Effet de la pression hydrostatique sur la distribution et l'activité (bioluminescence, dégradation de la matière organique) de différents micro-organismes marins, Effect of the hydrostatic pressure on the distribution and activity (bioluminescence, degradation of the organic matter) of various marine micro-organims

Badr Al Ali

Description

Sous la direction de France Wambeke, Christian Tamburini
Thèse soutenue le 25 janvier 2010: Aix Marseille 2
Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse a pour but de fournir de nouvelles approches méthodologiques pour caractériser les communautés microbiennes en milieu océanique profond et de mesurer leurs activités. Dans le cadre de cette thèse, nous avons tout d'abord amélioré une technique d'hybridation in situ (CARD-FISH) pour dénombrer les groupes phylogénétiques majeurs en milieu marin profond. En Mer Tyrrhénienne, le pourcentage des Bacteria est toujours plus élevé que celui des Crenarchaea et des Euryarchaea. Alors que le pourcentage des Crenarchaea augmente avec la profondeur, celui des Euryarchaea est relativement homogène le long de la colonne d’eau. Dans le cadre d'une collaboration avec le Centre de Physique des Particules de Marseille sur le programme ANTARES (télescope sous-marin à neutrino), nous avons étudié quel pouvait être le rôle des bactéries luminescentes dans le bruit lumineux détecté quelquefois par le télescope. Une première étape a été de développer une approche quantitative par la méthode CARD-FISH sur les ARNm des gènes lux qui n'a été qu'en partie concluante mais donne des résultats préliminaires encourageants. Notre attention s'est portée sur l'identification puis la caractérisation d'une souche isolée à 2200 m de profondeur à proximité du site ANTARES (nommée Photobacterium phosphoreum ANT-2200). Pour mieux comprendre le rôle des bactéries bioluminescentes en milieu profond, nous avons développé un système hyperbare spécifique pour évaluer l’effet de la pression hydrostatique sur cette souche. Alors que cette souche a été caractérisée comme piezotolérante (croissance non sensible à des variations de pression), la lumière produite est plus élevée à la pression de 22 MPa (2200 m simulée) qu'à 0.1 MPa (pression atmosphérique). Enfin, une étude complémentaire m'a conduit à étudier l'effet de la pression hydrostatique sur une souche hydrocarbonoclaste Marinobacter aquaeolei #5. Là encore, nous montrons que la modification de la pression hydrostatique n’influence pas le taux de croissance (souche piezotolérante), mais peut fortement modifier les voies métaboliques, notamment la quantité et la nature des cires produites. Les cires intracellulaires s’accumulent sous formes de corps lipidiques avec une proportion moins importante à 35 MPa alors que le rapport d'insaturation des acides gras membranaires et la quantité de cires di-insaturées augmentent à la pression 35 MPa. Par ces études, nous suggérons que la pression hydrostatique joue un rôle important au niveau de la physiologie des bactéries marines et la distribution des procaryotes dans les écosystèmes marins profonds.
-Communautés procaryotiques
-Bactéries hydrocarbonoclastes
-Dégradation de la matière organique
-Card-fish
The purpose of this work is to provide new methodological approaches to characterize the microbial communities in deep-sea waters and to measure their activities. Within the framework of this thesis, first of all we improved the technique of in situ hybridization (CARD-FISH) to count the major phylogenetic groups in deep-sea zones. At the Tyrrhenian Sea, the percentage of Bacteria was always higher than Crenarchaea and Euryarchaea. Whereas the percentage of Crenarchaea increases with depth, while Euryarchaea is relatively homogeneous along the water column. A second step, within the framework of the ANTARES program in collaboration with the Centre de Physique des Particules de Marseille, we have studied the role of the luminescent bacteria in the luminous background detected sometimes by the telescope. We first developed a quantitative approach using CARD-FISH on mRNA of the Lux genes which was only partly conclusive but gave encouraging preliminary results. Then, we characterized a luminous strain isolated at 2200 m-depth close to the ANTARES site (named Photobacterium phosphoreum ANT-2200). For better understanding the role of the bioluminescent bacteria in deep-sea, we developed a specific hyperbaric system to evaluate the effect of the hydrostatic pressure on this strain. Whereas this strain was characterized as piezotolerante (growth non sensible to variations of pressure), bioluminescence was always higher at 22 MPa (2200 m simulated) than at 0.1 MPa (atmospheric pressure). Finally, a complementary study was done to study the effect of the hydrostatic pressure on a hydrocarbonoclastic bacteria Marinobacter aquaeolei #5. We have showed that the modification of the hydrostatic pressure does not influence growth rate (piezotolerante strain), but can strongly modify the metabolic ways, in particular the quantity and the nature of produced waxes. The intracellular waxes accumulated in the cells were proportionally less important at 35 MPa than at O.1 MPa. At the contrary, the unsaturation ratio of the membrane fatty acids and the quantity of diunsaturated waxes esters increased at 35 MPa. By these studies, we demonstrated that the hydrostatic pressure plays an important role on the physiological level of the marine bacteria and the distribution of the procaryotes in the deep sea ecosystems.
Source: http://www.theses.fr/2010AIX22003/document

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 35
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 4 Mo

Extrait

UNIVERSITE DE LA MEDITERRANEE
Aix- Marseille II
Centre d’Océanologie de Marseille
Observatoire des Sciences de l’Univers
THESE
Présentée par Badr AL ALI
Pour l’obtention du grade de
Docteur de l’Université de la Méditerranée
Ecole Doctorale Sciences de l’Environnement marin
Spécialité : Océanologie (Microbiologie Marine)
Effet de la pression hydrostatique sur la distribution et l’activité
(bioluminescence, dégradation de la matière organique) de
différents micro-organismes marins
Soutenue le 25 Janvier 2010
Jury composé de :
France VAN WAMBEKE (LMGEM, COM-Marseille) Directeur de thèse
Christian TAMBURINI (LMGEM, COM-Marseille) Co-directeur de thèse
Valérie MICHOTEY (LMGEM, COM-Marseille) Président
Bernard OLLIVIER (IRD- Université de Provence) Rapporteur
Mohamed JEBBAR (Université de Brest) Rapporteur
Laura GIULIANO (CNR Italie-CIESM) Examinateur
Laboratoire de Microbiologie Géochimie et Ecologie Marines (LMGEM) AVANT-PROPOS
Cette thèse a été réalisée au sein du laboratoire LMGEM et financée par une
bourse du Ministère de l’Education Supérieur de la Syrie (Université de Tishreen). Elle
s’inscrit dans le cadre du programme ANR POTES et du programme ANTARES. Je
voudrais remercier Monsieur Richard SEMPERE pour m'avoir permis d’effectuer
cette thèse au sein du LMGEM
Je tiens tout d’abord à remercier Bernard OLLIVIER et Mohamed JEBBAR
d’avoir accepté d’être les rapporteurs de ce travail. Je remercie également Laura
GIULIANO et Valérie MICHOTEY d’avoir accepté d’être les examinateurs de cette
thèse.
J’exprime ma profonde reconnaissance à France VAN WAMBEKE qui m’a
donné l’opportunité de travailler sur ce sujet si passionnant. Je la remercie vivement
pour tous ses conseils, sa bonne humeur et sa patience.
Je tiens à exprimer mes plus sincères remerciements et toute ma gratitude à
Christian TAMBURINI qui m’a encadré avec compétence et enthousiasme. Je lui
souhaite bonne chance dans sa vie professionnelle, ainsi que dans sa vie familiale avec
Francesca et la petite Maria.
Je remercie vivement Marc GAREL pour toute son aide, sa disponibilité et sa
gentillesse. Ses commentaires et ses critiques se sont révélés précieux tout au long de ce
travail.
Toute ma gratitude à Philippe CUNY et Vincent GROSSI. Je les remercie pour
leurs aides, leurs conseils et leurs soutiens sans faille.
Je remercie également tout les membres du LMGEM, et plus particulièrement à :
Dominique LEFEVRE, Madeleine GOUTX, Marc TEDETTI, Catherine GUIGUE,
Bruno CHARRIERE, Christos PANAGIOTOPOULOS et David NERINI.
Toute ma gratitude à tous les thésards du LMGEM et particulièrement à:
Yosmina Tapilatu, Marie Duflos, Cédric Javanaud, Lounis Mebarek, Agathe
Talarmin, Julien Para, Anne Robert, Mehdi Boutrif, Maxime Suroy et Pascale
Ferrigno.
Je remercie le soutien des programmes POTES, ANTARES-Bioluminescence, et
AAMIS au cours de ma thèse. Je remercie également les chercheurs du laboratoire CPPM pour leurs aides
pendant ma thèse.!!
Je tien à exprimer ma gratitude et mes remerciements les plus sincères à
l’université de Tishreen, qui m’a donné l’opportunité et la chance d’aller en France et
réaliser cette thèse avec le soutien financier.
Merci également à mes amis doctorants arabes et français pour leurs aides et
leurs conseils pendant ma vie à l’étranger, et je leurs souhaite une bonne continuation et
bonne chance pour leur fin de thèse.
Toutes mes pensées vont à toute ma famille, mes parents, mes baux parents et
mes frères et sœurs.
Et bien sûr à mon épouse Eptissam, ma fille Ruba (10 ans) et mon Fils Hésham
(9 ans) pour leur soutien illimité malgré la distance et les problèmes. RESUME
Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse a pour but de fournir de nouvelles
approches méthodologiques pour caractériser les communautés microbiennes en milieu
océanique profond et de mesurer leurs activités.
Dans le cadre de cette thèse, nous avons tout d'abord amélioré une technique
d'hybridation in situ (CARD-FISH) pour dénombrer les groupes phylogénétiques majeurs en
milieu marin profond. En Mer Tyrrhénienne, le pourcentage des Bacteria est toujours plus élevé
que celui des Crenarchaea et des Euryarchaea. Alors que le pourcentage des Crenarchaea
augmente avec la profondeur, celui des Euryarchaea est relativement homogène le long de la
colonne d’eau.
Dans le cadre d'une collaboration avec le Centre de Physique des Particules de
Marseille sur le programme ANTARES (télescope sous-marin à neutrino), nous avons étudié
quel pouvait être le rôle des bactéries luminescentes dans le bruit lumineux détecté quelquefois
par le télescope. Une première étape a été de développer une approche quantitative par la
méthode CARD-FISH sur les ARNm des gènes lux qui n'a été qu'en partie concluante mais
donne des résultats préliminaires encourageants.
Notre attention s'est portée sur l'identification puis la caractérisation d'une souche isolée
à 2200 m de profondeur à proximité du site ANTARES (nommée Photobacterium phosphoreum
ANT-2200). Pour mieux comprendre le rôle des bactéries bioluminescentes en milieu profond,
nous avons développé un système hyperbare spécifique pour évaluer l’effet de la pression
hydrostatique sur cette souche. Alors que cette souche a été caractérisée comme piezotolérante
(croissance non sensible à des variations de pression), la lumière produite est plus élevée à la
pression de 22 MPa (2200 m simulée) qu'à 0.1 MPa (pression atmosphérique).
Enfin, une étude complémentaire m'a conduit à étudier l'effet de la pression
hydrostatique sur une souche hydrocarbonoclaste Marinobacter aquaeolei #5. Là encore, nous
montrons que la modification de la pression hydrostatique n’influence pas le taux de croissance
(souche piezotolérante), mais peut fortement modifier les voies métaboliques, notamment la
quantité et la nature des cires produites. Les cires intracellulaires s’accumulent sous formes de
corps lipidiques avec une proportion moins importante à 35 MPa alors que le rapport
d'insaturation des acides gras membranaires et la quantité de cires di-insaturées augmentent à la
pression 35 MPa.
Par ces études, nous suggérons que la pression hydrostatique joue un rôle important au
niveau de la physiologie des bactéries marines et la distribution des procaryotes dans les
écosystèmes marins profonds.!ABBREVIATIONS
ATP: Adenosine triphosphate
CARD: Catalyzed reporter deposition
CydD: Cytochrome d D protein
DAPI: 4', 6-diamidino-2-phenylindole
FISH: Fluorescence in situ hybridization
HC: Hydrocarbure
HPBs: High pressure bottles
HRP: Horseradish peroxidase
Leu-MCA: L-leucine-7-amino-4-methylcoumarin
LIW: Levantine intermediate water
MAW: Modified atlantic water
MOD: Matière organique dissoute
MOP: Matière organique particulaire
MUF-P: 4-methylumbelliferyl-phosphate
OmpH: Outer membrane protein, H for high pressure
OmpL: Outer membrane protein, L for low pressure
ORF: Open reading frame
PBS: Phosphate buffered saline (Tampon phosphate salin)
PCA: Principal component analysis
PCR: Polymerase chain reaction (Réaction de polymérisation en chaîne)
PE: Phosphatidylethanolamine
PG: Phosphatidylglyceride
PHA: Polyhydroxyalkanoic acid
PHX: Predicted highly expressed
TAG: Triacylglyceride
TDW: Tyrrhenian deep water
ToxR: Toxin regulatory protein
TSA: Tyramide signal amplification
WE: Wax esters SOMMAIRE
Chapitre 1. INTRODUCTION GENERALE ET OBJECTIFS………………................................4
I. Intérêts de l’étude du domaine océanique profond……………….….……………..………..........6
I.1. Rôle des procaryotes dans le cycle du carbone dans les domaines meso- et bathypélagique……....6
I.2. Adaptation des micro-organismes à la forte pression hydrostatique…..............................................7
II. Objectifs de thèse……………………………………………..………….......................................13
Chapitre 2. ETUDE DE LA STRUCTURE DE LA COMMUNAUTE PROCARYOTIQUE