Literatura académica sobre el tema "Bactéries marines – Métabolisme"

Depuis sa découverte, les études concernant la protéorhodopsine sont de plus en plus nombreuses. L’hypothèse qu’elle apporte des avantages dans des conditions pauvres en nutriments aux procaryotes contenant la protéorhodopsine par rapport aux hétérotrophes stricts a été explorée à plusieurs reprises et paraît être la plus probable. Dans ces travaux de thèse, nous contribuons à augmenter les connaissances son rôle dans l’efficacité d’utilisation du carbone organique disponible en utilisant une Gammaprotéobactérie contenant la protéorhodopsine en présence et en absence de lumière. La culture continue a été utilisée afin de s’approcher au mieux des conditions environnementales. Les rendements et la maintenance énergétique ont été déterminés en suivant le modèle de Pirt (1965) dans des conditions de pH acide ou sans stress par le pH. Ce travail a permis de montrer que la maintenance énergétique à l’obscurité était beaucoup plus élevée dans les conditions de stress. Cependant, lorsque la population bactérienne était exposée en cycle lumière-obscurité, l’énergie nécessaire à son maintien était significativement diminuée tout au long du cycle. Bien que le rendement soit plus important avec un pH plus optimal, l’exposition en cycle lumière-obscurité n’apportait pas les avantages observés dans les conditions de stress par le pH. Donc, il semblerait que la réponse à la lumière de P. Angustum S14 soit plus liée à la balance énergétique qu’à la concentration de substrat. Ces résultats innovants ont permis de soulever une hypothèse quant aux raisons pour lesquelles de nombreuses études n’ont pas vu d’effet positif de la lumière sur la croissance et le rendement des souches étudiées
Since its discovery more than 10 years ago, there are more and more studies about proteorhodopsin. This protein seems to be significant in marine ecology considering its large global distribution among many bacterial taxa; but its role remains controversial. Although light response from proteorhodopsin-containing prokaryotes (PCPs) seems to be strain-dependent, it has been hypothesized that the main function of proteorhodopsin was to provide an advantage to PCPs during starvation conditions. In this work, we investigated the increase knowledge about the role of proteorhodopsin regarding the organic carbon utilization efficiency measured in the proteorhodopsin-containing Gammaproteobacterium (Photobacterium angustum S14) in the light compared to the dark. Carbon-limited continuous cultures have been used to mimic environmental conditions. Yields and energetic maintenance were determined according to Pirt’s model (1965) with acid pH or without supplementary pH-stress. We observed highest energetic maintenance in the dark under pH stress condition. However, when light-dark cycles were used, the energy required for bacterial maintenance was significantly decreased during all the run and nearly in the range without pH stress. Taking together, it seems that the response of P. Angustum S14 to light is more linked to the energetic balance than substrate concentration. The innovative results indicate a possible reason why many studies did not observe positive effects on bacterial growth and yield. In addition, PCP sequencing was performed to confirm these conclusions at a more large taxa scale

La laminarine est le polysaccharide de stockage des algues brunes. Récemment, Ectocarpus siliculosus a été développée comme modèle génétique et génomique des algues brunes. L’analyse de son génome a mis en évidence des gènes candidats impliqués dans le métabolisme central de la laminarine. Afin de réaliser des études fonctionnelles, une stratégie de clonage en moyen débit a été appliquée sur ces différents gènes. Les algues brunes étant une biomasse importante, la laminarine est une source de carbone considérable pour les bactéries marines hétérotrophes. La bactérie marine Zobellia galactanivorans devient actuellement un modèle pour la bioconversion des polysaccharides d’algues. L’annotation de son génome a révélé la présence de 5 laminarinases putatives présentant des architectures modulaires variées. L‘expression hétérologue et la purification des modules catalytiques ZgLamAGH16, ZgLamCGH16, ainsi que celle du CBM6 associé à ZgLamCGH16, ont permis leur caractérisation biochimique. Des mutants inactifs des modules catalytiques ont été obtenus par mutagénèse dirigée, permettant l’obtention de complexes enzymes-substrats. C’est ainsi que la structure 3D de ZgLamAGH16 contient des oligosaccharides de substrats naturels tandis que celle de ZglamCGH16 a été obtenue en complexe avec un thio-hexasaccharide de β-1,3-glucane. L’obtention de la structure de ZgLamCCBM6 associée à des expériences de microcalorimétrie suggère que ce CBM6 peut fixer la laminarine dans ses deux sites de fixation simultanément. L’ensemble de ces résultats sont discutés et intégrés dans un contexte biologique et évolutif
Laminarin is a storage polysaccharide found in brown algae. Ectocarpus siliculosus has been recently established as a genetic and genomic model for brown algae. The analysis of its genome sequence revealed some candidate genes involved in the central metabolism of laminarin. In order to go onto functional studies, I have applied a medium throughput cloning strategy on these genes. Brown algae being an important coastal biomass, laminarin is also a significant carbon source for marine heterotrophic bacteria. The marine bacterium Zobellia galactanivorans is currently being established as a model bacterium for the bioconversion of algal polysaccharides. Its genome sequence encodes 5 putative laminarinases displaying various modular architectures. The heterologous expression and the purification of the catalytic modules ZgLamAGH16, ZgLamCGH16 and those of the carbohydrate-binding module CBM6 appended to ZgLamCCBM6, have enabled their biochemical characterization. Inactive mutants of the catalytic modules were obtained by site directed mutagenesis. They were used to generate enzyme-substrate complexes. The 3D-structure of ZgLamAGH16 was solved by X-ray crystallography, and oligoglucans of natural substrates were present in the catalytic site. ZgLamCGH16 was obtained in complex with a thio-hexasaccharide of β-1,3-glucan. The ZgLamCCBM6 structure associated with microcalorimetry experiments suggests that this CBM6 can bind laminarin simultaneously in its two binding clefts. The whole results are discussed and integrated in a biologic and evolutive context

Le fer (Fe) est un élément essentiel de la croissance microbienne marine, mais est présent sous forme de trace dans les eaux de surface des océans. Chez les bactéries hétérotrophes, la limitation en Fe affecte particulièrement la production d'ATP et il a été démontré que les bactéries appliquent diverses stratégies pour faire face à la présence de limitation en Fe. Les outils génétiques nous ont permis de tester deux stratégies potentielles au sein de l'organisme modèle Photobacterium angustum S14. Le shunt glyoxylique, une voie métabolique trouvée dans les bactéries aérobies contournant plusieurs étapes de TCA, s’est révélée être régulée à la hausse sous une limitation en Fe et nous proposons que la dérivation du shunt glyoxylique réoriente le métabolisme cellulaire de la chaîne de transport d’électrons, augmentant de ce fait l'efficacité métabolique de la cellule soumise à la limitation en Fe. La protéorhodopsine, une pompe à protons activée par la lumière trouvée dans plusieurs bactéries hétérotrophes, peut atténuer le stress lié au Fe si le gradient de proton produit est couplé à l'ATP synthase. Nos résultats ont montré que la protéorhodopsine augmentait à mesure que les cellules approchaient de la phase stationnaire dans des conditions à la fois remplies de Fe et limitant en Fe, mais étaient absentes pendant la phase exponentielle. Les travaux futurs visant à élucider le rôle de la protéorhodopsine, et en particulier en ce qui concerne la limitation du Fe, devraient donc être axés sur la phase stationnaire d'une cellule bactérienne. Les résultats de ce manuscrit de thèse ont contribué à la littérature actuelle sur la polyvalence des bactéries marines hétérotrophes pour faire face à la limitation en Fe et le rôle de la protéorhodopsine et du shunt glyoxylique dans l'environnement marin
Iron (Fe) is an essential element for marine microbial growth but is present in trace amounts in the surface waters of the ocean. In heterotrophic bacteria, Fe-limitation particularly impacts ATP production and have been shown to implement various strategies to cope in the presence of Fe-limitation. Genetic tools enabled us to test two potential strategies within the model organism Photobacterium angustum S14. The glyoxylate shunt, a metabolic pathway found in aerobic bacteria bypassing several steps within the classic tricarboxylic acid (TCA) was shown to be upregulated under Fe-limitation and we propose that the glyoxylate shunt was able to redirect a cell’s metabolism away from Fe-limiting steps within the electron transport, thereby increasing the metabolic efficiency of the cell under Fe-limitation. Proteorhodopsin, a light activated proton pump found in several heterotrophic bacteria, could alleviate Fe-stress if the produced proton gradient is coupled to ATP synthase. Our results showed that proteorhodopsin is upregulated as cells approached the stationary phase under both Fe-replete and Fe-limiting conditions but was absent during the exponential phase. Future work in elucidating the role of proteorhodopsin, and particularly under Fe-limitation, should therefore focus on the stationary phase of a bacterial cell. The results from this thesis manuscript contributed to a culminating body of work surrounding the versatility of marine heterotrophic bacteria in coping with Fe-limitation and is an appropriate addition to the literature surrounding the role of proteorhodopsin and the glyoxylate shunt within the marine environment

Dans le milieu marin, les émissions biogéniques de composés iodées jouent un rôle essentiel dans le cycle biogéochimique de l’iode. Cependant les processus enzymatiques responsables de l'absorption, du stockage ou de la synthèse de métabolites iodés restent mal connus chez les chez les organismes marins, et plus encore chez les bactéries. Plusieurs gènes, potentiellement impliqués dans le métabolisme de l’iode, ont été identifiés dans le génome de la bactérie marine, Zobellia galactanivorans, dont celui codant une iodoperoxydase à vanadium (VIPO), enzyme spécifique de l'oxydation des iodures. La partie principale du projet de thèse a consisté à comprendre les mécanismes moléculaires contrôlant la spécificité pour certains halogénures des haloperoxydases à vanadium, en étudiant la VIPO de Z. galactanivorans par des approches de mutagénèse dirigée et de biologie structurale. Les douze enzymes mutantes produites et caractérisées au niveau biochimique montrent soit une perte d’activité, soit des modifications de leurs propriétés catalytiques, soit encore une faible activité bromoperoxydase. Les enzymes sauvage et mutantes ont également été étudiées par diffraction et absorption des rayons X, afin de relier les modifications structurales à leurs propriétés catalytiques. Les résultats suggèrent que le principal facteur modulant la spécificité chez ces enzymes est le potentiel d’oxydoréduction de l’intermédiaire réactionnel, le peroxovanadate. Des analyses biochimiques ont aussi été entreprises pour deux autres protéines identifiées sur le génome de Z. galactanivorans. La première protéine s’est révélée être une seconde VIPO. Pour la deuxième protéine, similaire à une iodotyrosine déiodinase, l’activité biochimique reste encore à être caractérisée. Z. galactanivorans posséderait plusieurs enzymes pouvant oxyder l’iodure, ainsi qu’une permettant de cliver les liaisons C-I. En parallèle à ce travail, la localisation et la spéciation de l’iode ont été étudiées par imagerie chimique chez Z. galactanivorans et chez l’algue brune, Laminaria digitata, connue pour ses fortes teneurs en iode. Les résultats de ce travail apportent un nouvel éclairage sur les mécanismes contrôlant la spécificité des haloperoxydases à vanadium envers les halogénures, et également sur l’origine bactérienne de cette famille d’enzymes. Plus globalement, ces études permettent de mieux appréhender le rôle du métabolisme de l’iode chez certaines bactéries marines et leurs importances dans le cycle biogéochimique de l’iode
In marine environment, biogenic emissions of iodinated compounds play an essential role in biogeochemical cycle of iodine. Nevertheless, enzymatic process involved in absorption and storage of iodine or in the synthesis of iodinated compounds are unknown marine organisms, especially in bacteria. Several genes, potentially involved in iodine metabolism, have been identified in the genome of a marine bacterium, Zobellia galactanivorans. One of these genes codes for a vanadium iodoperoxydase (VIPO), an enzyme specific of iodide oxidation. The main part of the thesis project was to understand molecular mechanisms controlling the specificity vanadium halopéroxydase (VHPO) for some halide, by studying the VIPO from Z. galactanivorans by directed mutagenesis and structural biology. To lead this project, twelve mutated enzymes were produced and characterized at biochemical level. For some of them, mutations lead to a loss of activity or to modification of catalytic properties or to a slight VBPO activity. The wild type enzyme and three mutants were also analyzed by X ray absorption and diffraction spectroscopy in order to link the structural modifications to their catalytic properties. The results of this study suggest that the main factor modulating the specificity in these enzymes is modification of redox potential of the peroxovanadate. Biochemical analyses lead with two other proteins identified in the genome of Z. galactanivorans. The first protein was characterized as a new VIPO. For the second protein, similar to mammal iodotyrosine deiodinase, the biochemical activity remains to be characterized. Z. galactanivorans seems to have several enzymes which oxidize iodide or split C-I bond. In parallel at this work, the localization and speciation of iodine were analyzed by chemical imaging in Z. galactanivorans and in the kelp L. digitata, known to concentrate highly iodide. All this information allow to a better understanding of molecular mechanisms involved in the specificity for halide in VHPO and the bacterial origin of these proteins. More generally, these studies assess to understand the role of iodine metabolism in some marine bacteria and there role in biogeochemical cycle of this element

Dans le milieu marin, les émissions biogéniques de composés iodées jouent un rôle essentiel dans le cycle biogéochimique de l'iode. Cependant les processus enzymatiques responsables de l'absorption, du stockage ou de la synthèse de métabolites iodés restent mal connus chez les chez les organismes marins, et plus encore chez les bactéries. Plusieurs gènes, potentiellement impliqués dans le métabolisme de l'iode, ont été identifiés dans le génome de la bactérie marine, Zobellia galactanivorans, dont celui codant une iodoperoxydase à vanadium (VIPO), enzyme spécifique de l'oxydation des iodures. La partie principale du projet de thèse a consisté à comprendre les mécanismes moléculaires contrôlant la spécificité pour certains halogénures des haloperoxydases à vanadium, en étudiant la VIPO de Z. galactanivorans par des approches de mutagénèse dirigée et de biologie structurale. Les douze enzymes mutantes produites et caractérisées au niveau biochimique montrent soit une perte d'activité, soit des modifications de leurs propriétés catalytiques, soit encore une faible activité bromoperoxydase. Les enzymes sauvage et mutantes ont également été étudiées par diffraction et absorption des rayons X, afin de relier les modifications structurales à leurs propriétés catalytiques. Les résultats suggèrent que le principal facteur modulant la spécificité chez ces enzymes est le potentiel d'oxydoréduction de l'intermédiaire réactionnel, le peroxovanadate. Des analyses biochimiques ont aussi été entreprises pour deux autres protéines identifiées sur le génome de Z. galactanivorans. La première protéine s'est révélée être une seconde VIPO. Pour la deuxième protéine, similaire à une iodotyrosine déiodinase, l'activité biochimique reste encore à être caractérisée. Z. galactanivorans posséderait plusieurs enzymes pouvant oxyder l'iodure, ainsi qu'une permettant de cliver les liaisons C-I. En parallèle à ce travail, la localisation et la spéciation de l'iode ont été étudiées par imagerie chimique chez Z. galactanivorans et chez l'algue brune, Laminaria digitata, connue pour ses fortes teneurs en iode. Les résultats de ce travail apportent un nouvel éclairage sur les mécanismes contrôlant la spécificité des haloperoxydases à vanadium envers les halogénures, et également sur l'origine bactérienne de cette famille d'enzymes. Plus globalement, ces études permettent de mieux appréhender le rôle du métabolisme de l'iode chez certaines bactéries marines et leurs importances dans le cycle biogéochimique de l'iode.

Les oligoéléments tels que le fer, le manganèse, le nickel et le cuivre jouent un rôle essentiel dans la croissance et le métabolisme des microorganismes procaryotes et eucaryotes phototrophes et non phototrophes dans l'océan, et influencent ainsi le cycle biogéochimique des principaux éléments. Alors que l'impact de la limitation en Fe sur les microorganismes phototrophes (phytoplancton) a été largement étudié, les liens entre les micronutriments et les procaryotes hétérotrophes restent jusqu'à présent peu étudiés. Cette thèse étudie le potentiel métabolique des microbes marins taxonomiquement diversifiés pour acquérir des métaux traces en utilisant une approche métagénomique et donne ainsi un aperçu de la contribution des taxons procaryotes au cycle des éléments mineurs et majeurs à des échelles temporelles et spatiales dans l'Océan Austral.L'objectif du chapitre 1 est d'étudier la stratégie des procaryotes pour acquérir différentes formes chimiques de Fe au cours de la saison. Sur la base d'échantillons obtenus par un échantillonneur autonome à distance, des observations métagénomiques saisonnières à haute résolution dans la région naturellement fertilisée en Fe au large des 'îles Kerguelen sont présentées. La dynamique saisonnière suggère un découplage temporel des besoins des procaryotes en Fe et en carbone organique pendant l'efflorescence printanière du phytoplancton et un accès concerté à ces ressources en fin d'été. Les stratégies écologiques donnent un aperçu de la manière dont le Fe pourrait façonner la composition de la communauté microbienne, avec des implications potentielles sur la transformation de la matière organique dans l'océan Austral.La question de savoir comment la disponibilité des métaux traces sélectionne les taxons procaryotes et les rétroactions potentielles des processus microbiens sur la distribution des métaux traces dans l'océan est abordée dans le chapitre 2. Les liens réciproques potentiels entre divers taxons procaryotes et Fe, Mn, Cu, Ni ainsi que l'utilisation apparente de l'oxygène (AOU) dans 12 masses d'eau bien définies du sud de l'océan Indien (SWINGS - South West Indian Ocean GEOTRACES GS02 Section cruise) ont été étudiés. L'analyse ‘Partial Least Square Regression' (PLSR) révèle que les masses d'eau sont associées à des vecteurs latents particuliers qui sont une combinaison de la distribution spatiale des taxons procaryotes, des éléments traces et de l'AOU. Cette approche fournit de nouvelles informations sur les interactions potentielles entre les taxons procaryotes et les métaux traces en relation avec la reminéralisation de la matière organique dans des masses d'eau distinctes de l'océan.Dans le chapitre 3, les gènes liés au transport des métaux-traces par les communautés procaryotes habitant les différentes masses d'eau échantillonnées au cours de la campagne SWINGS ont été étudiés. Ces résultats couvrent 42 échantillons prélevés de la surface jusqu'à la profondeur à 13 stations dans la zone subtropicale, subantarctique, frontale polaire et antarctique. L'abondance des gènes associés au transport du Fe, du Mn, du Ni et du Cu dans les fractions libres (<0,8 µm) et attachées aux particules (>0,8 µm) a été déterminée à la fois au niveau de la communauté et dans les ‘metagenome assembled genomes' (MAG). Les résultats révèlent des différences dans l'abondance normalisée (GPM) en fonction de la localisation géographique dans les eaux de surface et entre les masses d'eau en profondeur. Ces dernières étaient particulièrement prononcées pour les transporteurs de sidérophores, Mn, Ni et Cu. Chaque masse d'eau contenait un ensemble distinct de MAG abondants et ceux-ci se sont révélés différents dans leurs répertoires de transporteurs de métaux traces. Ces observations suggèrent que les métaux traces étudiés ici pourraient jouer des rôles distincts dans le métabolisme microbien dans différentes masses d'eau, avec des rétroactions potentielles sur leur cycle dans l'océan
Trace metals such as iron (Fe), manganese (Mn), nickel (Ni), and copper (Cu) play critical roles for the growth and metabolism of phototrophic and non-phototrophic prokaryotic and eukaryotic microorganisms in the ocean, and thereby influence the biogeochemical cycling of major elements. While the impact of Fe limitation on phototrophic microorganisms (phytoplankton) has been extensively investigated, the links between micronutrients and heterotrophic prokaryotes remains thus far poorly studied. This thesis investigates the metabolic potential of taxonomically diverse marine microbes to acquire trace metals using a metagenomics approach and thereby provides insights into the contribution of prokaryotic taxa to the cycling of minor and major elements on temporal and spatial scales in the Southern Ocean.The objective of Chapter 1 is to study the strategy of microbes to acquire different chemical forms of Fe under seasonally changing organic carbon requirements. Based on samples obtained by a remote autonomous sampler, high-resolution seasonal metagenomics observations from the naturally Fe-fertilized region off Kerguelen Island are presented. The results show pronounced, but distinct seasonal patterns in the abundance of genes implicated in the transport of different forms of Fe and organic substrates, of siderophore biosynthesis and carbohydrate active enzymes. The seasonal dynamics suggest a temporal decoupling in the prokaryotic requirements of Fe and organic carbon during the spring phytoplankton bloom and a concerted access to these resources after the summer bloom. Taxonomic assignments revealed differences in the prokaryotic groups harboring genes of a given Fe-related category and pronounced seasonal successions were observed. The ecological strategies provide insights on how Fe could shape microbial community composition with potential implications on organic matter transformations in the Southern Ocean.The question of how the availability of trace metals selects for prokaryotic taxa and the potential feedbacks of microbial processes on the trace metal distribution in the ocean is addressed in Chapter 2. The potential reciprocal links between diverse prokaryotic taxa and Fe, Mn, Cu, Ni as well as apparent oxygen utilization (AOU) across 12 well-defined water masses in the Southern Indian Ocean (SWINGS- South West Indian Ocean GEOTRACES GS02 Section cruise) was investigated. Partial Least Square Regression (PLSR) analysis reveals that the water masses are associated with particular latent vectors that are a combination of the spatial distribution of prokaryotic taxa, trace elements and AOU. This approach provides novel insights on the potential interactions between prokaryotic taxa and trace metals in relation to organic matter remineralization in distinct water masses of the ocean.In Chapter 3, genes related to trace-metal transport by the prokaryotic communities inhabiting the distinct water masses sampled during the SWINGS cruise were investigated. These results cover 42 samples collected from surface to depth at 13 stations in the Subtropical, Subantarctic, Polar Frontal and Antarctic zones. The abundance of genes associated with the transport of Fe, Mn, Ni and Cu in the free-living (<0.8 µm) and particle-attached fractions (>0.8 µm) were determined both at the community level as well as in metagenome assembled genomes (MAGs). The results reveal differences in the normalized abundance of these genes (GPM) depending on geographic location in surface waters, and among water masses at depth. These latter were particularly pronounced for transporters of siderophores, Mn, Ni and Cu. Each water mass contained a distinct set of abundant MAGs and these were found to differ in their repertoires of trace metal transporters. These observations suggest that the trace metals considered here could play distinct roles in microbial metabolism in different water masses, with potential feedbacks on their cycling in the ocean

La matière organique dissoute (MOD) est l'un des plus grands réservoirs de carbone réduit sur terre, contenant à peu près la même quantité de carbone que le CO2 dans l'atmosphère. Les procaryotes hétérotrophes (PH, bactéries et archées) jouent un rôle clé dans le cycle de la MOD dans l'océan. Ils transforment environ la moitié du carbone fixé par les producteurs primaires pour produire de la biomasse et du CO2. Cependant, le rôle des PH en tant que source de MOD a reçu moins d'attention. Selon la pompe microbienne de carbone (PMC), les PH produisent de la MOD récalcitrante, c'est-à-dire des composés qui résistent à une reminéralisation et sont donc stockés dans l'océan pour des milliers d'années. Dans les systèmes oligotrophes, tels que la mer Méditerranée, la PMC devrait jouer un rôle majeur dans le piégeage du carbone. Les raisons ultimes de la production de cette MOD et les conditions qui la rendent réfractaire ne sont pas encore claires. Nous visant à comprendre les facteurs régissant la PMC, avec un accent particulier sur la dynamique de la MOD en Méd., un écosystème oligotrophe particulièrement limité en phosphore et très vulnérable au changement climatique. Nous répondons surtout à 3 questions : quel est l’effet de la limitation en P sur la quantité et la qualité de la MOD dérivée des PH (MOD-PH? La limitation en P affecte-t-elle la biodisponibilité de MOD-PH? Quelles sont les variations saisonnières de la composition et la biodisponibilité de la MOD en Méd. et quel est le rôle des PH dans cette variabilité ? Pour la 1ère question, des incubations ont été menées en utilisant des souches bactériennes seules et des communautés PH mixtes. Elles ont été réalisées dans de l'eau de mer artificielle avec une seule source de carbone (glucose) sous des concentrations de P contrastées, et la MOD-PH a été quantifiée et caractérisée à la phase de croissance stationnaire. Nous avons montré que la limitation en P n'affectait pas la quantité de la MOD-HP mais plutôt sa qualité, mesurée par spectroscopie de fluorescence (MODF), avec une prédominance de MODF de type humique sous limitation en P de et MODF de type protéique en absence de limitation. Cette MOD a ensuite été utilisée comme substrat pour des procaryotes naturels afin de tester sa biodisponibilité. On a observé que MOD-PH a favorisé une croissance significative dans tous les traitements, et aucune différence claire dans la labilité de la MOD-PH n'a été démontré à partir de la croissance des procaryotes. Mais les différentes qualités de MOD-PH ont sélectionné pour différents taxons indicateurs. Nos résultats soulignent que la labilité de la MOD dépend à la fois de sa qualité, déterminée par la disponibilité du P, et de la composition de la communauté. Pour voir si résultats observés en laboratoire pouvaient être traduits en observations sur le terrain, un échantillonnage a été conduit en Méd. de 2019 à 2021 pour suivre les changements temporels de la composition de la MOD, mesurée par spectrométrie de masse à résonance cyclotronique ionique à transformée de Fourier (FT-ICR MS) avec d'autres descripteurs de la MOD, des mesures microbiennes et environnementales. On a postulé que la qualité de la MOD de surface en Méd. passe de labiles à réfractaires pendant la période d'accumulation en été, et que les PH jouent un rôle majeur dans sa formation. Les indices de récalcitrance de la MOD ont augmenté en été, confirmant notre hypothèse. L’augmentation de diversité fonctionnelle chimique de la MOD suggère que la MOD résulte de l'interaction entre différents processus: la production primaire dissoute, l’activité des PH et la photodégradation qui diversifient la MOD la rendant récalcitrants. Dans l'ensemble, cette thèse rassemble des observations expérimentales et in situ de paramètres biogéochimiques et microbiens pour comprendre le rôle de la pompe à carbone microbienne dans le cycle de la MOD dans l'océan
Dissolved organic matter (DOM) is one of the largest reservoirs of reduced carbon on earth, containing roughly the same amount of carbon as CO2 in the atmosphere. Heterotrophic prokaryotes (HP, Bacteria and Archaea) play a key role in DOM cycling in the ocean. They process about half of the carbon fixed by primary producers, either to produce biomass or CO2. However, less attention has been paid to the role of HP as DOM source. The so-called microbial carbon pump (MCP) states that HP produce recalcitrant DOM, this is, compounds that resist further remineralization and are thus stored in the ocean for thousands of years. In oligotrophic ecosystems, such as the Mediterranean Sea, the MCP is predicted to play a major role in carbon sequestration. The ultimate reasons why this DOM is produced, and which are the conditions that make it refractory, remain unclear. Our objective is to understand the environmental factors driving the MCP, with a particular focus on DOM dynamics in Med Sea, an oligotrophic ecosystem particularly limited in phosphorus and highly vulnerable to climate change. We mainly answer 3 questions: Is the quantity and quality of HP-derived DOM (HP-DOM) dependent on P limitation? Does P limitation affect the bioavailability of HP-DOM?. How does DOM composition and bioavailability change seasonally in the Med Sea and what is the role of HP on this variability?To determine the effect of P limitation on HP-DOM, lab incubations were carried out using single bacterial strains and mixed HP communities. Incubations were done in artificial sea water with a single carbon source (glucose) under contrasting P concentrations, and HP-DOM was quantified and characterized at the stationary growth phase. Here, we showed that P limitation did not significantly affect the quantity of HP-DOM but it affected its quality, measured by fluorescence spectroscopy (FDOM), with a predominance of humic-like FDOM under P limitation but protein-like FDOM under P repletion. This HP-DOM was then used as a substrate for natural prokaryotes to test the bioavailability of the HP-DOM released under P repletion or P limitation (chapter II). These experiments demonstrated that HP-DOM promoted significant growth in all treatments, and no clear differences in HP-DOM lability were evidenced based on the prokaryotic growth. But HP-DOM supported the growth of diverse communities and P-driven differences in HP-DOM quality selected for different indicator taxa. Our findings emphasize that HP-DOM lability is dependent on both DOM quality, shaped by P availability, and the composition of the consumers community. To see if HP-DOM release patterns observed in the lab could be translated into field observations, sampling in the Med Sea was carried from 2019 to 2021 to follow temporal changes in DOM composition, measured by Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR MS) together with other DOM descriptors (DOC, FDOM, etc.), microbial and environmental measures. We hypothesized that DOM composition in the surface Med Sea changes from labile to refractory compounds during the summer accumulation period, and that HP might play a significant role in its formation. DOM recalcitrance proxies (aromaticity, unsaturation and molecular size) increased in summer; confirming our hypothesis of an increase in DOM recalcitrance in the mixed layer during stratification. DOM molecular and chemical functional diversity also increased, suggesting that the accumulated DOM in summer is likely the result of the interplay between different processes: dissolved primary production, prokaryotic processing and photobleaching that transform DOM into a highly diverse pool enriched in recalcitrant compounds. Overall, this thesis brings together experimental and in situ observations of biogeochemical and microbial parameters to understand the role of the microbial carbon pump in DOM cycling in the ocean

L'exploration récente des fonds marins a révélé l'existence d'une vie microbienne abyssale bien plus diverse et abondante que l'état de nos connaissances sur les limites du vivant ne le laissait penser. Ainsi on estime que plus de 60 % de la biosphère subit des conditions de pression jugées a priori défavorable au fonctionnement de la machinerie cellulaire. Ces pressions peuvent atteindre 1000 bars dans les fosses sous-marines les plus profondes. La découverte récente de Pyrococcus yayanosii CH1, premier organisme hyperthermophile et piézophile strict, a relancé la question de l'adaptation aux fortes pressions.Au cours de cette thèse cette question de l'adaptation à la haute pression a été abordée à travers les protéines par l'étude de deux familles enzymatiques, les malate déshydrogénases et les glyoxylate hydroxypyruvate réductases, provenant d'organismes piézophiles et non piézophiles.Les études comparatives associant enzymologie, biophysique et cristallographie des protéines présentées dans cette thèse révèlent des différences de comportements significatives vis à vis de la pression, chez des protéines d'une même famille enzymatique. Nos analyses montrent que ces différences portent sur différents aspects de la dynamique fonctionnelle des protéines. Nous montrons donc ainsi que la pression peut "potentiellement" représenter un paramètre discriminant susceptible de faire l'objet d'une adaptation.Le travail réalisé a permis de poser les bases d'une méthode de comparaison exhaustive des propriétés des protéines vis à vis de la pression afin de détecter les traces d'une adaptation piézophile sur d'autres systèmes protéiques
The recent discovery of marine biodiversity shows that a large part of the biosphere is a high-pressure environment. The existence of a specific pressure adaptation is still an open question. Recently, the first obligate piezophilic hyperthermophilic microorganism was isolated from hydrothermal vent. This finding suggests the existence of a specific enzyme adaptation with respect to high pressure.To deeper understanding protein adaptation with respect to high pressure, we examine the enzymatic properties of two family enzymes, malate deshydrogenases and glyoxylate hydroxypyruvate reductases arising from piezophilic and non-piezophilic organisms.Using an integrated approach combining enzymology, biophysics and X-ray crystallography, we reveal significantly different behaviors with respect to high pressure. Our analysis show that these differences involved the dynamic component of the enzyme. These results suggest that pressure could be a discriminating parameter susceptible to induce an adaptative response.This thesis work allows to set the foundations of a protein-properties comparative method with respect to high pressure to reveal piezophilic adaptation in other protein systems

La crevette Rimicaris exoculata est une espèce hydrothermale endémique des sites de la Ride Médio-Atlantique. Elle représente I’espèce majoritaire sur la plupart des sites qu’elle colonise. Ce crustacé possède la particularité d’avoir un céphalothorax hypertrophié â l’intérieur duquel se développe une communauté épibiotique bactérienne dense. Ce travail de thèse s’est concentré sur l’observation des changements dans la communauté épibiotique du céphalothorax de R. Exoculata au cours de son cycle de vie. Pour ensuite, rechercher qu’elles étaient les métabolismes bactériens mis en jeu dans cette communauté. Ce travail a permis de confirmer que cette communauté épibiotique est dominée par deux phylotypes, les Epsilonproteobacteria et les Gammaproteobacteria. Ils sont éliminés et recolonises le céphalothorax après chaque mue de l’hôte et sont détectés dans l’environnement (transmission horizontale). Cependant, la proportion relative de ces deux phylotypes semble varier au cours du cycle de vie de l’hôte. Les voies productrices d’énergie que sont la méthanotrophie, la sulfo-oxydation/réduction et l’hydrogénotrophie ont été détectées chez les épibiontes du céphalothorax ainsi que les voies autotrophes (cycles rTCA et Calvin) qu’elles sont supposées alimenter. Les résultats ont également montré que les voies basées sur l’oxydation des composés soufrés sembleraient majoritaires et en activité constante, alors que les voies basées sur l’oxydation du méthane et de l’hydrogène seraient dépendantes des conditions géochimiques du milieu de vie de l’hôte. Cette étude apporte de nouvelles hypothèses sur la relation entre les épibiontes du céphalothorax et Rimicaris exoculata
The shrimp Rimicaris exoculata is an endemic hydrothermal species of the Mid-Atlantic Ridge sites. It‘s the dominant species on several hydrothermal vent sites. This crustacean has an enlarged gill chamber, harboring a dense ectosymbiotic community. Until now, their acquisition and their metabolic pathways were not fully understood. This study focused on the analyses of the possible differences in the epibiotic community among the gill chamber epibiotic community along R. Exoculata life cycle. Then, we have looked for the bacterial metabolisms suspected to occur among this community. This work confirmed that the epibiotic community is dominated by two phylotypes: Epsilonproteobacteria and Gammaproteobacteria. They are eliminated and then recolonised the cephalothorax after each moult. In addition, they were detected in the environment (horizontal transmission). However, the relative proportion of these phylotypes seemed to vary along the host life cycle (eggs/larvae versus juvenile/adult). The energetic pathways such as the methanotrophy, the sulfur-oxidation/reduction and the hydrogenotrophy were detected from the cephalothorax epibionts as well as the autotrophic pathways (rTCA and Calvin cycles). Results also showed that the oxidation of the sulphur compounds seemed to be the major pathways with constant activity, whereas the oxidation of methane and hydrogen seemed to be threshold dependent and so linked to the geochemical conditions of the host life environment. This study broadened our view on the relations between the cephalothorax epibionts and the hydrothermal shrimp Rimicaris exoculata