Composition et fonctionnement d'une communauté microbienne au sein d'un drainage minier acide : approches culturales et fonctionnelles

par François Delavat

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Marie-Claire Lett.

Le président du jury était Alain Dufour.

Le jury était composé de Valérie Geoffroy.

Les rapporteurs étaient Pascal Simonet.


  • Résumé

    Le drainage minier acide de Carnoulès est caractérisé par un pH très acide et une forte concentration en métaux et en arsenic. Par différentes approches moléculaires, des études précédentes ont montré une faible biodiversité et ont permis d'établir un modèle de fonctionnement de la communauté bactérienne. Le but de ce travail de thèse a été de préciser la composition et le fonctionnement de cette communauté bactérienne, en utilisant pour cela des approches culturales et fonctionnelles, en se focalisant particulièrement sur le recyclage de la matière organique. L'élaboration de différents milieux a permis l'isolement de 49 souches bactériennes appartenant à 19 genres, augmentant ainsi de 10 % la diversité bactérienne détectée à Carnoulès par rapport aux approches métagénomiques précédentes. Parmi les 19 genres, 3 sont nouveaux dont un, inféodé aux écosystèmes acides, a été caractérisé taxonomiquement et dénommé Acidiminas carnoulesii. La capacité de l'isolat Q8 appartenant au genre Paenibacillus à dégrader I'amidon et la xylane, dans de larges gammes de pH et de concentrations en arsenic, a permis d'attribuer à Paenibacillus un rôle dans la résilience de la communauté pour ces fonctions. Un criblage fonctionnel de I'ADN de Q8 dans Escherichia coli apermis d'isoler les gènes codant les protéines de dégradation de ces polymères. Par ailleurs, un criblage de 80000 clones de la banque d'ADN métagénomique de Carnoulès a permis la détection de 28 clones positifs pour l'activité amylolytique. Deux protéines ne présentant aucune similarité de séquence avec des amylases connues ont été caractérisées in vitro, confirmant leurs activités amylolyiques et démontrant que la bioprospection dans des sites a priori incongrus, autorise des découvertes insoupçonnées. Ces travaux ont ainsi permis de montrer que les approches culturales et fonctionnelles apportent des informations nouvelles par rapport à celles obtenues par les approches moléculaires. La complémentarité de ces approches est vérifiée, et elle apparaît indispensable dans l'analyse de la complexité des écosystèmes. Cependant, la compréhension de leur fonctionnement exigera des efforts redoublés.

  • Titre traduit

    Composition and functioning of a microbial community in an acid mine drainage : cultural and functional approaches


  • Résumé

    The Carnoulès acid mine drainage is characterized by an acidic pH and high metal and arsenic concentrations. Based on the low bacterial biodiversity, molecular approaches allowed the determination of a bacterial community functioning model. The aim of the PhD work was to clariff both the composition andthe functioning of this community, using cultural and functional approaches, focusing on the organic matter recycling. Different media were designed that allowed the isolation of 49 bacterial strains belonging to 19 genera,leading to a 70 o  increase in the bacterial diversity compared with previous metagenomic approaches. Among the 19 genera,3 are new, one of which, a previously uncultured genus frequently detected in acidic environments, has been taxonomically characterized and named Acidiminos cornoulesii.The ability of strain Q8, belonging to the genus Paenibacillus, to degrade starch and xylan over a wide rangeof pH values as well as 4rsenic concentrations allows to assign to Paenibacillus a role in the resilience of the community for these functions. A function-based screening of the Q8-DNA in Escherichia coli led to isolatethe genes encoding the polymer-degrading proteins.Moreover, a function-based screening of 80,000 clones from a Carnoulès metagenomic DNA library led to the detection of 28 positive clones for the amylolyic activity. Two proteins sharing no sequence similarity with known amylases were characterized in vitro, demonstrating that bioprospecting in a priori incongruous sites can lead to unsuspected discoveries.These works show that new informations using cultural and functional approaches can be obtained compared to those gained with molecular approaches. Results confirmed the complementarity between both approachesis crucial to analyze complex ecosystems. Nevertheless, more research efforts still have to be undertaken tounderstand their functioning.


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