Caractérisation des capacités métaboliques des populations microbiennes impliquées dans les processus de bioremédiation des chloroéthènes par des approches moléculaires haut débit : les biopuces ADN fonctionnelles

par Eric Dugat-Bony

Thèse de doctorat en Génomique et Ecologie Microbienne

Sous la direction de Corinne Petit-Biderre.

Soutenue le 07-11-2011

à Clermont-Ferrand 2 , dans le cadre de École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand) , en partenariat avec Laboratoire Microorganismes : Génome et environnement (équipe de recherche) et de (LMGE) Laboratoire Microorganismes : Génome et Environnement (laboratoire) .

Le président du jury était Richard Bonnet.

Le jury était composé de Philippe Bertin, Wafa Achouak, Timothy Vogel, Pierre Peyret.

Les rapporteurs étaient Philippe Bertin, Wafa Achouak.

mots clés

• Bioremédiation
• Chloroéthènes
• Microorganismes
• Biopuce ADN
• Biotechnologie appliquée à l'environnement
• Eaux souterraines -- Pollution
• Biopuces

Résumé

Les chloroéthènes sont les polluants majeurs des eaux souterraines et des nappes phréatiques. De par leur toxicité et leur effet cancérigène, ils représentent une préoccupation majeure pour les autorités publiques et sanitaires. La restauration des sites contaminés est possible par des techniques de dépollution biologique impliquant les microorganismes (bioremédiation microbienne). Cependant, la réussite des traitements dépend à la fois des conditions physicochimiques du site pollué et des capacités de dégradation de la microflore indigène. Ainsi, pour optimiser les processus de décontamination, l’identification et le suivi des différentes populations microbiennes sont indispensables avant et pendant le traitement. Les biopuces ADN fonctionnelles (FGA, Functional Gene Array), outils moléculaires haut débit, sont particulièrement bien adaptées pour des applications en bioremédiation. Leur élaboration nécessite de disposer de logiciels performants pour le design de sondes qui combinent à la fois une forte sensibilité, une très bonne spécificité et un caractère exploratoire, ce dernier étant indispensable pour la détection des séquences connues mais surtout de celles encore jamais décrites au sein d’échantillons environnementaux. Un nouveau logiciel, autorisant la sélection de sondes combinant tous ces critères, a été développé et nommé HiSpOD. Son utilisation pour la construction d’une FGA dédiée aux voies de biodégradation des chloroéthènes a permis d’évaluer l’effet de traitements de biostimulation sur la microflore indigène pour plusieurs sites industriels contaminés. Les données révèlent différentes associations entre microorganismes déhalorespirants qui sont fonction des paramètres environnementaux.

mots clés

• Bioremediation
• Chloroethenes
• Microorganisms
• DNA microarrays

Titre traduit

Characterization of microbial populations’ capacities involved in chloroethenes bioremediation processes using high-throughput molecular tools : functional DNA microarrays

Résumé

Chlorinated solvents are among the most frequent contaminants found in groundwater and subsurface ecosystems. Because of their high toxicity and carcinogenicity, they represent a serious risk for human health and the environment. Thus, such polluted sites need a rehabilitation treatment. Among remediation solutions, microbial bioremediation represents a less invasive and expensive alternative than physico-chemical treatments. However, the process efficiency greatly depends on the environmental conditions and the microbial populations’ biodegradation capacities. Therefore, bioremediation treatment optimization requires the identification and monitoring of such capacities before and during the treatment. Functional Gene Arrays (FGA), by profiling environmental communities in a flexible and easy-to-use manner, are well adapted for an application in bioremediation. But, constructing efficient microarrays dedicated to microbial ecology requires a probe design step allowing the selection of highly sensitive, specific and explorative oligonucleotides. After a detailed state of the art on probe design strategies suitable for microbial ecology studies, we present new software, called HiSpOD, generating efficient explorative probes for FGA dedicated to environmental applications. Finally, this bioinformatics tool was used to construct a FGA targeting most genes involved in chloroethenes biodegradation pathways which allowed the evaluation of biostimulation treatments conducted on indigenous bacterial populations for several industrial contaminated sites.