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

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