Médiation chimique entre l’algue brune méditerranéenne Taonia atomaria et la communauté bactérienne associée à sa surface

par Ahlem Othmani

Thèse de doctorat en Ecologie chimique marine

Sous la direction de Gérald Culioli et de Jean-François Briand.

Soutenue le 20-01-2014

à Toulon , dans le cadre de École doctorale Mer et Sciences (Toulon) , en partenariat avec Laboratoire Matériaux Polymères Interfaces Environnement Marin (Toulon) (laboratoire) et de Mapiem (laboratoire) .

Le jury était composé de Philippe Potin, Jean-Charles Martin, Yves Blache.

Les rapporteurs étaient Sophie Tomasi, Olivier Paul Thomas.


  • Résumé

    Dans le milieu marin, toute surface immergée est rapidement colonisée par des bactéries, puis par d’autres micro-organismes, conduisant à la formation de structures tridimensionnelles complexes appelées biofilms. Cette étape est généralement suivie par l’installation de macro-colonisateurs. Néanmoins, un certain nombre d’organismes marins, tels que les macro-algues, présentent des surfaces peu épiphytées à l’échelle macroscopique. Des algues méditerranéennes (Taonia atomaria et Dictyota spp.) ont été sélectionnées dans le cadre de ces travaux de thèse pour leur capacité à conserver leur surface peu colonisée. Cependant, des observations de leurs surfaces par microscopie ont montré l’existence de biofilms diversifiés à la surface de leurs thalles. Le but de cette thèse est de mieux comprendre les mécanismes de médiation chimique entre ces algues et les bactéries associées à leur surface. La première partie de ce travail a été consacrée à l’étude du rôle de molécules d’origine algale vis-à-vis de l’adhésion de bactéries marines. Pour cela, la composition chimique totale des algues sélectionnées a été analysée conduisant à l’isolement et à la caractérisation structurale de 12 molécules, dont trois se sont révélées être originales. L’activité anti-adhésion de la majorité de ces composés a ensuite été évaluée : le 1-O-octadecenoylglycérol s’est avéré être le produit le plus actif (20 µM < CE50 <55 µM). La deuxième partie a été dédiée plus particulièrement à l’étude du métabolome de surface de T. atomaria dans le but d’évaluer son implication dans les interactions écologiques entre l’algue et les bactéries associées à sa surface. Un protocole d’obtention et d’analyse spécifique des extraits surfaciques a tout d’abord été développé. Ce protocole est basé sur le trempage des thalles dans des solvants organiques et un contrôle de l’intégrité des cellules membranaires des algues y est associé. L’échantillonnage a été effectué mensuellement à Carqueiranne (Nord-ouest de la Méditerranée, France) durant la période allant de février à juillet 2013. Les résultats obtenus montrent qu’un sesquiterpène est exprimé majoritairement à la surface de l’algue. Il a été démontré que ce composé inhibe l’adhésion de souches bactériennes de référence tout en restant inactif vis-à-vis de celles isolées à la surface de l’algue. Une telle spécificité n’a pas été observée ni dans le cas de biocides commerciaux, ni pour les autres métabolites produits par T. atomaria. Dans un second temps, un suivi saisonnier des extraits de surface ainsi que des communautés bactériennes associées a été effectué par métabolomique (LC-MS) et DGGE, respectivement. Des fluctuations saisonnières de ces deux paramètres ont été reportées sans mettre en évidence de corrélation évidente entre eux. La présence de la molécule majeure de surface durant tout le suivi saisonnier a été notée ainsi que sa capacité à diffuser dans l’eau de mer. Enfin, l’étude de l’implication potentielle des bactéries associées à T. atomaria dans le contrôle du biofilm a été entreprise en évaluant l’activité de leurs extraits vis-à-vis de l’adhésion de souches de référence. En conclusion, nous émettons l'hypothèse que T. atomaria pourraient contrôler partiellement le biofilm associé à sa surface en faisant intervenir des métabolites spécifiques.

  • Titre traduit

    Chemical mediation between the brown Mediterranean alga Taonia atomaria and its associated bacteria


  • Résumé

    In the marine environment, all submerged surfaces are rapidly colonized by bacteria and other microorganisms, resulting in the formation of complex three-dimensional structures called biofilms. This step could be followed by the attachment of macro-colonizers. Nevertheless, a number of marine organisms, such as macro-algae, appeared to be relatively free of epibionts at a macroscopic scale. In this study, several Mediterranean algae (Taonia atomaria and Dictyota spp.) were selected for their ability to keep their surface free of biofouling. However, microscopic techniques allowed the observation of a diversified biofilm on the surface of their thalli. The purpose of this work was to understand how this alga could interact with its associated bacteria using a chemical ecological approach. The first part of this work deals with studying the anti-adhesion properties of algal molecules against a range of marine bacteria. For this, the whole chemical composition of the two algae was analyzed leading to the isolation and structural characterization of 12 molecules from which three were found to be new. The anti-adhesion activity of some of these compounds was then evaluated: 1-O-octadecenoylglycerol proved to be the most active product (20 µM < EC50 <55 µM). The second part of this study was dedicated to the study of the surface metabolome of T. atomaria in order to assess its involvement in the ecological interactions between the alga and its associated bacteria. A specific extraction protocol was optimized for the surface compounds using a dipping technique in organic solvents associated with the integrity control of algal cell membrane. Sampling was carried out monthly at Carqueiranne (N W Mediterranean Sea, France) between February and July 2013. The results showed the presence of a major molecule in accordance with a sesquiterpenic structure. Anti-adhesion capacity against reference bacterial strains was noticed for this compound, while it remained inactive against strains isolated from the algal surface. This specificity was not observed for commercial biocides and the other molecules purified from crude algal extracts of T. atomaria. Then, changes in surface extracts and associated bacterial surface communities were monitored using metabolomics (LC-MS) and DGGE, respectively. Seasonal fluctuations for the two parameters could be reported without any evident correlation between them. The occurrence of the major molecule throughout the seasonal monitoring was also noticed and its capacity to diffuse in the marine environment was shown. Finally, the study of the potential involvement of the associated bacteria in the biofilm control was conducted by evaluating the anti-adhesion activity of their crude extracts against reference strains. In conclusion, we hypothesize that T. atomaria could control at least partially the biofilm at its surface using specific metabolites.


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