Aperçu dans la matière noire microbienne par le biais des symbioses magnétotactiques

Insight into microbial dark matter through magnetotactic symbiosis

• Auteur / Autrice : Emilie Brivet
• Direction : Christopher Lefevre
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie-Santé - Spécialité Microbiologie
• Date : Inscription en doctorat le 02/10/2023
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : BIAM - Institut de Biosciences et Biotechnologies d'Aix-Marseille - CEA/CNRS/AMU
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : BIAM - BEAMM - Biodiversité, Écologie et Adaptation des Microorganismes Magnétotactiques

Mots clés

Mots clés libres

Symbiose

Interaction procaryote-procaryote

Matière noire microbienne

Symbiosis

Prokaryote-prokaryote interaction

Microbial dark matter

Résumé

La métagénomique à mis à jour un grand nombre de clades bactériens non cultivées appelées « la matière noire microbienne », incluant un grand groupe de bactéries de taille nanométrique formant le candidate phyla radiation (CPR) comptant >15% de la diversité bactérienne. Le groupe des CPR est majoritairement composé d'organismes symbiotiques avec des rôles clés dans la formation des écosystèmes et le cycle des nutriments. Ces dernières années, plusieurs études ont décrit l'écologie, la diversité et le fonctionnement de quelques bactéries CPR décrites comme bactéries prédatrices, mais les observations ne sont pas simples, restent aléatoires et seulement quelques hôtes ont été identifiés. Récemment, nous avons observé de façon reproductible et identifié différentes populations de bactéries magnétotactiques (MTB) d'habitats anoxiques en symbiose avec des bactéries CPR de taille nanométrique. Les CPR sont partiellement associées à l'intérieur de leur hôte magnétotactique, conduisant à une modification de sa membrane externe suite au contact avec les CPR. Ainsi, nos observations suggèrent que les symbioses MTB-CPR durent dans le temps, sans la désintégration de l'hôte et pourraient même reposer sur une interaction mutualiste. Le magnétisme des MTB représente un avantage pour caractériser les bases fonctionnelles de cette interaction. Ce projet vise à élargir nos connaissances sur l'écologie et le fonctionnement d'un groupe de procaryotes abondant dans les environnements marins et d'eau douce, qui représente une proportion importante de la diversité microbienne et son interaction avec d'autres procaryotes indique un rôle écologique important. Ce projet de thèse repose sur une étude intégrative et des approches multidisciplinaires combinant microbiologie environnementale, génomique sur cellule unique, microscopie et phylogénétique, avec un questionnement inhérent sur le rôle des interactions procaryotes-procaryotes dans la diversification et l'adaptation du vivant.

Metagenomics has revealed a tremendous number of uncultivated bacterial clades referred as the ‘microbial dark matter', including a large group of nano-sized bacteria forming the candidate phyla radiation (CPR) accounting >15% of bacterial diversity. CPR are mainly composed of symbiotic organisms with key roles in ecosystem formation and nutrient cycling. In recent years, several studies have described the ecology, diversity and functioning of some CPR bacteria classified as predatory bacteria, but observations are not easy, remain random and only few hosts have been identified. Recently, our consortium reproducibly observed and identified different magnetotactic bacteria (MTB) populations inhabiting anoxic habitats hosting nano-sized CPR bacteria. CPR cells are associated partially inside its magnetotactic host, which modify its external membrane in response to the CPR contact. Thus, our observations rather suggest that MTB-CPR symbioses last over time without host disintegration and could also rely on a mutualistic interaction. The magnetism of MTB represents an advantage to characterize the functional bases of the interaction. The project aims to expand our knowledge on the ecology and functioning of a group of prokaryotes that thrives in marine and freshwater environments, that represents an important proportion of the microbial diversity and its interaction with other prokaryotes indicates an important ecological role. This thesis project is based on an integrative study and multidisciplinary approaches combining environmental microbiology, single-cell genomics, microscopy and phylogenetics, with an inherent questioning on the role of prokaryotes-prokaryotes interactions in life diversification and adaptation