Dynamic of bacterial communities in microbial mat under environmental stress
Dynamique des communautés bactériennes de
tapis microbiens soumis aux stress
environnementaux
Résumé
This thesis relates to the study of the bacterial communities dynamics of microbial mats in order to understand their adaptive mechanisms face to environmental stresses. The bacterial biodiversity was analyzed by T-RFLP, molecular approach of microbial ecology. This work concerned, firstly, the description of two photosynthetic microbial mats of distinct salinity, marine (Orkneys Islands), and hypersaline (Camargue Salterns). The spatio-temporal distribution of communities in Camargue mat during a nycthemeral cycle was then studied. Adaptive behaviors in phototrophic and sulfate-reducing bacteria could be revealed, of which migration. Thirdly, the analysis of the hydrocarbon impact on the Guérande and Camargue mats finally showed a real influence, with the successive development of communities having capacities of adaptation to hydrocarbons.
Le principal objectif de ce travail de recherche était l'étude de la dynamique des
communautés bactériennes de tapis microbiens afin de comprendre leurs fonctionnements et
leur mécanismes d'adaptation face aux stress environnementaux. De part le développement
dans des habitats très variés et soumis à des variations des conditions environnementales
importantes, les tapis microbiens constituent des modèles de choix pour ce type d'études. La
biodiversité bactérienne a principalement été abordée par T-RFLP (Terminal Restriction
Fragment Length Polymorphism), approche moléculaire d'écologie microbienne.
Premièrement, ce travail a porté sur la description de deux tapis microbiens
photosynthétiques présents sur deux sites différents de salinité distinctes, marin (Iles
Orcades), et hypersalé (Marais salants de Camargue). La combinaison de différentes
approches d'analyses ont permis d'obtenir une image à l'échelle du micromètre de ces tapis.
Ainsi, la diversité bactérienne des principales communautés (eubactéries, bactéries
phototrophes pourpres, bactéries sulfato-réductrices) de ces tapis microbiens a été décrite par
l'approche moléculaire de T-RFLP. Les résultats de cette analyse, associés à ceux d'analyses
biogéochimiques, moléculaire DGGE (Denaturing Gradient Gel Electrophoresis),
microscopiques (CLSM), et de biomarqueurs lipidiques a permis de relier les communautés
bactériennes présentes et d'appréhender leurs rôles écologiques au sein de ces écosystèmes
complexes. Ces deux tapis bien que très différents révèlent une organisation très fine,
constituée de couches distinctes verticales de quelques micromètres, où s'agencent les
populations bactériennes en fonction de leurs caractéristiques physiologiques et des
conditions environnementales. Le tapis de Camargue est dominé en surface par les
cyanobactéries filamenteuses, principalement Microcoleus chthonoplastes. De plus, la
distribution des bactéries phototrophes pourpres et sulfato-réductrices est répartie en fonction
des gradients mesurés de sulfure, oxygène et lumière. Le tapis des îles Orcades est au
contraire dominé par les bactéries pourpres, très diversifiées, principalement du genre
Thiocapsa. Les cyanobactéries y sont faiblement représentées. La diversité bactérienne
phototrophes et sulfato-réductrices est très finement organisée le long de gradients physicochimiques.
Dans un deuxième temps, la distribution spatio-temporelle du tapis microbien de
Camargue en fonction du cycle nycthéméral a été étudiée. Des comportements adaptatifs chez
les bactéries pourpres, les cyanobactéries et les bactéries sulfato-réductrices ont ainsi pu être
révélés. Parmi ces réponses aux variations des microgradients de sulfure et d'oxygène, la
migration a été mise en évidence chez un grand nombre de ces microorganismes.
L'analyse de l'impact d'hydrocarbures sur les tapis microbiens de Guérande et de
Camargue a été le troisième point abordé. L'influence des paramètres environnementaux sur
la dégradation naturelle du pétrole Erika a pu être démontrée. De plus, l'impact réel de la
pollution sur les communautés du tapis a été observé montrant une succession de différentes
communautés bactériennes. Ceci révèle les capacités d'adaptation de ces écosystèmes face à
ce stress d'hydrocarbures. Même si la dégradation par voie microbiologique n'a pu être mise
en évidence dans ces systèmes, l'analyse de la diversité des gènes codant pour les
dioxygénases montre une grande diversité, suggérant que les tapis microbiens possèdent un
potentiel de dégradation important.
Ce travail a permis de mettre en évidence l'organisation dynamique des bactéries au
sein de tapis microbiens, et d'approcher leurs comportements adaptatifs vis à vis des stress
soumis.
communautés bactériennes de tapis microbiens afin de comprendre leurs fonctionnements et
leur mécanismes d'adaptation face aux stress environnementaux. De part le développement
dans des habitats très variés et soumis à des variations des conditions environnementales
importantes, les tapis microbiens constituent des modèles de choix pour ce type d'études. La
biodiversité bactérienne a principalement été abordée par T-RFLP (Terminal Restriction
Fragment Length Polymorphism), approche moléculaire d'écologie microbienne.
Premièrement, ce travail a porté sur la description de deux tapis microbiens
photosynthétiques présents sur deux sites différents de salinité distinctes, marin (Iles
Orcades), et hypersalé (Marais salants de Camargue). La combinaison de différentes
approches d'analyses ont permis d'obtenir une image à l'échelle du micromètre de ces tapis.
Ainsi, la diversité bactérienne des principales communautés (eubactéries, bactéries
phototrophes pourpres, bactéries sulfato-réductrices) de ces tapis microbiens a été décrite par
l'approche moléculaire de T-RFLP. Les résultats de cette analyse, associés à ceux d'analyses
biogéochimiques, moléculaire DGGE (Denaturing Gradient Gel Electrophoresis),
microscopiques (CLSM), et de biomarqueurs lipidiques a permis de relier les communautés
bactériennes présentes et d'appréhender leurs rôles écologiques au sein de ces écosystèmes
complexes. Ces deux tapis bien que très différents révèlent une organisation très fine,
constituée de couches distinctes verticales de quelques micromètres, où s'agencent les
populations bactériennes en fonction de leurs caractéristiques physiologiques et des
conditions environnementales. Le tapis de Camargue est dominé en surface par les
cyanobactéries filamenteuses, principalement Microcoleus chthonoplastes. De plus, la
distribution des bactéries phototrophes pourpres et sulfato-réductrices est répartie en fonction
des gradients mesurés de sulfure, oxygène et lumière. Le tapis des îles Orcades est au
contraire dominé par les bactéries pourpres, très diversifiées, principalement du genre
Thiocapsa. Les cyanobactéries y sont faiblement représentées. La diversité bactérienne
phototrophes et sulfato-réductrices est très finement organisée le long de gradients physicochimiques.
Dans un deuxième temps, la distribution spatio-temporelle du tapis microbien de
Camargue en fonction du cycle nycthéméral a été étudiée. Des comportements adaptatifs chez
les bactéries pourpres, les cyanobactéries et les bactéries sulfato-réductrices ont ainsi pu être
révélés. Parmi ces réponses aux variations des microgradients de sulfure et d'oxygène, la
migration a été mise en évidence chez un grand nombre de ces microorganismes.
L'analyse de l'impact d'hydrocarbures sur les tapis microbiens de Guérande et de
Camargue a été le troisième point abordé. L'influence des paramètres environnementaux sur
la dégradation naturelle du pétrole Erika a pu être démontrée. De plus, l'impact réel de la
pollution sur les communautés du tapis a été observé montrant une succession de différentes
communautés bactériennes. Ceci révèle les capacités d'adaptation de ces écosystèmes face à
ce stress d'hydrocarbures. Même si la dégradation par voie microbiologique n'a pu être mise
en évidence dans ces systèmes, l'analyse de la diversité des gènes codant pour les
dioxygénases montre une grande diversité, suggérant que les tapis microbiens possèdent un
potentiel de dégradation important.
Ce travail a permis de mettre en évidence l'organisation dynamique des bactéries au
sein de tapis microbiens, et d'approcher leurs comportements adaptatifs vis à vis des stress
soumis.