Etude d'un consortium microbien producteur d'hydrogène : de l'interaction inter-bactérienne au bioréacteur

Study of a microbial consortium producing hydrogen : from the inter-bacterial interaction to bioreactor

• Auteur / Autrice : David Ranava
• Direction : Marie-Thérèse Giudici-Orticoni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 11/01/2016
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Bioénergétique et Ingénierie des Protéines (Marseille ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Sophie Bleves
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Philippe Steyer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Michel Jault, Alain Filloux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules -- Interaction

Bactéries anaérobies

Biogaz

Écologie microbienne

Énergie de la biomasse

Mots clés libres

Consortium

Métabolisme

Biohydrogène

Interactions

Communication

Consortium

Metabolism

Biohydrogen

Interactions

Communication

Résumé

Dans la nature, les microorganismes s’organisent en communauté où la concertation de leur métabolisme leur permet de coloniser des endroits peu propices. La biodégradation de la matière organique nécessite un couplage métabolique entre les différents microorganismes impliqués et constitue un modèle de choix pour l'étude des interactions où leurs relations restent mal définies et nécessitent d’être mieux caractérisées. Le décryptage du mécanisme mis en jeu permettrait d'optimiser la production de composés bioénergétiques comme l'hydrogène. Nous avons étudié un consortium composé de Desulfovibris vulgaris Hildenborough, une bactérie sulfato-réductrice et de Clostridium acetobutylicum, une bactérie fermentaire. Ces deux bactéries sont retrouvées dans des consortia naturels impliqués dans la dégradation de la biomasse. Des approches de microbiologie, de métabolisme et de microscopie ont permis de démontrer l’existence d’une interaction physique et d'un échange de molécules cytoplasmiques entre les deux bactéries. Ceci s'associe à une réorientation du flux de carbone dans la bactérie C. acetobutylicum qui se traduit par une production d’hydrogène accrue. Ce comportement est lié aux conditions de stress nutritionnel pour la bactérie D. vulgaris. De plus, des molécules signal de type AI-2 jouent un rôle important dans la mise place de l'interaction physique. Un inhibiteur de cette interaction, produit par D. vulgaris dans certaines conditions, a été découvert. Ce travail a permis d'acquérir de nouvelles connaissances sur les relations métaboliques et les interactions physiques entre les bactéries impliquées dans la biodégradation de la biomasse dans un consortium.

In nature microorganisms live in communities, in which the complementarity of their metabolism allows them to colonize less favourable ecological niches. Biodegradation of organic matter requires tight metabolic coupling between the different microorganisms involved, and constitutes an ideal model for studying the interactions between them, which are still not well established and require further characterization. Furthermore, deciphering the metabolic couplings established between the partners would allow optimization of this process for production of compounds of biotechnological interest, such as hydrogen. During the course of this work we have studied an artificial consortium constituted by Desulfovibris vulgaris Hildenborough sulphate-reducing bacterium, and Clostridium acetobutylicum a fermentative bacterium; both of them are found in natural consortia involved in biomass degradation. Microbiological, metabolic and microscopic approaches allowed us to show the existence of a physical interaction, with exchange of cytoplasmic molecules, between the two bacteria. This is associated with reorientation of the carbon flux in Clostridium acetobutylicum, resulting in increased hydrogen production. This behaviour is linked with the nutritional stress of D. vulgaris. Moreover, AI-2 type signal molecules produced in these conditions are crucial for the physical interaction between the two bacterial partners. An inhibitor produced by D. vulgaris in certain conditions has been discovered. This work has allowed us to acquire new knowledge about metabolic relations and physical interactions between bacteria involved in biomass degradation in a consortium