Nouveau design de sondes pour biopuces ADN fonctionnelles et caractérisation des capacités de biodégradation des communautés bactériennes de sols pollués par des hydrocarbures

New design of probes for functional DNA microarrays and characterization of the biodegradation capacities of bacterial communities in hydrocarbon polluted soils

• Auteur / Autrice : Sébastien Terrat
• Direction : Eric Peyretaillade
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génomique et écologie microbienne
• Date : Soutenance le 15/10/2010
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire Microorganismes : Génome et environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : (LMGE) Laboratoire Microorganismes : Génome et Environnement
• Jury : Président / Présidente : Arlette Darfeuille-Michaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascale Bauda, Guy Perrière, Robert Duran, Pierre Peyret
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascale Bauda, Guy Perrière

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biopuces

Composés aromatiques polycycliques

Polluants

Biotechnologie appliquée à l'environnement

Sols -- Pollution par les hydrocarbures

Mots clés libres

Biopuce fonctionnelle

Hydrocarbures aromatiques polycycliques

Design de sondes

Sondes exploratoires

Functional microarray

Polycyclic aromatic hydrocarbon

Probe design

Explorative probe

Résumé

Les activités humaines sont à l’origine de nombreuses pollutions par des hydrocarbures au niveau des écosystèmes, et plus particulièrement au niveau des sols. Afin de préserver la santé humaine et environnementale, il est nécessaire d’éliminer les polluants présents. Dans ce but, les techniques de bioremédiation apparaissent aujourd’hui comme de réelles alternatives aux techniques classiques, invasives et onéreuses. Cependant, l’utilisation optimale de tels procédés nécessite une meilleure connaissance des capacités métaboliques des communautés microbiennes impliquées dans la biodégradation de ces polluants. Dans ce cadre, l’utilisation des biopuces ADN fonctionnelles pour analyser ces écosystèmes semble très appropriée.Cependant, une de ses limitations actuelles est la détermination des sondes, qui ne ciblent que les gènes dont les séquences ont été caractérisées. Pour cela, un outil informatique (Metabolic Design) a été mis au point, afin de déterminer des sondes exploratoires pour biopuces fonctionnelles. L’étude, avec notre biopuce fonctionnelle, des capacités métaboliques de dégradation des HAP de la souche Sphingomonas paucimobilis sp. EPA505 a permis de mettre en évidence la sensibilité et la spécificité des sondes développées, ainsi que leur aspect exploratoire. Puis, nous nous sommes attachés à caractériser les capacités métaboliques des communautés bactériennes d’un sol pollué principalement par des HAP, sans à priori sur les séquences ou les organismes présents, montrant l’efficacité de notre approche.

Soil ecosystems are sensitive to damage from pollutions, and there is an increasing need to develop better methods for removing pollutants from soils. The removal of pollutants, such as polycyclic aromatic hydrocarbons, by bioremediation, is a less invasive and expensive process than classical decontamination. However, use and optimization of bioremediation treatments require knowledge on metabolic capacites of microbial communities involved in the biodegradation of such pollutants. To assess their huge metabolic potentialities, we need high throughput tools, such as functional microarrays, that allow the simultaneous analysis of thousands of genes. However, most classical functional microarrays use specific probes that monitor only known sequences and so, fail to cover the full microbial gene diversity present in complex environments. We have thus developed a program, named Metabolic Design, to design efficient explorative probes for functional microarrays. Then, we successfully validated our new functional microarray studying metabolic capacities of Sphnigomonas paucimobilis sp. EPA505 able to degrade polycyclic aromatic hydrocarbons. Finally, we assessed metabolic capacities of microbial communities in soil, contaminated with aromatic hydrocarbons. Results show that our probe design (sensitivity and explorative quality) can be used to study a complex environment efficiently.