Biais de codons et régulation de la traduction chez les bactéries et leurs phages

This thesis contains some works about the codon bias and its role in bacteria and phages, particularly about regulation of translation and chromosome organization in bacteria. After an introduction describing i) translation processes in prokaryotes, and ii) bases of classification and information theories, a new clustering algorithm designed to classify a set of genes according to their codon usage is presented. Its application to the genomes of E.coli and B. subtilis puts forward multiple phenomena. Their genomes are respectively composed of 4 and 5 groups of genes sharing the same codon usage. The genes of the same group tend to have similar function, and are organized in coherent domains 10 to 15 genes long on the chromosome. This non-trivial organisation could be used to regulate the translation speed of genes depending on their similarity with their genetic context. In the second part, the codon bias and tRNA content of phages are analyzed, relative to those of their hosts. Statistical tests show that tRNA content in phage genomes is not random, but biased towards the tRNA cognate to the frequent codons in the phage genome. A master equation model shows that this tRNA distribution could be the result of two processes: random acquisition of tRNA among those of the host, and preferential loss of tRNA cognate to codons used less in the phage genome than inside its host. Such a selection could be adaptative by allowing the phage to keep only the tRNAs insufficiently represented inside its host. Eventually, more tRNAs are observed among lytic phages than among temperate ones, which lead to the hypothesis that the selective pressure acting on translation is more important to them.Cette thèse regroupe des travaux concernant le biais d'usage de codons et son rôle chez les bactéries et leurs phages, en particulier sur les processus de traduction et l'organisation des génomes bactériens. Après une introduction portant sur i) la traduction chez les procaryotes, et ii) les techniques de classification et leurs liens avec la théorie de l'information, un nouvel algorithme de partition d'un ensemble de gènes en fonction de leur usage de codons est présenté. Son application aux génomes d'E. coli et de B. subtilis permet de mettre en évidence plusieurs phénomènes. Le génome de ces organismes se décompose respectivement en 4 et 5 groupes de gènes ayant des usages de codons distincts. Les gènes du même groupe tendent à partager des fonctions similaires, et sont organisés sur le chromosome en domaines cohérents d'une longueur de 10 à 15 gènes. Cette organisation non triviale pourrait permettre une régulation de la vitesse de traduction des gènes en fonction de leur similarité avec leur environnement génétique. Dans la seconde partie le biais de codons et le contenu en ARN de transfert (ARNt) de bactériophages sont analysés, comparativement à ceux de leurs hôtes. L'étude statistique montre que le contenu en ARNt des phages n'est pas aléatoire, mais biaisé en faveur d'ARNt complémentaires aux codons fréquents dans le génome du phage. Un modèle d'équation maîtresse montre que cette distribution des ARNt au sein des génomes de phages pourrait être le résultat de deux processus : l'acquisition aléatoire par le phage d'ARNt, parmi ceux de l'hôte, et la perte préférentielle des ARNt correspondants à des codons moins utilisés par le phage que par son hôte. Un tel mécanisme permettrait au phage de s'adapter en ne conservant au final que les ARNt présents en quantité insuffisante chez son hôte pendant l'infection. Finalement, on observe plus d'ARNt chez les phages lytiques que chez les tempérés, laissant supposer que les processus de traduction sont soumis à une plus forte pression de sélection chez eux