Séquestration du phosphore par les bactéries magnétotactiques de la colonne d'eau stratifiée du Lac Pavin

Phosphorus sequestration by magnetotactic bacteria in the stratified water column of Lake Pavin

• Auteur / Autrice : Cécile Bidaud
• Direction : Nicolas Menguy, Christopher T. Lefèvre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du système terrestre
• Date : Soutenance le 21/10/2021
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Frontières de l'innovation en recherche et éducation (Paris ; 2006-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Bénédicte Ménez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bénédicte Ménez, Valérie Michotey, Heide Schulz-Vogt, Dirk Schüler
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Valérie Michotey, Heide Schulz-Vogt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pavin, Lac (France)

Microscopie électronique

Minéralisation (biologie)

Cytométrie de flux

Polyphosphates

Cycle du phosphore

Mots clés libres

Bactéries magnétotactiques

Polyphosphates

Lac Pavin

Niches biogéochimiques

Gradients chimiques

Microscopie électronique

Inclusions intracellulaires

Biominéralisation

Cytométrie de flux

Magnetotactic bacteria

Polyphosphates

Lake Pavin

Biogeochemical niches

Chemical gradients

Electron microscopy

Intracellular inclusions

Biomineralization

Flow cytometry

Résumé

Le phosphore (P) est essentiel à la vie mais limité ou polluant dans certains environnements. Quelques microorganismes connus pour accumuler le P sous forme de polyphosphates (PolyP) en oxie, à l'interface marine eau-sédiments ou en stations d'épuration, offrent une stratégie prometteuse pour la gestion des ressources de P. Cette thèse fait suite à la récente découverte de bactéries magnétotactiques (MTB) affiliées à la famille Magnetococcaceae (MTBc) séquestrant des PolyP en zone anoxique de la colonne d'eau du Lac Pavin. Les facteurs biologiques et environnementaux de ces processus restent inconnus. Cette thèse a eu pour objectif de décrire les distributions verticales des MTB le long des gradients chimiques de la colonne d'eau et l'abondance relative des MTBc. En alliant les mesures in situ des paramètres physicochimiques, la géochimie des eaux, la microscopie optique et électronique et des statistiques multivariées, mon travail a permis de (i) décrire un morphotype formant des carbonates de calcium intracellulaires, (ii) développer une méthode d'échantillonnage à haute résolution et (iii) identifier la niche biogéochimique des MTBc dont les données ont servi à créer un milieu d'isolement prometteur. La thèse s'est aussi centré sur l'hétérogénéité de séquestration du P des MTBc. Mon travail a permis de (i) créer une classification cellulaire basée sur la description ultrastructurale des inclusions, (ii) identifier une stratification des MTBc le long des gradients chimiques de la colonne d'eau confirmant la relation entre les métabolismes du P et du S et (iii) optimiser la préparation et le marquage des échantillons pour le tri de cellules séquestrant du P par cytometrie en flux.

Phosphorus (P) is essential for life but limited or pollutant in some environments. Few microorganisms known to accumulate P as polyphosphates (PolyP) in oxic conditions, at marine water-sediment interface or in wastewater treatment plants, provide a promising strategy for P resource management. This thesis stems on the recent discovery of a group of magnetotactic bacteria (MTB) affiliated to the Magnetococcaceae family (MTBc), sequestrating PolyP in the anoxic layer of the water column of Lake Pavin. Both biological and environmental drivers of this process remain unknown. First, this thesis aimed at describing the vertical distributions of MTB populations along chemical gradients of the lake water column and the relative abundance of MTBc. By combining \textit{in situ} monitoring of physicochemical parameters, bulk geochemistry, optical and electron microscopies and multivariate statistics, my work contributed to (i) describe a unique morphotype capable to form intracellular calcium carbonates, (ii) develop a water sampling strategy with high vertical resolution and (iii) identify the biogeochemical niche of MTBc whose parameters were further used to design a promising isolation medium. The second part of this thesis focused on MTBc heterogeneity according to their P sequestration capabilities. My work contributed to (i) develop a cell classification scheme based on ultrastructural description of their inclusions, (ii) identify a stratification of MTBc along the chemical gradients of the water column confirming the relationship between P and S metabolisms and (iii) optimize sample preparation and staining for specific sorting of PolyP-sequestrating cells by flow cytometry.