Activité hydrocarbonoclaste de procaryotes dans des milieux extrêmes (hyperbares et hypersalés)

par Yosmina Héléna Tapilatu

Thèse de doctorat en Océanographie

Sous la direction de Jean-Claude Bertrand et de Philippe Cuny.

Le président du jury était Pierre Doumenq.

Le jury était composé de Jean-Claude Bertrand, Philippe Cuny, Pierre Doumenq, Pierre Caumette, Bernard Ollivier, Vincent Grossi.

Les rapporteurs étaient Pierre Caumette, Bernard Ollivier.


  • Résumé

    Bien que les travaux portant sur la biodégradation des hydrocarbures soient bien documentés, très peu d’études ont toutefois été effectuées dans les milieux de vie extrême. A ce jour, la plupart des études portant sur le devenir des hydrocarbures et le rôle joué par les micro-organismes hydrocarbonoclastes dans leur biodégradation ont été conduites dans des milieux presentant principalement des conditions physico-chimiques standards (e.g. pression hydrostatique de 0,1 MPa, salinité comprise entre 0 et 39 g L-1). Or, une partie importante des hydrocarbures déversés dans l’environnement peut aussi contaminer les milieux océaniques profonds (pression hydrostatique supérieure à 10 MPa) ainsi que les milieux hypersalés côtiers (salinité supérieure à 150 g L-1). Par ailleurs, le traitement des rejets hypersalins contaminés par les hydrocarbures qui sont générés par les exploitations pétrolières posent des problèmes sérieux et couteux. Ce travail de recherche porte sur l’étude de l’activité hydrocarbonoclaste de procaryotes présents dans des milieux extrêmes (hyperbares et hypersalés) pour d’une part, comprendre les processus naturels de biodégradation dans ces écosystèmes et d’autre part permettre le développement futur de techniques de réhabilitation spécifiques. Dans ce but, des expérimentations en laboratoire ont été réalisées. Une mise au point de méthodes d’incubation sous pression hydrostatique nous a permis d’obtenir des informations métaboliques et physiologiques importantes sur une souche bactérienne piézotolérante hydrocarbonoclaste (Marinobacter hydrocarbonoclasticus #5) lorsqu’elle se développe sous pression hydrostatique (35 MPa) sur hexadécane comme seule source de carbone et d’énergie. Cela confirme la capacité de certaines bactéries à dégrader les hydrocarbures en conditions hyperbares. Les résultats obtenus soulignent par ailleurs l’importance de la synthèse de cires dans le fonctionnement énergétique des souches hydrocarbonoclastes et soulèvent de nombreuses questions quant à l’augmentation du degré d’insaturation des acides gras cellulaires à pression hydrostatique élevée. D’une manière intéressante, nos résultats montrent aussi que les micro-organismes qui jouent potentiellement un rôle important dans la biodégradation des hydrocarbures dans les milieux océaniques profonds méditerranéens appartiennent aux mêmes genres que ceux isolés des milieux côtiers, notamment Alcanivorax. Notons également que dans les conditions de culture utilisées certaines souches isolées dégradent préférentiellement le n-hexadecane (e.g. Alcanivorax venustensis, Rhodobacter) ou l’heptadecane (e.g. Marinobacter sp.). De même, les archées halophiles extrêmes hydorcarbonoclastes que nous avons isolées appartiennent aux deux genres ubiquistes des environnements hypersalés que sont Haloarcula et Haloferax. En fonction des souches, les archées halophiles isolées montrent un taux important de dégradation de 32 à 95% (0.5 g L-1) du n-heptadécane après 30 jours d’incubation à 40°C dans les milieux sursalés synthétiques (225 g L-1 NaCl). Certaines souches comme Haloferax sp. MSNC 14 sont capables de dégrader à la fois des n-alcanes et un hydrocarbure aromatique polycyclique (HAP), le phénanthrène. Les résultats obtenus au cours de ce travail de thèse constituent une contribution à l’amélioration de nos connaissances sur le devenir des hydrocarbures dans les milieux océaniques profonds et les milieux hypersalins, jusqu’alors peu étudiés. Au regard de ces résultats, il apparaît indispensable de poursuivre l’étude des milieux extrêmes et de la biodiversité microbienne unique qu’ils abritent. Mots clés : hydrocarbures, biodégradation, souches hydrocarbonoclastes, milieux extrêmes, pression hydrostatique, salinité.

  • Titre traduit

    Hydrocarbon-degrading activities of prokaryotes in extreme (hyperbaric and hypersaline) environments


  • Résumé

    Limited information is available on the ability of prokaryotes living in the extreme environments to degrade hydrocarbon. To date, most studies on hydrocarbon biodegradation were conducted on microorganisms isolated from environments with so-called “standards” physicochemical properties (e.g. hydrostatic pressure 0,1 MPa and salinity between 0 and 39 g L-1), despite the evident occurrence of hydrocarbons in extreme environments. An important part of hydrocarbon spilled in the environment could contaminate the deep-sea (hydrostatic pressure higher than 10 MPa) as well as hypersalin (salinity higher than 300 g L-1) coastal areas. Moreover, hydorcarbon-contaminated hypersaline waste water produced during oil exploitation require the improvement of the remediation treatments. The present work deals with the hydrocarbon-degrading activity of prokaryotes living in these extreme environments. In order to deepen our knowledge on the hydrocarbon-degrading microorganisms potential role and also to contribute to the development of specific rehabilitation techniques in these type of environments, various experiments were carried out. A bacterial cultivation method under hydrostatic pressure was developped, through which we obtained important metabolical and physiological informations on a hydrocarbon-degrading piezotolerant bacterium (Marinobacter hydrocarbonoclasticus #5) grown using hexadecane as sole source of carbon and energy. Results confirm the capacity of certain bacteria to degrade the hydrocarbon under hyperbaric (35 MPa) conditions. They also highlight the importance of wax production in energetical functionning and raise numerous questions regarding the increase, under elevated hydrostatic pressure, of unsaturated fatty-acid degree that constitute the wax. Interestingly, our results indicated that the same groups of bacteria, in particular those belong to Alcanivorax, were potentially involved in hydrocarbon biodegradation in deep-sea environments as in coastal waters. Moreover, with the cultivation condition used, isolated strains preferred to degrade either n-hexadecane (e.g. Alcanivorax venustensis, Rhodobacter) or n-heptadecane (e.g. Marinobacter sp.). Similar result was obtained from experiments carried out with archaea isolated from a shallow crystallizer pond sample, in that these microorganisms belong to two ubiquistes genus (Haloarcula and Haloferax) in hypersalin environments. Depending on the strain, extremely halophilic archaea isolated degraded 32 to 95% (0.5 g L-1) of n-heptadecane after 30 days of incubation at 40°C in 225 g L-1 NaCl artificial medium. One of the strains (MSNC 14) was also able to degrade phenanthrene. This study provides useful informations on hydrocarbon biodegradation by microorganisms in deep-sea and hypersalin environments, which remains yet to be fully explored. Further studies seems thus indispensable to elucidate the physico-chemical and biological properties involved in these processes, as well as works on the particular microbial biodiversity living in this type of environment. Keywords: alkanes, biodegradation, hydrocarbon-degrading strains, extreme environments, hydrostatic pressure, salinity


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  • Détails : 1 vol. (197 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.169-186

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