Métabolisme microbien sous pression hydrostatique : approche expérimentale in situ

Microbial metabolism under high hydrostatic presure : experimental in situ study

• Auteur / Autrice : Aude Picard
• Direction : Isabelle Daniel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géomicrobiologie
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Lyon 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microorganismes -- Métabolisme

Résumé

Les environnements sous haute pression hydrostatique, i. E. Les environnements marins (fonds océaniques et sources hydrothermales) et les environnements souterrains, représentent un volume important de la biosphère terrestre. Cependant, les adaptations piézophiles des micro-organismes sont mal comprises. Cette thèse est donc dédiée à l’étude du métabolisme microbien sous pression. Nous avons développé un nouvel outil permettant l’étude in situ des micro-organismes et des composants cellulaires dans des conditions variées de pression (0-1 GPa) et de température (0-200°C). Il s’agit d’une cellule à enclumes de diamant (CED) modifiée, dans laquelle les mesures spectroscopiques (Raman, infrarouge, et absorption des rayons X) à haute résolution sont possibles, ainsi que l’observation en microscopie confocale. Nous avons également calibré une nouvelle jauge de pression, afin de réaliser des mesures de pression rapides et précises en CED. Nous avons étudié deux réactions métaboliques chez deux micro-organismes piézosensibles sous pression. Nous avons montré par spectroscopie Raman que la fermentation alcoolique chez la levure Saccharomyces cerevisiae se produit jusqu’à 87 ±7 MPa, soit 37 MPa de plus que la pression prédite pour cette voie métabolique. De plus, nous avons établi que la vitesse de réaction est maximale à 10 MPa et 30°C. Nous avons établi par spectroscopie XANES que la réduction du sélénite chez la bactérie Shewanella oneidensis MR-1 se produit jusqu’à 155 ±5 MPa. Ces résultats, non attendus chez des micro-organismes piézosensibles, montrent l’importance potentielle des micro-organismes de surface sur les cycles biogéochimiques en profondeur, ainsi que la puissance des techniques in situ pour l’étude des processus métaboliques microbiens sous pression

High pressure environments, i. E. Deep-sea, hydrothermal vents and subsurface, represent a large volume of the Earth biosphere. However, piezophilic adaptations of microorganisms are still poorly understood. This work is dedicated to the study of metabolism under high hydrostatic pressure (HHP). We developed a new tool allowing in situ study of microorganisms and cellular components under various pressure (0-1 GPa) and temperature (0-200°C) conditions : a modified Diamond-Anvil Cell (DAC). High-resolution measurements are possible by spectroscopies (Raman, infrared, and X-ray absorption), and optical observations by confocal microscopy. A pressure sensor adapted to low pressure (0-1 GPa) was also developed for accurate and fast in situ pressure measurements in the DAC. We studied two metabolic reactions in piezosensitive microorganisms under HHP. By Raman spectroscopy, we showed that alcoholic fermentation by the yeast Saccharomyces cerevisiae occurs until 87 ±7 MPa, that is to say about 37 MPa higher than the predicted pressure for this metabolism. Moreover, we established that the yield of the process is maximal at 10 MPa and 30°C. By XANES spectroscopy, it was demonstrated that selenite reduction by Shewanella oneidensis MR-1 occurs until 155 ±5 MPa. These results, that were not expected for piezosensitive microorganisms, show the power of in situ techniques for the study of microbial metabolism under HHP, but overall show that surface microorganisms could have more impact on geochemical cycles in deep environments than expected