Découverte et caractérisation des premiers virus de Thermotogales (bactéries thermophiles et anaérobies) issus de sources hydrothermales océaniques profondes

par Julien Lossouarn

Thèse de doctorat en Microbiologie

Sous la direction de Mohamed Jebbar et de Claire Geslin.


  • Résumé

    Notre connaissance de la diversité virale associée aux microorganismes procaryotiques issus des sources hydrothermales océaniques profondes demeure encore limitée. Peu d’études se sont intéressées à l’abondance virale ou à l’impact des virus sur la mortalité microbienne au sein de ces écosystèmes. Le nombre de virus caractérisés, issus de ces environnements, reste faible. Deux virus, PAV1 et TPV1, associés à des archées hyperthermophiles anaérobies appartenant à l’ordre des Thermococcales ont été décrits dans notre laboratoire. Afin de poursuivre nos recherches sur la diversité virale infectant les microorganismes hydrothermaux marins, l’ordre bactérien des Thermotogales a été ciblé. Cet ordre est composé de bactéries chimioorganotrophes anaérobies pour la plupart hyper/thermophiles. Elles partagent la même niche écologique que les Thermococcales et sont métaboliquement proches. De nombreux transferts latéraux de gènes ont, par ailleurs, contribué à l’histoire évolutive des Thermotogales, subodorant l’implication potentielle de virus. La présence de séquences CRISPR a également été rapportée au sein de plusieurs génomes de Thermotogales, suggérant que les Thermotogales sont ou ont certainement déjà été exposées à des infections virales. Pour autant, à ce jour, les seuls éléments génétiques mobiles à avoir réellement été décrits chez les Thermotogales sont 3 miniplasmides et aucun virus. Une cinquantaine de souches de Thermotogales provenant majoritairement de la collection de notre laboratoire (Souchothèque de Bretagne et Collection Ifremer) a été passée au crible quant à la présence d’éventuels bactériovirus associés. A l’issue de ce criblage, des éléments à ADN extra-chromosomiques, incluant 2 plasmides et 7 bactériovirus (du type Siphoviridae) ont été découverts au sein de souches appartenant aux genres Thermosipho et Marnitoga. Des analyses préliminaires ont été réalisées sur ces différents éléments et l’un des nouveaux systèmes hôte/virus a été caractérisé en détail. MPV1 (Marinitoga piezophila virus 1) est un siphovirus-like tempéré isolé d’une bactérie piezophile, il constitue le premier bactériovirus associé à l’ordre des Thermotogales. La souche hôte est piezophile mais aisément cultivable à pression atmosphérique au terme de plusieurs repiquages. Si l’essentiel des analyses a été mené à pression atmosphérique, la production virale s’est avérée tout à fait effective à pression hydrostatique. Nous avons réalisé les analyses de la séquence complète du génome MPV1 (43,7 kb, extrait des capsides virales purifiées) et sa comparaison avec le provirus présent au sein du génome séquencé de Marinitoga piezophila KA3. Les analyses de ce génome viral ont suggéré une proximité évolutive de MPV1 avec les bactériovirus de Firmicutes. Nous avons également mis en évidence que le bactériovirus partage son hôte avec un élément génétique extra chromosomique circulaire de 13,3 kb (pMP1). Ce « ménage à 3 » est surprenant dans le sens où l’élément de 13,3 kb, contenant 13 ORF de fonctions majoritairement inconnues, utilise les capsides virales afin de se propager. Ceci pourrait, ainsi, illustrer un nouvel exemple de piratage moléculaire.

  • Titre traduit

    Discovery and characterization of the first bacterioviruses amongst the order of thermotogales


  • Résumé

    Our knowledge of the viral diversity associated to procaryotic microorganisms inhabiting the deep sea hydrothermal vents is still limited. Only few studies have focused on viral abundance and impact on microbial mortality within these ecosystems. A limited number of viruses from these environments were isolated and characterized. Two viruses, PAV1 and TPV1, associated to hyperthermophilic anaerobic Archaea, Thermococcales order, have ever been described in our laboratory. The topic of this phD thesis was to extend our investigation to other deep sea vent microorganisms in order to deepen our knowledge on the marine hydrothermal virosphere. We decided to focus more precisely on the bacterial order of Thermotogales. This order is composed of anaerobic chemoorganotrophic bacteria that are, for almost, hyper/thermophilic. They share the same ecological niche as the Thermococcales and are metabolically close. Numerous lateral gene transfers have contributed to the evolutionary history of the Thermotogales, implying the potential involvement of viruses. The presence of CRISPRs has also been reported in many genomes, suggesting that Thermotogales certainly are or have been exposed to viral infections. However, up till now, only 3 miniplasmids have been described within Thermotogales and no viruses. Fifty strains of Thermotogales, mostly from the LM2E culture collection (Ifremer and “UBOCC”), were screened for the presence of potential bacteriovirus. Extrachromosomal DNA elements, including 2 plasmids and 7 bacterioviruses (siphovirus-like), were discovered amongst strains belonging to both Thermosipho and Marinitoga genera. Preliminary studies were performed on these elements and one of the new virus-host systems was characterized in details. MPV1 (Marinitoga piezophila virus 1) is a temperate siphovirus-like isolated from a piezophilic bacterium, it is the first bacteriovirus associated to the Thermotogales order. This host strain is piezophilic but easily cultivable at atmospheric pressure after several subcultures. Whether most experiments were performed at atmospheric pressure, the viral production appeared to be effective at hydrostatic pressure. We reported the analyses of the complete sequence of the MPV1 genome (43.7 kb, extracted from purified virions) and its comparison to the provirus present in the sequenced genome of Marinitoga piezophila KA3. Analyses of the viral genome suggested a close evolutionary relationship of MPV1 to Firmicutes bacterioviruses .We also reported that this bacteriovirus shares its host with a circular extrachromosomal genetic element of 13.3 kb (pMP1). This ‘ménage à trois’ is surprising in the sense where the 13.3kb element, that contains 13 ORFs of mostly unknown function, uses the viral capsid to propagate. Therefore, it would likely correspond to a new example of molecular piracy.


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