PROPOSITIONS DE THEMES DE MEMOIRES DE FIN D'ETUDES (pour les étudiants qui seront en MA2 en )

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1 du Solbosch CP 165/05 La microflore des éponges, réservoir sous-exploité de molécules bioactives Les éponges, organismes sessiles, produisent de nombreuses molécules comme moyen de défense supposé contre le broutage, les invasions pathogènes, ou dans la compétition interspécifique. Parmi celles-ci, des composés cytotoxiques, antitumoraux, antiviraux, antifongiques, antinématicides ou antibactériens ont été identifiés. L origine microbienne de certains de ces composés a été récemment mise en évidence : ils sont synthétisés non pas par l éponge elle-même, mais par les microorganismes vivant dans ses tissus. Nous travaillons depuis quelques années sur la microflore d éponges marines du Nord Pas-de-Calais, qui est particulièrement active dans la production de composés antibactériens. Une collection de souches bactériennes isolées de ces éponges est disponible au laboratoire, et nous avons caractérisé la capacité de chaque souche à produire des molécules antagonistes contre d autres bactéries d éponges ou contre des souches cliniques. Cependant, les conditions de production n ont pas été optimisées et l identitié des molécules n est pas connue. Le MFE (à définir) aura pour objectif (i) d optimiser la production de molécules antibactériennes par l ajustement des conditions de croissance des souches productrices (labo ESA) (ii) d extraire les molécules à l origine de cette activité (labo Pharmacognosie, Bromatologie et Nutrition humaine). Promoteur, co-promoteur I. George / C. Stévigny (labo de Pharmacognosie, Bromatologie et Nutrition humaine) / Pharmacognosie, Bromatologie et Nutrition humaine igeorge@ulb.ac.be / Caroline.Stevigny@ulb.ac.be Téléphone 02/ , 02/

2 du Solbosch CP 165/05 Dynamique des communautés bactériennes en cas d «invasion» par des bactéries allochtones Les rejets d eaux usées brutes ou traitées apportent en rivière de nombreuses bactéries allochtones, dont des bactéries d origine fécale peu adaptées aux milieux aquatiques naturels. Une étude récente de notre laboratoire sur le bassin de la Zenne (Région bruxelloise) a montré qu en fonction des saisons, les bactéries des rejets d eaux usées «s installaient» pourtant -au moins temporairement- dans la communauté bactérienne de l eau de rivière. Cette dernière s en trouvait profondément modifiée en termes de structure (nombre d espèces et d abondance relative des différentes espèces). Nous cherchons aujourd hui à 1) comprendre quels paramètres (a)biotiques (température, concentration en matière organique, aptitude compétitive des bactéries allochtones versus autochtones pour les nutriments ) modulent le succès de cette invasion 2) évaluer si les bactéries allochtones participent à la fonction de la communauté (dégradation de la matière organique) et 3) prédire le succès d installation de ces bactéries allochtones dans la communauté de rivière et 4) évaluer le rôle des prédateurs (protozoaires) dans le succès de l invasion. Dans cet objectif, des bactéries d eaux usées et de rivière seront collectées in situ et leur physiologie caractérisée. Les expériences consisteront à suivre la dynamique de communautés d eau de rivière auxquelles ont été ajoutées des bactéries d eaux usées. L évolution de l abondance finale de bactéries invasives (mesure du succès de l invasion), de la biomasse bactérienne totale (proxy de la dégradation de la matière organique) et de la structure des communautés (analyse de la diversité des gènes codant pour l ARNr16S) sera suivie. De telles expériences seront répétées en présence des facteurs de stress (température plus basse, concentration moindre en nutriments). La même approche expérimentale pourrait être appliquée à l invasion des communautés microbiennes colonisant les filtres granulaires utilisés en traitement de l eau par des bactéries capables de dégrader des pesticides (expériences de bioaugmentation). Promoteur, co-promoteur I. George, P.Servais Co-encadrante : L. Goetghebuer igeorge@ulb.ac.be Téléphone

3 du Solbosch CP 165/05 Prédiction de la dynamique des communautés microbiennes sur base des interactions entre ses membres Depuis 25 ans, l utilisation d outils moléculaires pour étudier la diversité microbienne a révélé que les communautés microbiennes des milieux naturels sont extrêmement diversifiées. Une telle diversité reste difficile à expliquer, car les relations entre les membres de ces communautés sont le plus souvent mal caractérisées, voire totalement inconnues. L étude des interactions entre microorganismes constitue de fait l une des dernières grandes frontières exploratoires de l écologie microbienne. On pense aujourd hui qu il existe un parallèle entre les communautés microbiennes et les sociétés animales (y compris humaines): les microorganismes développent des interactions «sociales», et sont souvent engagés dans des relations de compétition ou coopération. Une bonne compréhension de ces interactions permettrait d optimiser les consortia microbiens pour une large palette d applications (ex : consortia pour la bioremédiation, l épuration, la production de métabolites microbiens, consortia probiotiques efficaces pour restaurer la microflore intestinale etc.) L objectif du MFE est d étudier et de quantifier, dans des communautés simples (communauté d eau de rivière, de tissu d éponge, ) et en conditions contrôlées, différents types d interactions interspécifiques chez les bactéries. Les expériences consisteront d abord à caractériser la dynamique de croissance des différentes espèces de la communauté en cultures pures en présence de différentes sources de carbone. Ensuite, les espèces seront inoculées ensemble (2 à 2) dans les différents milieux et la fréquence de relations compétitives (-/-) sera mesurée. Celle-ci sera comparée aux prévisions d issue de la compétition interspécifique basées sur les paramètres de croissance des souches individuelles (modèle Lotka-Volterra). D autres interactions (commensales (+/0), coopératives (+/+) ou neutres (0/0)) seront également recherchées. L objectif sera de répondre aux questions suivantes : 1) la structure des communautés reflètet-elle principalement l issue d une compétition interspécifique, issue qui était théoriquement prévisible? 2) D autres types d interactions sont-elle également fréquentes? Toutes ces interactions sont-elle fonction de la source de C (quantité mais surtout qualité)? Ces interactions sont-elles modulées par l appartenance initiale des bactéries à une même communauté (planctonique, biofilm )? Les résultats seront comparés aux données de la litérature sur les interactions au sein d autres communautés «modèles» (comme celle du tube digestif humain), afin d en dégager des principes unificateurs qui sous-tendent la structuration des communautés à l échelle microscopique. Promoteur, co-promoteur I. George, K. Faust (KULeuven) Co-encadrante : L. Goetghebuer igeorge@ulb.ac.be Téléphone 02/

4 du Solbosch CP 165/05 Antibiorésistance des communautés bactériennes des rivières Durant leur transit dans le tube digestif des humains et animaux traités aux antibiotiques, les bactéries fécales peuvent acquérir une certaine résistance aux antibiotiques. Lorsque ces bactéries entériques sont rejetées dans le milieu aquatique naturel, elles y constituent une réserve de gènes d antibiorésistance. Les bactéries autochtones des milieux naturels peuvent y acquérir une forme d antibiorésistance par échange de matériel génétique avec les bactéries fécales. Dans les rivières, les différents rejets (urbains et agricoles), contaminés en antibiotiques et en métaux lourds ont de plus créé une pression de sélection sur les bactéries de l environnement menant à la résistance de certaines de celles-ci aux antibiotiques et métaux lourds. La quantification et l identification phylogénétique des bactéries résistantes aux antibiotiques ainsi que l établissement de leur pattern de résistance à l échelle d un bassin versant permettraient de d évaluer l impact des rejets urbains sur la résistance aux antibiotiques. Des mesures d échanges de gènes de résistance entre les communautés bactériennes autochtones et allochtones pourraient permettre d évaluer les risques de dissémination de la résistance liée aux possibles transferts génétiques. Promoteur, co-promoteur Prof P.Servais pservais@ulb.ac.be Téléphone 5995

5 du Solbosch CP 165/05 Etude de la production de propionate de diméthyle sulfonium (DMSP) et de diméthylsulfoxyde (DMSO) par les organismes phytoplanctoniques et de leur conversion en sulfure de diméthyle (DMS) Le DMS est un gaz climatique impliqué dans la production d aérosols affectant le climat global. Les océans en sont la principale source naturelle car son précurseur, le propionate de diméthyle sulfonium (DMSP), est produit par certaines espèces de phytoplancton et de macroalgues. Toutefois, la production du DMSP, comme celle de diméthylsulfoxyde (DMSO), varie d une espèce phytoplanctonique à l autre mais également en fonction des conditions environnementales (salinité, lumière, température). La concentration en DMS dissous dans l eau résulte ensuite de l effet combiné des processus de production et de transformation du DMSP. Le DMSP est libéré par les cellules phytoplanctoniques lors de la lyse cellulaire ou lors du broutage par le zooplancton et est transformé par la suite en DMS par les enzymes phytoplanctoniques et bactériennes. Toutefois, l importance de cette transformation varie en fonction des communautés bactériennes et phytoplanctoniques présentes dans le milieu, car toutes ne possèdent pas des enzymes DMSP-lyases. De manière similaire, le DMSO peut être converti en DMS par des enzymes DMSO-réductases présentes chez différents groupes phytoplanctoniques. Les émissions de DMS par les océans dépendent donc de l importance des mécanismes de production du DMSP et du DMSO et de leur transformation en DMS, eux-mêmes fonction de la structure de l écosystème (et des espèces phytoplanctoniques et bactériennes présentes) et des contraintes environnementales (salinité, température, lumière et nutriments). Sujet 1 : Etude de la production de DMSP et de DMSO par différentes espèces phytoplanctoniques soumises à des intensités lumineuses variables. Ces mesures seront effectuées sur des cultures phytoplanctoniques monospécifiques en conditions contrôlées de laboratoire. Sujet 2 : Etude de l abondance des gènes candidats phytoplanctoniques impliqués dans la production et la transformation du DMSP par qpcr. Ces mesures seront effectuées sur des cultures phytoplanctoniques monospécifiques en conditions contrôlées de laboratoire. Sujet 3 : Caractérisation de la diversité phytoplanctonique et bactérienne et des couples phytoplancton-bactéries présents en Mer du Nord suite à la production de DMS(P) jouant le rôle de molécule «clé» entre les deux organismes. Ces différents sujets peuvent intégrer une partie d échantillonnage sur le terrain (Mer du

6 Nord) et le développement ou l utilisation de modèle mathématique. Promoteur, co-promoteur Nathalie Gypens (+ I. George pour Sujet 3) Co-encadrant : C. Royer ngypens@ulb.ac.be Téléphone 5990

7 du Solbosch CP 165/05 Modélisation écologique et biogéochimique du lac Kivu Les grands lacs Africains, comme le lac Kivu, sont généralement caractérisés par une productivité élevée (permettant des activités de pêches importantes pour les populations locales) et peuvent potentiellement jouer un rôle important dans le cycle du carbone et les émissions atmosphériques de CO2. Cependant, les activités anthropiques, y compris les changements climatiques, peuvent avoir des effets importants sur la production primaire de ces lacs et modifier le transfert de carbone vers les niveaux trophiques supérieurs ainsi que leur rôle dans le cycle du carbone global. Pour pouvoir prédire l'ampleur de ces changements, une meilleure compréhension du fonctionnement de l'écosystème est nécessaire. Dans ce cadre, l objectif de ce MFE sera de développer un modèle écologique biogéochimique 1D du lac Kivu, et le calibrer/valider avec une base de données existante. Promoteur, co-promoteur Nathalie Gypens, Alberto Borges (ULg) ngypens@ulb.ac.be Téléphone 5990