Exploration des interactions Fungi-Bacteria dans des sédiments côtiers contaminés par les HAP Exploración de

Exploring fungi-bacteria interaction in PAH contaminated coastal sediment

Exploración de las interacciones hongo-bacteria en los sedimentos costeros contaminados de HPA

• Auteur / Autrice : Joyce Álvarez Barragán
• Direction : Cristiana Cravo-Laureau, Robert Duran
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 23/11/2021
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les matériaux (IPREM UMR 5254) - Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les materiaux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effets des sédiments

Composés aromatiques polycycliques

Mer -- Pollution

Mots clés libres

Champignons

Bactéries

Diversité microbienne

Intéractions

HAP

Sédiments

Aérobie/anaérobie

Contamination

Fungi

Bacteria

Microbial diversity

Interactions

PAH

Sediments

Aerobic/anaerobic

Contamination

Hongo

Bacteria

Diversidad microbiana

Interacciones

HPA

Sedimentos

Aeróbico/anaeróbico

Contaminación

Résumé

Les sédiments côtiers sont des environnements hétérogènes avec une variété de caractéristiques physico-chimiques. Ils sont le réservoir d'une vaste diversité microbienne, encore à explorer. Dans les communautés microbiennes, les interactions champignons-bactéries jouent un rôle clé dans plusieurs processus biogéochimiques, notamment le cycle du soufre, de l'azote et du carbone. Néanmoins, les interactions champignons-bactéries sont constamment affectées par l'apport de polluants, en particulier les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), qui sont toxiques, mutagènes et cancérigènes.Les HAP sont des molécules persistantes en raison de leur hydrophobicité, s'accumulant dans les sédiments où leur biodisponibilité pour la dégradation est réduite. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est de mieux comprendre les intéractions champignons-bactéries dans les sédiments côtiers contaminés par les HAP. L'analyse des réseaux de cooccurrence champignons-bactéries à partir de sédiments côtiers contaminés ou non par les HAP, basée sur les séquences des ARNr 16S et 18S (respectivement pour les bactéries et les champignons), a révélé que des variants spécifiques de séquences amplifiées (ASV) fongiques jouent un rôle clé dans l'organisation d'assemblages de communautés microbiennes en établissant des interactions avec des ASV bactériens. La présence d'HAP affecte ces intéractions favorisant le métabolisme anaérobie. Les interactions champignons-bactéries ont été étudiées afin d'explorer la diversité fongique cultivable qui a permis d'isoler, d'identifier et de sélectionner des souches fongiques des environnements marins pour leur capacité à éliminer les HAP. Alternaria destruens F10.81 et Fusarium pseudoygamai F5.76 ont montré des stratégies différentes pour l'absorption des HAP qui impliquent respectivement le transport à travers le cytoplasme ou via des vacuoles. Ces souches fongiques ont été utilisées pour évaluer la sélection et le transport des communautés bactériennes à travers des zones contaminées par les HAP. Des analyses de diversité des communautés bactériennes,basées sur des séquences des gènes 16S ARNr, ont révélé que des bactéries spécifiques étaient sélectionnées par le réseau mycélien fongique. Par ailleurs, quatre biomarqueurs spécifiques à Alternaria destruens F10.81 ont été identifiés :Thalassospira sp., Spirochaeta litoralis, Arcobacter sp. et Vibrio sp. De manière surprenante, Spirochaeta litoralis estconnue comme une bactérie anaérobie suggérant que le développement de mycélium fongique produit des zones anaérobies, confirmée par l'observation de la consommation d'oxygène pendant le développement des hyphes d'A.destruens F10.81. Un tel résultat était cohérent avec la promotion du métabolisme anaérobie décrit avec le réseau de cooccurrence champignons-bactéries. Ainsi, de nouvelles informations sur le rôle clé des interactions fongiques et bactériennes sur l'organisation des communautés microbiennes dans les sédiments côtiers contaminés par les HAP sont fournies, et représentent des informations utiles pour développer des stratégies de bioremédiation environnementale.

Coastal sediments are heterogeneous environments with a variety of physical-chemical characteristics. They are thereservoir of a vast microbial diversity, yet to be explored. In the microbial communities, the fungi-bacteria interactions play akey role in several biogeochemical processes including sulphur, nitrogen and carbon cycling. Nevertheless, the fungi-bacteriainteractions are constantly affected by the input of pollutants, particularly polycyclic aromatic (PAHs) compounds, which aretoxic, mutagenic and carcinogenic. PAHs are persistent molecules due to their hydrophobicity accumulating in sedimentswhere their bioavailability for degradation is reduced. In this context, the aim of this PhD thesis is to better understand thefungi-bacteria interactions in coastal sediments contaminated with PAHs. The analysis of fungi-bacteria co-occurrencenetworks from coastal sediments contaminated or not with PAHs, based on 16S and 18S rRNA barcoding sequences (forbacteria and fungi respectively), revealed that specific fungal amplified sequence variants (ASVs) play a key role in theorganization of microbial community assemblages by establishing interactions with bacterial ASVs. The presence of PAHs isaffecting these interactions promoting anaerobic metabolism. The fungi-bacteria interactions were further investigated byexploring the fungal cultivable diversity that allowed to isolate, identify, and select fungal strains from marine environmentsfor their capacity to remove PAHs. Alternaria destruens F10.81 and Fusarium pseudoygamai F5.76 showed differentstrategies for PAHs uptake that involve either the transport through the cytoplasm or via vacuoles, respectively. These fungalstrains were used to evaluate the selection and transport of bacterial communities through PAHs contaminated gap. Diversityanalyses of bacterial communities, based on 16S barcoding sequences revealed that specific bacteria were selected by thefungal mycelia network. Moreover, four biomarkers specific to Alternaria destruens F10.81 were identified as Thalassospirasp., Spirochaeta litoralis, Arcobacter sp. and Vibrio sp. Surprisingly, Spirochaeta litoralis is known as anaerobic bacteriasuggesting that fungal mycelia development produce anaerobic zones, further confirmed by the observation of oxygenconsumption during the hyphal development of A. destruens F10.81. Such result was consistent with the promotion ofanaerobic metabolism described with the fungi-bacteria co-occurrence network. Thus, new insights on the key role of fungaland bacterial interactions have on the organization of microbial communities in coastal sediments contaminated by PAHs areprovided, which represent useful information to develop strategies for environmental recovery.

Los sedimentos marinos son medios ambientes heterogéneos con una variedad de características físico-químicas. Son elreservorio de una vasta diversidad microbiana que no ha sido totalmente explorada. Entre las comunidades microbianas, lainteracción entre hongos y bacterias juega un papel clave en los procesos biogeoquímicos incluyendo los ciclos del sulfuro,nitrógeno y carbono. Sin embargo, las interacciones entre hongos y bacterias son constantemente alteradas por lapresencia de hidrocarburos policíclicos aromáticos (HPAs), los cuáles son tóxicos, mutagénicos y carcinógenos. Los HPAsson moléculas resistentes y persistentes debido a su hidrofobicidad que les permite acumularse en los sedimentos donde labiodegradación es reducida debido a la reducción de su disponibilidad. En este contexto, el objetivo de esta tesis doctoral esprofundizar en el entendimiento de las interacciones entre hongos y bacterias en los sedimentos costeros contaminados conHPAs. El análisis de redes de co-occurencia de los sedimentos costeros contaminados y no contaminados con HAPs,basados en las secuencias de los genes rRNA 16S y 18S (para bacterias y hongos, respectivamente), revelo que hayvariantes de secuencias amplificadas (VSAs) provenientes de hongos que juegan un papel clave en la organización yensamblaje de las comunidades microbianas estableciendo interacciones con VSAs de bacterias. La presencia de HPAsafecta dichas interacciones promoviendo un metabolismo anaeróbico. Las interacciones entre hongos y bacterias fuerontambién investigadas a través del cultivo de diversos hongos, de los cuales fueron aisladas y seleccionadas cepas fúngicascon capacidad de remover HAPs. De éstas cepas, Alternaria destruens F10.81 y Fusarium pseudoygamai F5.76 dieronevidencia de dos estrategias de captura y transporte intracelular de HAPs que involucran el almacenamiento citoplasmáticoo vacuolas, respectivamente. Dichos hongos fueron usados a su vez para evaluar la selección y el trasporte decomunidades bacterianas a través de una barrera de sedimento contaminada con HAPs. La diversidad de las comunidadesbacterianas, basadas en el análisis de la secuencia de los genes 16S rRNA, revelo que existen bacterias seleccionadas demanera específica por la red de micelio fúngico. A su vez, cuatro biomarcadores específicos para Alternaria destruensF10.81 fueron identificados como Thalassospira sp., Spirochaeta litoralis, Arcobacter sp. y Vibrio sp. Sorprendentemente,Spirochaeta litoralis es una bacteria clasificada como estricta anaerobia sugiriendo la creación de zonas de anaerobiosisderivadas del desarrollo fúngico, lo cuál fue confirmado por la observación del consumo de oxígeno durante el crecimientode las hifas de Alternaria destruens F10.81. Este resultado, fue consistente con la promoción del metabolismo anaeróbicoencontrado en los análisis de redes de co-occurencia. Por lo tanto, nuevos conocimientos sobre el papel clave que jueganlas interacciones entre hongos y bacterias en la organización de comunidades microbianas de sedimentos marinos costeroscontaminados con HAPs son aportados, los cuales representan información útil para desarrollar estrategias de recuperaciónmedioambiental.