Études biochimiques et analytiques de la biodégradation des hydrocarbures par des isolats bactériens.

Biochemical and analytical studies of hydrocarbon biodegradation by selected bacterial isolates.

• Auteur / Autrice : Kevin Ehiosun
• Direction : Ryszard Łobiński, Régis Grimaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie analytique
• Date : Soutenance le 19/09/2022
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de Physico-chimie pour l'Environnement et les Matériaux - Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les materiaux
• Jury : Président / Présidente : Béatrice Lauga
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Béatrice Lauga, Claudine Baraquet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Merlin, Pierre Giusti

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biofilms

Acides carboxyliques

Matières plastiques -- Biodégradation

Mots clés libres

Biofilm

Biodégradation

Gordonia

Novosphingobium

Acides carboxyliques

SARA

Biofilm

Biodegradation

Gordonia

Novosphingobium

Carboxylic acids

SARA

Résumé

Des décennies de recherche ont démontré que la dégradation microbienne reste la principale stratégie utilisée pour la bioremédiation des hydrocarbures. Cependant, ces derniers temps, l'attention s'est portée sur l'amélioration de l'efficacité du processus de dégradation. Cet intérêt a encore poussé la recherche de souches ayant une capacité métabolique polyvalente pour accéder, assimiler et dégrader une large gamme d'hydrocarbures. De plus, comprendre les mécanismes et les voies de biodégradation des hydrocarbures est devenu crucial pour concevoir des stratégies de bioremédiation plus efficaces. Ceci peut être réalisé grâce à la caractérisation des métabolites signatures, en particulier les acides carboxyliques, produits au cours du processus de dégradation. Cet intérêt a été renforcé par les développements importants et robustes des méthodes chromatographiques et spectrométriques de masse.Trois bactéries, Novosphingobium sp. S1, Gordonia amicalis S2 et Gordonia terrae S5 ont été isolées d'un sol pollué par du pétrole brut et étudiées pour comprendre le mécanisme par lequel elles contournent la très faible biodisponibilité des alcanes à longue chaîne en milieu aqueux et les utilisent. Les résultats ont montré qu'aucune des souches ne produisait de biosurfactant, mais la croissance ne se produisait que lorsque les cellules avaient accès à l'interface alcane-eau par la formation de biofilm. Cet accès interfacial aux alcanes était également soutenu par la capacité des souches à adhérer aux hydrocarbures et était une propriété importante de ces souches pour former un biofilm et utiliser les hydrocarbures comme source de carbone et d'énergie.La capacité ainsi que la compréhension de la voie de dégradation d'un large éventail d'hydrocarbures dans la fraction saturée du pétrole brut Congo Bilondo par les trois bactéries ont été examinées. L'étude a combiné l'efficacité de la GC-MS et la LC-MS pour respectivement caractériser les hydrocarbures et identifier des acides carboxyliques métaboliques. Les résultats ont montré que les souches peuvent utiliser efficacement comme source de carbone et d'énergie les n-alcanes (C10 - C28) ainsi que les alcanes méthyl-substitués (C11 - C26). La série d'acides mono-, hydroxy- et dicarboxyliques trouvée dans cette étude a confirmé la biodégradation active des alcanes et suggère que leur dégradation se faisait par la voie d'oxydation bi-terminale. Ces résultats mettent en évidence l'application potentielle des souches dans la bioremédiation des sites contaminés par le pétrole brut. La bioremédiation par biofilm est une approche prometteuse pour un nettoyage efficace des hydrocarbures.

Decades of research have demonstrated that microbial degradation remains the major strategy used for bioremediation of hydrocarbons. However, in recent times, focus has shifted to improving the efficiency of the degradation process. This interest has further driven the search for strains with versatile metabolic capability to access, assimilate and degrade a wide range of hydrocarbons. Furthermore, understanding hydrocarbon biodegradation mechanisms and pathways has become crucial to designing more efficient bioremediation strategies. This can be achieved through the characterization of signatures metabolites, particularly carboxylic acids, produced during the degradation process. This interest has been reinforced by the extensive and robust developments in chromatographic and mass spectrometric methods.Three bacteria, Novosphingobium sp. S1, Gordonia amicalis S2 and Gordonia terrae S5 isolated from a crude oil polluted soil, were studied to understand the mechanism by which they circumvent the very low bioavailability of long-chain alkanes in aqueous medium and utilize them. Results showed none of the strains produced biosurfactant, but growth occurred only when the cells had access to the alkane-water interface through biofilm formation. This interfacial access to alkanes was also supported by the ability of the strains to adhere to hydrocarbons and was an important property of these strains to form a biofilm and utilize hydrocarbons as carbon and energy source.Furthermore, the capability as well as understanding the pathway to degrading a wide range of hydrocarbons in the saturated fraction of Congo Bilondo crude oil by the three bacteria was examined. The study combined the efficiency of GC-MS and LC-MS for characterizing the hydrocarbons and comprehensive screening of carboxylic acid metabolites, respectively. Results showed that the strains can efficiently use as carbon and energy source the n-alkanes (C10 - C28) as well as methyl-substituted alkanes (C11 - C26). The series of mono-, hydroxy- and dicarboxylic acids found in this study confirmed the active biodegradation of the alkanes and suggest that their degradation was via the bi-terminal oxidation pathway. The results highlight the potential application of the strains in bioremediation of crude oil contaminated sites. Biofilm-mediated bioremediation is a promising approach to efficient cleanup of hydrocarbons.