baïkal qu'en profondeur. De plus, les petits écosystèmes partagent des topologies similaires pour chaque saison. Cela souligne l'importance des interactions écologiques chez les communautés microbiennes, dans l'espace et le temps.

Microorganisms are the most abundant and diverse forms of life on Earth and are characterized by high phylogenetic and metabolic diversities. They are thus involved in biogeochemical cycles and trophic webs, which make them key players in ecosystem functioning. To decipher the ecology of microorganisms, it is crucial to include spatial, temporal and taxonomic scales. Although several abiotic and biotic parameters have been identified as drivers of microbial community composition in aquatic ecosystems (e.g. temperature, orthophosphate concentration, predation, symbiosis), more investigations are needed to better understand how microbial community structure is shaped. However, investigating biotic interactions involving microbes is challenging because of microbial features (e.g. small size, high diversity, low cultivation efficiency). This PhD thesis aims at describing the microbial diversity inside two overlooked types of freshwater ecosystems and at identifying the factors driving microbial community composition. The first section of this thesis aims at comprehensively describing the spatial distribution (horizontal and vertical) of planktonic microbial eukaryotes in Lake Baikal (Siberia, Russia). We focus on samples collected in summer 2017 along a transect of ~600 km across the three basins of the lake, from the surface to the deepest areas (~1500 m) and from littoral to open waters. The three other sections present an eight-year investigation of the composition and temporal dynamics of microbial communities belonging to the three domains of life at the surface of five small freshwater ecosystems (located in the South West of Paris, France). Samples were collected at two different frequencies, monthly (2011-2013) and seasonally (2011-2019). The composition of planktonic communities was assessed by the sequencing of the phylogenetic marker genes 16S and 18S rRNA. In all the ecosystems studied, the microbial communities were diverse, covering all eukaryotic and prokaryotic supergroups. Moreover, they included typically marine lineages, especially in Lake Baikal, (e.g. diplonemid, MAST) which suggested that the frontiers between marine and freshwater systems may be thinner than previously thought. They also included taxa that remain enigmatic, such as bacteria of the Candidate Phyla Radiation. Multivariate analysis showed that only a low fraction of the variance can be explained by the measured physico-chemical parameters. In terms of spatial variations, there was a weak variability of communities in Lake Baikal in summer across sampling basins, but a strong stratification along the water column. Depth, which is a proxy and a summary of the variations of the environmental conditions (e.g. light) along the water column, appeared to be a major driver of community composition. The small freshwater ecosystems harbored different microbial communities despite their geographic proximity. In terms of temporal variations, two types of patterns were detected. At the intra-annual scale, global communities were characterized by a strong seasonality. However, at the Operational Taxonomic Unit level, less than 2% of the community were characterized by recurrent seasonal patterns. This suggests that ecosystems have a yearly seasonal functioning, despite the presence of some unpredictable microbial dynamics. At the inter-annual scale, microbial communities experienced an increase of dissimilarities over the eight years, indicating turnovers in community composition. Finally, the structure of the communities studied through co-occurrence network inference reflected the spatio-temporal variations previously observed. Indeed, communities were more connected at the surface of Lake Baikal compared to the bottom. Moreover, ecosystems shared similar structural properties at each season. This underlines the importance of ecological interactions in the composition of microbial community over space and time.; Les microorganismes constituent la forme de vie la plus abondante et diverse sur Terre et ils présentent une grande diversité phylogénétique et métabolique. Ils sont donc impliqués dans les cycles biogéochimiques et les réseaux trophiques, ce qui en fait des acteurs clés du fonctionnement des écosystèmes. Pour décrypter l'écologie des microorganismes, il est essentiel de prendre en compte les échelles spatiales, temporelles et taxonomiques. Bien que des paramètres abiotiques et biotiques aient été identifiés comme influençant la composition des communautés microbiennes dans les écosystèmes aquatiques (e.g. la température, la prédation), des études complémentaires sont nécessaires pour mieux comprendre la structure des communautés microbiennes. Cependant, l'étude des interactions biotiques entre microorganismes est difficile en raison de leur petite taille, de la grande diversité et du peu d’individus cultivés. Cette thèse de doctorat vise à décrire la diversité microbienne au sein de deux types d'écosystèmes d'eau douce encore peu étudiés, et à identifier les facteurs qui déterminent la composition de leurs communautés microbiennes. La première partie de cette thèse vise à décrire la distribution spatiale (horizontale et verticale) des protistes planctoniques du lac Baïkal (Sibérie, Russie). Nous nous sommes intéressés à des échantillons collectés en été 2017 le long d'un transect de ~600 km couvrant les trois bassins du lac, de la surface aux profondeurs (~1500 m) et du littoral au pélagique. Les trois autres parties présentent une étude de huit ans de la composition et de la dynamique temporelle des communautés microbiennes des trois domaines du vivant, à la surface de cinq petits écosystèmes d'eau douce (sud-ouest de Paris, France). Les échantillons ont été collectés à deux fréquences, mensuelle (2011-2013) et saisonnière (2011-2019). Les communautés planctoniques ont été caractérisées par le séquençage des gènes ARNr 16S et 18S. Dans tous les écosystèmes, les communautés microbiennes sont très diverses, couvrant tous les super-groupes eucaryotes et procaryotes connus. Elles incluent des lignées typiquement marines (e.g. diplonémide, MAST), ce qui suggère que la frontière entre le marin et l'eau douce pourrait être plus fine que prévu. Des taxons encore peu connus ont aussi été détectés, tels que des bactéries du Candidate Phyla Radiation. Des analyses multivariées ont montré que seule une faible fraction de la variance des communautés peut être expliquée par les paramètres abiotiques étudiés. Pour les variations spatiales, nous avons constaté une faible variabilité des communautés du lac Baïkal dans les différents bassins, mais avec une forte stratification le long de la colonne d'eau. La profondeur, qui traduit les variations environnementales (e.g. la lumière) dans la colonne d'eau, semble influencer significativement les communautés. Les petits écosystèmes abritent différentes communautés microbiennes malgré leur proximité géographique. Pour les variations temporelles, deux dynamiques ont été identifiées. À l'échelle intra-annuelle, les communautés sont caractérisées par une forte saisonnalité. Cependant, moins de 2% des unités taxonomiques opérationnelles présentent une récurrence saisonnière. Cela suggère que les écosystèmes ont un fonctionnement saisonnier, malgré des dynamiques individuelles imprévisibles. À l'échelle interannuelle, les communautés microbiennes sont de plus en plus différentes au cours des huit années, indiquant des changements continus dans leur composition. Enfin, l’inférence des interactions microbiennes grâce aux réseaux de cooccurrence reflète les variations spatio-temporelles précédemment observées. En effet, les communautés sont plus complexes à la surface du lac Baïkal qu'en profondeur. De plus, les petits écosystèmes partagent des topologies similaires pour chaque saison. Cela souligne l'importance des interactions écologiques chez les communautés microbiennes, dans l'espace et le temps.