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Thèse de Delphine Rivière





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14 novembre 2008

"Comparaison des populations microbiennes de digesteurs anaérobies traitant des boues de station d’épuration : analyse moléculaire de la diversité et de l’activité. "
  Delphine Rivière(mail) a soutenu sa thèse le vendredi 14 novembre à Evry. Ses travaux ont été effectués au sein du laboratoire de « Métagénomique des procaryotes » de Denis Le Paslier (mail) et Abdelghani Sghir (mail) .

La digestion anaérobie est un processus naturel de dégradation de la matière organique réalisé par l’action concertée de plusieurs populations microbiennes. Grâce au développement des techniques moléculaires, la connaissance de la diversité de ce monde microbien longtemps ignoré a connue une avancée significative ces dernières années. Dans cette étude, nous avons procédé à une étude moléculaire de la diversité procaryote à 30 autres digesteurs ayant des caractéristiques de fonctionnement variées. Cette première phase nous a permis d’identifier les phyla les plus couramment rencontrés. Nous avons pu mesurer l’étendue de la diversité de cet écosystème complexe et distinguer les phyla les plus diversifiés. Différents types de structures ont été observés : certains phyla sont constitués de phylotypes très fréquemment rencontrés alors que d’autres sont constitués essentiellement de phylotypes endémiques. Suite à cette première phase, nous avons sélectionné 7 digesteurs pour procéder à une exploration plus poussée de la diversité en séquençant un nombre important de clones pour les domaines Archaea et Bacteria. Nous avons ensuite utilisé une palette d’outils statistiques afin de comparer les populations rencontrées et de déterminer quel était leur degré de ressemblance/différence. Pour le domaine Archaea, 7 OTUs majeures ont été identifiées et sont en équilibre. Selon la disponibilité des substrats, certaines peuvent prendre le dessus. Les OTUs dominantes sont affiliées aux Methanosarcinales, Arc I et Methanomicrobiales. La lignée Arc I est particulièrement abondante dans certains digesteurs et est probablement en compétition avec le genre Methanosaeta. Cela implique que Arc I pourrait être un consommateur d’acétate et un acteur majeur de la méthanogenèse acétoclaste. Des expériences de mises en culture permettront d’approfondir nos connaissances sur le métabolisme de cette lignée qui sont limitées à l’heure actuelle. Par ailleurs, l’analyse statistique a révélé que les communautés bactériennes peuvent être décrites comme des modèles à 3 composantes : un tiers de phylotypes appartenant à un groupe noyau, un tiers de phylotypes partagés entre quelques digesteurs et un tiers de phylotypes endémiques. Le groupe noyau est composé de 6 OTUs affiliées aux Chloroflexi, Betaproteobacteria, Bacteroidetes et Synergistes. Parmi ces OTUs, 2 sont couramment retrouvées dans d’autres environnements alors que les 4 autres semblent être typiques d’environnements anaérobies. Ces populations couramment rencontrées dans les digesteurs anaérobies pourraient constitués des acteurs majeurs du procédé de dégradation de la matière organique. Grâce à la large base de données de séquences du gène de l’ARNr 16S, des sondes spécifiques ont été mises au point afin de cibler les groupes majoritaires et de quantifier leur activité au sein des réacteurs. Cette analyse quantitative a mis en évidence les groupes les plus actifs et notamment l’importance de la division candidate WWE1. Ces expériences d’hybridation ont également permis de mettre en évidence une diversité encore non ciblée par les différentes sondes existantes ainsi que les limites de l’utilisation des amorces 0008F et 1390R pour la réalisation des banques de clones. La comparaison des approches qualitative et quantitative a montré que certains groupes semblent être sur-représentés dans les banques de clones par rapport à leur réelle activité. Nous avons donc suivi une approche complète basée sur l’étude de l’ARNr 16S en partant d’un inventaire moléculaire jusqu’à la quantification à l’aide de sondes spécifiques. Cette comparaison des populations rencontrées dans les digesteurs anaérobies est un premier pas vers une meilleure compréhension du procédé. A terme, la clarification des relations existant entre biodiversité, conditions d’exploitation et performances devrait permettre d’atteindre une meilleure maîtrise du procédé de digestion anaérobie.
 

Mots-clés : Digestion anaérobie, Archaea, Bacteria, prokaryote, biodiversity, banques du gène de l’ARNr 16S, biostatistiques, dot-blot, quantification, activité

mise à jour le 9 juillet 2010

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