Importance des interactions entre les bactéries et le phytoplancton marin en réponse aux stress toxiques

Bacteria and marine phytoplancton interactions in response to contaminants stress

• Auteur / Autrice : Francesca Arici
• Direction : Olivier Pringault, Éric Fouilland
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de l'environnement: Ecologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2023
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de l'Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MIO - Institut Méditerranéen d'Océanographie, UM 110

Mots clés

Mots clés libres

Phytoplancton marin

Stress toxiques

Interactions

Phycoremédiation

Phytorémediation

Marine phytoplancton

Contaminants stress

Interactions

Phytoremediation

Phycoremediation

Résumé

L'impact des contaminants sur les microalgues a été largement étudié à l'échelle de la population et à celle de la communauté pour différents types de contaminants (e.g. métaux, pesticides, hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), dérivés plastiques). Les études montrent que les contaminants peuvent non seulement avoir un impact sur la diversité et le fonctionnement des microalgues (Rochelle et al 2011), mais peuvent également affecter les interactions que les microalgues ont avec les autres organismes dont les bactéries (Pringault et al 2021). Il a été récemment reporté la capacité pour des consortia constitués de microalgues associées à leur microbiome de s'acclimater ou de s'adapter à long terme aux environnements pollués (Asraf et al 2023). Cependant, le rôle précis des bactéries associées aux microalgues dans ces études écotoxicologiques est rarement abordé. Des résultats préliminaires en laboratoire ont montré que les cultures de microalgues axéniques (sans bactéries associées) étaient beaucoup plus sensibles aux contaminants (mélanges de pesticides ou de métaux) que les cultures de microalgues avec leurs bactéries associées (Fouilland et al 2018), confirmant le rôle de ces bactéries comme agents protecteurs pour les microalgues contre les effets toxiques de la contamination chimique. Toutefois, le rôle des différents partenaires sur la biodégradation des contaminants ou la bio-séquestration des métaux est mal comprise. Par ailleurs, la présence des bactéries avait induit au cours de ces mêmes expérimentations une réduction des taux de croissance des deux espèces phytoplanctoniques étudiées en l'absence d'une pression toxique (Fouilland et al. 2018). Il semblerait ainsi que les bactéries présentes dans les cultures phytoplanctonique se soient développées de manière opportuniste en profitant de la matière organique phytoplanctonique exsudée mais au détriment de la croissance du phytoplancton. Cette réduction de la croissance phytoplanctonique en présence de bactéries pourrait être une réaction de défense mise en place par la microalgue selon un mode de type compromis coût-bénéfice, compte-tenu des ressources cellulaires disponibles limitées à allouer entre croissance et défense. Ce compromis repose sur l'hypothèse que les organismes possèdent une réserve limitée en ressources qui peuvent être investies soit dans la croissance ou soit dans la défense. Un tel mécanisme d'allocation de la ressource par un organisme autotrophe en réponse à une agression été mis en évidence pour la première fois sur les interactions plantes-insectes (Coley et al. 1985) Il est ainsi supposé que les bactéries aient un rôle dans la dégradation ou l'immobilisation de composés toxiques, mais que leur présence mobiliserait des mécanismes de défense (ex : production de polysaccharides, de protéases extracellulaires) de la part du phytoplancton tout en augmentant leur résilience vis-à-vis de différentes sources de stress. Par ailleurs, compte-tenu des différentes stratégies de croissance connues chez les espèces composant les communautés phytoplanctoniques (Margalef, 1978), il est également supposé que le compromis entre la croissance et la défense serait d'autant plus difficile à acquérir pour les espèces opportunistes car elles présentent généralement une croissance rapide et de faibles réserves, et donc sont potentiellement plus sensibles aux composés toxiques. De manière à répondre à ces hypothèses, des expériences en conditions contrôlées seront réalisées à partir de communautés microbiennes échantillonnées dans un milieu naturel fortement contaminé. Des souches de microalgues ont été préalablement isolées à partir de ces communautés, ainsi que des souches bactériennes sélectionnées pour leur forte résistance à des composés toxiques modèles (un métal, un herbicide et un hydrocarbure). Les travaux de thèse se focaliseront sur la caractérisation de l'écologie et de la physiologie (activité photosynthétique, rendement de croissance) des souches microalgales isolées, qui seront ensuite exposées à i) différentes bactéries naturelles ou sélectionnées, afin de déterminer leur influence sur les microalgues et ii) des gradients de contaminants avec ou sans bactéries afin d'évaluer la sensibilité des microalgues vis-à-vis de stress biotique (bactéries) et abiotiques (toxiques).

The impact of contaminants on microalgae has been extensively studied at population and community scales for different types of contaminants (e.g. metals, pesticides, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), plastic derivatives). Studies show that contaminants can not only have an impact on the diversity and functioning of microalgae (Rochelle et al 2011), but can also affect the interactions that microalgae have with other organisms, including bacteria (Pringault et al 2021). It has recently been reported that consortia made up of microalgae associated with their microbiome are able to acclimatise or adapt to polluted environments over the long term (Asraf et al 2023). However, the precise role of bacteria associated with microalgae in these ecotoxicological studies is rarely discussed. Preliminary laboratory results have shown that axenic microalgae cultures (without associated bacteria) were much more sensitive to contaminants (mixtures of pesticides or metals) than microalgae cultures with their associated bacteria (Fouilland et al 2018), confirming the role of these bacteria as protective agents for microalgae against the toxic effects of chemical contamination. However, the role of the various partners in the biodegradation of contaminants or the bio-sequestration of metals is poorly understood. Furthermore, during these same experiments, the presence of bacteria induced a reduction in the growth rates of the two phytoplankton species studied in the absence of toxic pressure (Fouilland et al. 2018). It would thus appear that the bacteria present in the phytoplankton cultures developed opportunistically, taking advantage of the exuded phytoplanktonic organic matter but to the detriment of phytoplankton growth. This reduction in phytoplankton growth in the presence of bacteria could be a defence reaction put in place by the microalgae in the form of a cost-benefit trade-off, given the limited cellular resources available to allocate between growth and defence. This compromise is based on the assumption that organisms have a limited reserve of resources that can be invested in either growth or defence. Such a mechanism for resource allocation by an autotrophic organism in response to aggression was first demonstrated in plant-insect interactions (Coley et al. 1985).