Nature, dynamique et plasticité des interactions inter-espèces au cours de la dégradation de l'alginate par les communautés microbiennes marines

Nature, dynamics and plasticity of interspecies interactions in alginate degradation by marine microbial communities

• Auteur / Autrice : Camila Camila
• Direction : François Thomas
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de la nature et de l'Homme : évolution et écologie
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Biologie intégrative des modèles marins
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Glycobiologie Marine

Mots clés

Mots clés libres

Dégradation de biomasse

Microbiologie marine

Interactions microbiennes

Holobionte algal

Marine microbiology

Algal holobiont

Microbial interactions

Biomass degradation

Résumé

Les macroalgues sont des producteurs primaires majeurs dans les environnements marins, avec une biomasse mondiale estimée à plusieurs centaines de mégatonnes. Les microorganismes jouent un rôle crucial pour le cycle du carbone en reminéralisant une grande partie de cette matière organique stockée principalement sous forme de glycanes. Des centaines d'espèces microbiennes de différents écotypes co-existent, entre lesquelles des interactions métaboliques s'établissent. Des études récentes montrent que seule une fraction des microorganismes marins est spécialisée dans la dégradation des glycanes algaux. Agissant comme pionniers de la dégradation, ils produisent des métabolites qui alimentent des consommateurs microbiens secondaires, appelés cross-feeders. Deux types de microorganismes pionniers peuvent initier la dégradation de la biomasse. Les pionniers dits selfish ne libèrent que peu ou pas du tout de produits de dégradation dans leur milieu, grâce au couplage de la dégradation des biopolymères par des enzymes membranaires et de l'import direct des oligomères dans les cellules. Par contraste, les pionniers dits sharing utilisent plutôt des enzymes sécrétées, qui libèrent des oligomères solubles dans le milieu. Par la suite, deux types de cross-feeders bénéficient de l'action des pionniers. Des microorganismes dits exploiters peuvent utiliser les oligomères libérés par les pionniers sharing, alors qu'ils sont incapables de dégrader directement le polymère. Enfin, des microorganismes dits scavengers peuvent assimiler les métabolites secondaires produits par les pionniers et les exploiters. Malgré leur impact sur le devenir du carbone séquestré par les algues, ces interactions restent encore mal documentées. Ce projet vise à décrypter la nature, la dynamique et la plasticité des interactions inter-espèces mises en place au sein des communautés microbiennes dégradant l'alginate, le glycane majoritaire des algues brunes, présent à la fois dans les tissus algaux et sécrété dans l'eau de mer. Nous intégrerons des données de physiologie bactérienne, de métabolomique, d'imagerie, de génomique et d'écologie microbienne, à la fois sur communautés naturelles et sur des souches cultivées en laboratoire. La compréhension de ces interactions métaboliques est fondamentale pour appréhender les fonctions des consortiums microbiens en milieu naturel et optimiser leur utilisation pour des processus de bioraffinerie.

Macroalgae are major primary producers in marine environments, with a global biomass estimated at several hundred megatons. Microorganisms play a crucial role in the carbon cycle by remineralizing a large part of this organic matter stored mainly in the form of glycans. Hundreds of microbial species of different ecotypes co-exist, between which metabolic interactions are established. Recent studies show that only a fraction of marine microorganisms is specialized in the degradation of algal glycans. Acting as degradation pioneers, they produce metabolites that feed secondary microbial consumers, called cross-feeders. Two types of pioneer microorganisms can initiate biomass degradation. The so-called selfish pioneers release little or no degradation products into their environment, thanks to the coupling of the degradation of biopolymers by membrane enzymes and the direct import of oligomers into the cells. In contrast, the so-called sharing pioneers rather use secreted enzymes, which release soluble oligomers into the medium. Subsequently, two types of cross-feeders benefit from the action of the pioneers. So-called exploiting microorganisms can use the oligomers released by the sharing pioneers, although they are incapable of directly degrading the polymer. Finally, so-called scavenger microorganisms can assimilate the secondary metabolites produced by the pioneers and exploiters. Despite their impact on the fate of carbon sequestered by algae, these interactions still remain poorly documented. This project aims to decipher the nature, dynamics and plasticity of inter-species interactions established within microbial communities degrading alginate, the majority glycan of brown algae, present both in algal tissues and secreted in the seawater. We will integrate data from bacterial physiology, metabolomics, imaging, genomics and microbial ecology, both on natural communities and on strains cultivated in the laboratory. Understanding these metabolic interactions is fundamental to understanding the functions of microbial consortia in a natural environment and optimizing their use for biorefinery processes.