1ère journée des doctorants du LMGE. Résumés des différentes présentations

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1 1ère journée des doctorants du LMGE Résumés des différentes présentations

2 10h45. Philippe Poirier (3 ème année): Blastocystis spp.: épidémiologie et lien potentiel avec le syndrome de l'intestin irritable Blastocystis est un protiste parasite du tube digestif de l Homme et de divers animaux. Au moins 13 sous-types (ST) différents ont été décrits sur la base de la séquence du gène codant l ARNr 18S; parmi eux, 9 (ST1 à ST9) sont retrouvés chez l Homme. Bien que le rôle de Blastocystis en pathologie humaine reste à définir, des études épidémiologiques ont montré une prévalence significativement plus élevée de ce microorganisme chez les patients atteints du syndrome de l intestin irritable (Irritable Bowel Syndrom, IBS). L IBS est une colopathie chronique multifactorielle, caractérisée entre autres par une augmentation de la perméabilité para-cellulaire, une micro-inflammation, ainsi que des phénomènes de dysbiose intestinale. Récemment, le premier génome complet d un isolat ST7 de Blastocystis a été séquencé, mettant en évidence d éventuels facteurs de virulence : (i) des glycosidases pouvant jouer un rôle dans la dégradation du mucus, (ii) 22 protéases prédites sécrétées potentiellement impliquées dans l inflammation et la perméabilité para-cellulaire, (iii) une polykétide synthase (PKS) et 2 protéines de type NRPS (nonribosomal peptides synthetases) qui pourraient être impliquées dans les phénomènes de dysbiose. Parmi ces facteurs, nous avons particulièrement étudié le rôle des protéases prédites sécrétées et validé expérimentalement ces prédictions pour deux protéases à cystéine. A l aide de ces données génomiques et expérimentales, nous avons construit un modèle proposant les voies à explorer afin de mieux comprendre les relations possibles entre Blastocystis et le syndrome de l intestin irritable 11h05. Benoit Kéraval (1 ere année de thèse): Réponse et adaptation des métabolismes du carbone au changement climatique dans les sols, l'eau et les sédiments lacustres: rôle des métabolismes acellulaires Il a été longtemps considéré que les processus de respiration ne sont réalisables que de façon intracellulaire en raison de la complexité des réactions biochimiques qui impliquent de nombreuses enzymes et cofacteurs. Une étude récente d une équipe clermontoise a cependant mis en évidence qu une fraction des enzymes impliquée dans la respiration, libérée lors de la mort cellulaire, n est pas dénaturée dans les sols. Ces enzymes stabilisées peuvent reconstituer des métabolismes oxydatifs complexes (Glycolyse, Cycle de Krebs) conduisant à une respiration des matières organiques du sol sans organisation cellulaire. Ces enzymes se lient aux particules du sol (minéraux, humus) et deviennent extrêmement stables dans le temps (> jours) et face à des contraintes environnementales extrêmes (>150 C, 2.5 kpa). Ces métabolismes oxydatifs extracellulaires (EXOMET) contribueraient de 16 à 48 % aux émissions de CO 2 des sols. Les objectifs des travaux qui seront conduits durant ma thèse seront (i) de quantifier simultanément l EXOMET et la respiration intracellulaire dans les sols (ii) d élargir l investigation de l EXOMET à d autres environnements (eau, sédiment) (iii) d étudier l importance de l EXOMET dans des environnements anaérobies, en particulier, son rôle dans les émissions de CH4

3 11h25. Mylène Hugoni (3ème année de thèse):structure of the rare archaealbiosphere and seasonal dynamics of active ecotypes in surface coastal waters Alors que les Archaea marines contribuent de façon significative aux cycles biogéochimiques du carbone et de l azote, la structure des communautés archéennes ainsi que leur activité saisonnière et leur dynamique à long terme restent à ce jour peu explorées. Au cours de cette étude, la composition interannuelle des assemblages archéens composant les biosphères abondante et rare a été analysée par pyroséquençage des ADNr et ARNr 16S dans les eaux de surface Méditerranéennes. Les groupes dominants retrouvés dans cet écosystème sont affiliés aux Marine Group I Thaumarchaeota et Group II.b Euryarchaeota durant l hiver, alors que la saison estivale est dominée par la présence du Group II.a Euryarchaeota. Ces groupes majeurs sont en outre, composés de différents écotypes, supposant une microdiversité taxonomique résultant de métabolismes ou de stratégies adaptatives différents. De plus, trois fractions ont été mises en évidence au sein de la biosphère rare, (i) des microorganismes rares susceptibles de devenir abondants au sein de l écosystème, considérés comme «seed bank» et assurant le fonctionnement de l écosystème en réponse à des conditions environnementales changeantes ; (ii) des microorganismes rares, ayant une affiliation taxonomique similaire aux groupes abondants et ayant une croissance active et enfin (iii) des microorganismes rares peu caractérisés dans les bases de données et inactifs. Ce dernier groupe serait donc étranger à l écosystème étudié, pouvant constituer la «seed bank» d un autre écosystème capable de coloniser de nouveaux milieux. 11h45. Mathieu Roudel (3 eme année de thèse): Etude du polymorphisme génétique du parasite microsporidien Nosema ceranae. Nosema ceranae, l agent étiologique de la nosémose C, est aujourd'hui le parasite microsporidien prédominant chez l'abeille. Sa présence dans des colonies aussi bien malades qu'asymptomatiques soulève des interrogations sur l existence de souches parasitaires ayant des niveaux de virulence différents. Nous avons cherché à déterminer s il était possible de différencier des souches de N. ceranae en se basant sur 10 marqueurs génétiques. L'analyse des séquences de ces marqueurs parasitaires a montré qu il existe autant de variabilité entre des abeilles d'origines géographiques différentes qu'au sein d un même individu. Il apparait donc impossible de différencier des variants de N. ceranae en ne se basant que sur des caractéristiques génétiques.

4 14h Stéphanie Palesse (3 eme année de thèse) Etude des activités lytiques et lysogéniques des communautés virales: importance de l'état physiologique et métabolique des hôtes bactériens Les virus sont des parasites obligatoires de la cellule vivante, constitués chacun d un acide nucléique protégé dans une capside. Les bactériophages (virus infectant les bactéries) représentent l entité biologique la plus abondante et la plus diversifiée dans les écosystèmes aquatiques. Ils exercent un rôle important voire essentiel, dans de nombreux processus écologiques (mortalité microbienne, production de substrats pour les microorganismes, transferts de gènes ) qui sont à la base des cycles biogéochimiques et de l évolution du monde vivant. Les données de la littérature et nos propres recherches ont mis en évidence que ce rôle était intimement lié au type de cycle de réplication mis en place par la communauté virale: le cycle lytique ou le cycle lysogène. En écologie virale, il est important de savoir quelles conditions influencent la dynamique de ces 2 types de cycles qui prévalent au sein des communautés naturelles de virus. C est dans ce cadre scientifique que se situent les objectifs de mon travail de thèse. Nos résultats préliminaires obtenus au Lac Pavin au cours d un suivi saisonnier en 2011 montrent que la dynamique des cycles de réplication virale est associée non seulement aux conditions physico-chimiques du milieu ambiant, mais aussi à la physiologie et à l activité des principaux hôtes bactériens. En perspective suite à ces observations, nous envisageons d une part, lors d approches expérimentales en microcosmes, de plonger au cœur de la cellule bactérienne infectée et de son métabolome, afin de déterminer quels signaux «perçus» par le phage à l intérieur de son hôte lui permettraient de choisir tel ou tel type de cycle de développement. 14h20 Pierre Joly (3 ème année) Mélanges d herbicides : quels effets sur les communautés microbiennes du sol? Par une expérience en microcosmes se rapprochant de conditions réelles d épandages nous nous sommes intéressés aux effets de mélanges d herbicides sur les communautés microbiennes du sol (bactériennes et fongiques) en termes d activité, d abondance/biomasse et de structures. De plus, nous avons focalisé notre attention sur des communautés spécifiques, ayant été touchées lors d une étude prospective (i.e. les phototrophes avec leur métabolisme proche des plantes, et les communautés impliquées dans le cycle de l azote). Des modifications du temps de dissipation des molécules d herbicides ont été observées dans les mélanges. De manière globale, peu d effets significatifs ont été observés sur la communauté bactérienne générale, ce qui n est pas le cas des communautés plus spécifiques.le cycle de l azote d une part a été impacté, comme en témoigne une augmentation significative de l ammonium pour le sol ayant reçu les mélanges d herbicides. Ces résultats seraient en lien avec un impact des mélanges d herbicides, en partie sur les communautés en charge de la nitrification (transformation de l ammonium en nitrate). D autre part, un retard d augmentation des pigments photosynthétiques pour ces mêmes traitements, nous renseigne sur la difficulté des communautés phototrophes à recoloniser la surface du sol en présence des mélanges.nous poursuivons actuellement les recherches sur les effets des mélanges d herbicides de cette étude sur ces communautés ainsi que sur les communautés fongiques, afin d élucider quels rapports existent entre leur utilisation et de potentiels impacts écosystémiques.

5 14h40 Julie Aufauvre (3 ème année de thèse) Etude de l'interaction entre le parasite microsporidien Nosema ceranae et l'insecticide Fipronil chez l abeille mélifère Dans les écosystèmes, de nombreux stress biologiques, chimiques et physiques, lorsqu ils agissent en combinaison, peuvent sérieusement affecter la survie des êtres vivants. Alors que des études récentes ont démontré que les interactions parasite-insecticide affectent de façon synergique la survie des abeilles domestiques (Apis mellifera), l importance de l ordre des expositions aux différents stress n est pas connue. Des abeilles ont été co-exposées de façon simultanée ou séquentielle au parasite microsporidien Nosema ceranae et à une dose sublétale de l insecticide fipronil. Les résultats montrent que chaque combinaison testée a un effet synergique sur la survie des abeilles, indépendamment de l ordre des expositions aux deux stress. Nous poursuivons actuellement les investigations sur le mode d action impliqué dans la synergie entre N. ceranae et le fipronil par une approche de RNA-Seq, technique récente de séquençage haut-débit consistant à séquencer l ensemble des transcrits (métatranscriptome) d un échantillon biologique. Le tissu étudié est l intestin des abeilles soumises à N. ceranae et/ou au fipronil car il constitue le lieu de développement du parasite et le site d exposition de l insecticide. Cette approche quantitative nous permettra d analyser et de comparer, à différents temps après exposition aux stress, l expression des gènes de l hôte (l abeille) et du parasite (N. ceranae). Grâce aux données générées, nous serons à même de mieux comprendre la réponse de l abeille au cours du cycle infectieux de N. ceranae, durant une intoxication chronique au fipronil et lors de la combinaison des deux stress. 15h Kritell Crenn (1 ère année de thèse) Localisation, transfert et impact des cyanotoxines sur les communautés microbiennes aquatiques Les efflorescences de cyanobactéries toxiques représentent une menace grandissante pour les écosystèmes lacustres et leurs différents usages par l Homme. Une meilleure connaissance du devenir de leurs toxines dans les réseaux trophiques est aujourd hui nécessaire. Parmi ces toxines, la microcystine est le plus fréquemment retrouvée en fortes concentrations. En milieu lacustre, le zooplancton est un maillon important dans le transfert de biomasse et d énergie entre les producteurs primaires (dont font partie les cyanobactéries) et les maillons supérieurs du réseau trophique (poissons ). Des études ont montré que certaines espèces de zooplancton peuvent accumuler la microcystine et représenter ainsi un vecteur important de transfert de cette toxine. On ignore toutefois par quels processus majoritaires la microcystine s accumule dans ces organismes : via l ingestion directe de cellules de cyanobactéries, par assimilation de la microcystine dissoute dans l eau, ou encore par transfert via la boucle microbienne. Afin de répondre à cette question, une approche par microcosmes sera envisagée lors de cette thèse, et des mesures de microcystine totale (microcystine libre ou liée à des protéines) dans les différents compartiments de la communauté microbienne seront réalisées.

6 15h50 Marina Dos Santos Goncalves (2 ème année de thèse) Biofilms mixtes : une socièté de dominants et de dominés! Le biofilm est défini comme une communauté microbienne adhérant à une surface biotique ou abiotique et engluée dans une matrice extracellulaire auto-produite. De nombreuses études sont réalisées sur les mécanismes de formation et les interactions au sein de ces agrégats, mais la majorité d entre elles concerne des biofilms mono-espèces. Or, il est admis que les biofilms naturels sont composés de plusieurs espèces microbiennes et que leurs interactions, qu elles soient synergiques ou antagonistes, jouent un rôle important dans le développement, la composition et le fonctionnement des consortia impliqués. L objectif de nos travaux est de reproduire in vitro des biofilms mixtes afin d en analyser les caractéristiques, en utilisant les souches bactériennes suivantes : Staphylococcus epidermidis et Klebsiella pneumoniae, paradigmes respectivement des bactéries à Gram positif et négatif. Une étude cinétique de la formation des biofilms a été réalisée en utilisant une approche optique automatisée: le Biofilm Ring Test. Elle a permis de mettre en évidence l influence directement proportionnelle de la concentration microbienne sur le temps de formation du biofilm. L instabilité observée pour les biofilms formés avec K. pneumoniae est conservée dans les biofilms mixtes. Elle se comporte ainsi comme une espèce dominante, sauf en présence d une concentration élevée en S. epidermidis. Ces résultats ont été confirmés par la détermination quantitative de la biomasse et des observations au microscope électronique à balayage (MEB). La présence d extraits acellulaires de biofilms (composés d éléments de la matrice extracellulaire) de K. pneumoniae retarde l installation du biofilm de S. epidermidis, alors que des extraits de S. epidermidis n ont pas d impact sur la formation de biofilm par K. pneumoniae.la caractérisation de la nature des molécules anti-biofilm impliquées est en cours ; elle permettra de développer des stratégies anti-biofilm protectrices, voire curatives. 16h10 Johan Panek (1 ère année de thèse) Le déclin des abeilles et le parasitisme Le taux actuel d extinction de la biodiversité serait comparable à ceux des dernières extinctions massives. La diminution de la richesse de la diversité spécifique et de la diversité génétique est aussi accompagnée de la dégradation d un grand nombre de services écosystémiques dont la pollinisation par les animaux (i.e. zoogamie). Le parasitisme, qui contribue à la complexification des réseaux trophiques et au transfert d énergie dans un écosystème est un des facteurs incriminés. Dans ce contexte, nous nous intéressons à l interaction entre un insecte pollinisateur, l abeille domestique européenne Apis mellifera et les microsporidies, champignons parasites intracellulaires obligatoires. Deux espèces appartenant à ce groupe de parasites, sont retrouvées chez les abeilles : Nosema apis, qui co-évolue depuis au moins un siècle avec A. mellifera en Europe et Nosema ceranae, initialement parasite de l abeille asiatique Apis cerana et qui aurait récemment colonisé l abeille européenne. Les deux questions à la base de mon sujet de thèse sont: (i) Quels sont les mécanismes moléculaires utilisés par les parasites pour influencer les caractéristiques de leurs hôtes en relation avec leur rôle dans un écosystème? ; (ii) Quels dialogues moléculaires entre les parasites et leurs hôtes peuvent conduire à la diminution de l efficacité d un service écosystémique? Pour apporter des réponses originales, cette thèse vise à décrypter, par une démarche de biologie intégrative les dialogues moléculaires impliqués entre l abeille et des parasites indigènes ou invasifs. Ainsi, l objectif est de comprendre l impact du parasite sur l hôte du niveau moléculaire au niveau écosystémique. La 1 ère étape consiste donc à décrypter le dialogue moléculaire au niveau cellulaire par des approches de type «omique». Pour cela nous avons mis au point un protocole de marquage isotopique (SILAC : Stable Isotope Labelling by Amino acid in cell Culture) à la fois du parasite et de l hôte. Cette approche nous permettra de suivre l évolution de l expression des protéines de l hôte et du parasite au cours du temps. Elle nous permettra également de suivre l expression de protéines parasitaires dans des compartiments de la cellulehôte (noyau, mitochondrie, ), ce qui nous donnera accès à des données originales concernant l interactome hôteparasite et son évolution spatio-temporelle.

7 16h30. Simon Roux (3 ème année de thèse) Contamination des métagénomes viraux : origines et conséquences Les approches métagénomiques (séquençage massif et aléatoire du pool d'adn issu d'un prélèvement d'intérêt) sont particulièrement adaptées à l'étude des communautés virales de l'environnement. En effet, ce type d'approche permet d'éviter l'étape de mise en culture, processus souvent très long et compliqué pour la plupart des virus dont l'hôte n'est pas déjà en culture, et ne nécessite pas de connaissance préalable sur les communautés étudiées. Ces méthodologies ont été appliquées à plusieurs types d'écosystèmes durant la dernière décennie, et il est maintenant possible de réaliser des méta-analyses à partir de ces différents métagénomes viraux (ou viromes). Ainsi, plusieurs études ont mis en évidence une similitude surprenante entre le potentiel fonctionnel des communautés microbiennes et virales lors de la comparaison de métagénomes microbiens et viraux. L'échange de gènes, voir d'opérons entiers, entre les virus et leur hôte est un phénomène connu et documenté, et ces observations pourraient indiquer que les génomes viraux sont en réalité bien plus semblables aux génomes cellulaires en terme de fonctions que ce qui est admis à présent. Toutefois, ces résultats pourraient aussi résulter d'une contamination des viromes par de l'adn bactérien. Deux mécanismes principaux peuvent être à l'origine d'une telle contamination : il peut s'agir d'une contamination directe par de l'adn bactérien n'étant pas éliminé lors des différentes étapes d'extraction de l'adn viral, mais il peut aussi s'agir de GTA (Agent de transfert de gènes), qui sont des structures d'origine bactérienne similaires à une capside virale mais comprenant uniquement de l'adn bactérien.. Afin de tester ces différentes hypothèses, les séquences issues de 67 viromes ont été comparés aux génomes bactériens entièrement séquencés, en prenant en compte les zones d'origine virale au sein des génomes bactériens. Ceci a permis de mettre en évidence plusieurs cas de contamination, dont une partie est vraisemblablement liée à la présence de GTA. Une comparaison des potentiels fonctionnels des microbiomes et viromes non contaminés a ainsi pu être réalisée, et le potentiel fonctionnel des viromes non contaminés a pu être comparé à celui des génomes viraux séquencés