THESE DE DOCTORAT DE L’UNIVERSITE PIERRE ET MARIE CURIE Spécialité Microbiologie environnementale Ecole Doctorale Sciences de l’Environnement d’Ile de France (ED129) Présentée par Caroline SAURET Pour obtenir le grade de DOCTEUR de L’UNIVERSITE PIERRE ET MARIE CURIE ECOLOGIE DES COMMUNAUTES BACTERIENNES MARINES SOUMISES A UNE POLLUTION PETROLIERE Influence des facteurs environnementaux, de la prédation et de la récurrence des pollutions Soutenue le 15 décembre 2011 Devant le jury composé de : M. Robert Duran, Professeur, Pau Rapporteur M. Télesphore Sime-Ngando, Directeur de Recherches, Clermont-Ferrand Rapporteur M. Stéphane Blain, Directeur de Recherches, Banyuls sur mer Examinateur Mme Madeleine Goutx, Directeur de Recherches, Marseille Examinatrice Mme Urania Christaki, Professeur, Lille Examinatrice M. Jean-François Ghiglione, Chargé de recherche, Banyuls sur mer Directeur de thèse M. Daniel Delille, Ingénieur de Recherches HDR, Banyuls sur mer Directeur de thèse Titre : Ecologie des communautés bactériennes marines soumises à une pollution pétrolière: influence des facteurs environnementaux, de la prédation et de la récurrence des pollutions. Résumé : Les catastrophes pétrolières, comme celle survenue récemment dans le Golfe du Mexique, marquent invariablement l’attention du public. Malgré les réglementations gouvernementales instaurées à la suite de ces accidents, plusieurs centaines de millions de tonnes de pétrole continuent d’être déversées chaque année dans les Océans de manière volontaire ou accidentelle, présentant des risques majeurs pour la santé humaine et l’environnement. Parmi les méthodes employées pour la remédiation des hydrocarbures, la biostimulation des bactéries hydrocarbonoclastes par ajout de nutriments est une approche privilégiée. La réussite de cette méthode nécessite une connaissance la plus complète possible des microorganismes en jeu et des facteurs environnementaux qui les influencent. Dans ces travaux de thèse, nous avons tout d’abord évalué in situ l’importance relative du pétrole parmi d’autres facteurs physico-chimiques sur la structuration des communautés bactériennes totales et actives ainsi que sur l’abondance des bactéries hydrocarbonoclastes en milieu portuaire chroniquement soumis à des pollutions pétrolières. Dans un second temps, une étude en conditions contrôlées simulant une pollution accidentelle nous a permis de démontrer que les caractéristiques d’un site, précédemment soumis ou non à une pollution chronique, ont une influence directe sur la cinétique de réponse des communautés bactériennes et leur capacité à dégrader un pétrole complexe en condition de biostimulation. Une attention particulière a également été portée sur l’effet des facteurs de régulation des communautés bactériennes de type « top-down » (prédation par les protozoaires et lyse virale) sur la biodégradation des hydrocarbures, révélant notamment un rôle prépondérant des virus dans le contrôle des communautés bactériennes impactées par le pétrole. Enfin, l’adaptation au milieu marin d’une méthode récente de marquage des ADN par isotopes stables (DNA-Stable Isotope Probing) couplée au pyroséquençage nous a permis de décrire précisément la diversité des bactéries associées à la dégradation du phénanthrène, révélant la dominance de Cycloclasticus sp. dans les sites étudiés. Mots clés : Diversité bactérienne, pétrole, biostimulation, prédation, lyse virale, DNA-SIP Title: Ecology of oil-impacted marine bacterial communities: influence of environmental factors, predation and recurrence of oil pollution. Abstract: Oil spills such as the recent disaster in the Gulf of Mexico are always dramatic for the public opinion. Despite governmental rules, hundreds of millions tons of petroleum enter voluntary or accidentally the oceans every year, causing major risks for human safety and environment. Among the techniques available for the remediation of the pollution, biostimulation of hydrocarbonoclastic bacteria by nutrient addition is a privileged approach. The success of this method requires a complete knowledge of the microorganisms involved and of the environmental factors controlling them. In the present work, we first evaluated in situ the relative importance of petroleum among other physico-chemical parameters in the total and active bacterial community structure and on the abundance of hydrocarbonoclastic bacteria in chronically polluted coastal seawaters. Second, we simulated an oil spill under controlled laboratory condition revealing that the recurrence of oil pollution had an effect on the kinetic of bacterial response to the oil input and on the biodegradation processes under biostimulation conditions. A particular attention was paid on the “top-down” effect (protozoan predation and viral lysis) on hydrocarbon biodegradation, revealing the dominance of viruses in the control of oil impacted bacterial communities. Finally, the adaptation of the DNA-Stable Isotope Probing method for marine systems coupled with massive parallel pyrosequencing allowed us to describe precisely the bacterial diversity associated with phenanthrene biodegradation, revealing the prevalence of Cycloclasticus sp. in our studied sites. Keywords: Bacterial diversity, petroleum, biostimulation, predation, viral lysis, DNA-SIP