sujet 2014-19 - Aix

Réponse de Photobacterium phosphoreum ANT2200 aux changements maîtrisés
des conditions de croissance
Encadrants : Laurie Casalot (CR-IRD ; [email protected]), Christian Tamburini (DRCNRS ; [email protected]), MIO-Campus Luminy, Marseille
La bactérie piezophile modérée bioluminescente Photobacterium phosphoreum ANT-2200 a été isolée à 2200m de
profondeur dans la Mer Méditerranée, au niveau du télescope ANTARES (Al Ali et al. 2010). Dans une première
étude réalisée précédemment, nous avions démontré l’influence de la profondeur sur l’intensité de la
bioluminescence (Martini et al. 2013). Des travaux avaient été initiés pour comprendre l’influence des paramètres
environnementaux sur la physiologie de la souche et plus particulièrement sur l’émission de cette bioluminescence.
Nous avions pu mettre en œuvre des fermenteurs à pression atmosphérique pour tenter de mesurer l’impact du
changement de concentration en oxygène sur la physiologie de la souche (Martini 2013). Même si l’oxygène, de
par son rôle dans le métabolisme général et la bioluminescence en particulier, reste un paramètre fondamental,
d’autres paramètres restent encore à évaluer. Un système permettant de mesurer la bioluminescence sous pression
est déjà en place au laboratoire mais ne permet pas de la mesurer en continu, ni de maintenir un apport en oxygène
constant. Malheureusement, la mise au point d’un fermenteur hyperbare dans lequel tous les paramètres seraient
contrôlés d’une manière automatique reste encore un verrou technologique important. Parmi les objectifs du
présent projet, nous envisageons de prouver la faisabilité d’un tel fermenteur hyperbare pour étudier les
mécanismes d’adaptation des microorganismes aux conditions extrêmes du fond des océans.
Objectif général et questions de recherche traitées :
Les objectifs généraux de cette étude exploratoire sont dans un premier temps de mettre au point les conditions
pour réaliser des croissances parfaitement contrôlées en fermenteur atmosphérique et ainsi de définir, dans ces
conditions, l’importance de chaque paramètre environnemental pour la physiologie de la souche, et notamment
l’effet de l’oxygène. En parallèle, nous réaliserons des croissances simples en conditions hyperbares afin d’évaluer
l’effet de la pression sur le microorganisme. Ces diverses cultures permettront de générer les échantillons qui seront
par la suite analysés par une approche de transcriptomique globale (RNAseq). Nous pourrons ainsi parfaitement
corréler la réponse physiologique et la réponse au niveau des ARN. Ces études sont préliminaires à la mise en place
d’un système permettant le contrôle précis des croissances réalisées en condition hyperbare. Nous envisageons à
plus long terme de mettre en place une culture continue en chémostat hyperbare, alimentée par un milieu de culture
issu d’un fermenteur atmosphérique non inoculé, totalement automatisé, permettant un contrôle précis des
conditions de croissance. Par ces différentes études, nous espérons comprendre les mécanismes d’adaptation aux
conditions extrêmes du fond des océans d’une bactérie piézophile modérée, isolée de la mer Méditerranée à 2200 m
de profondeur et utilisée comme modèle. L’étude globale de la réponse trancriptomique de la souche aux
changements environnementaux a pour but d’identifier les cibles potentielles impliquées dans la réponse à
l’adaptation. Nous nous intéressons plus particulièrement aux gènes impliqués dans la mobilité, le quorum-sensing
et la bioluminescence, métabolismes fortement impactés par la concentration en oxygène. En parallèle à ces études,
nous travaillerons sur la mise au point des outils génétiques spécifiques aux Photobacterium pour envisager les
études de mutagénèse dirigée indispensables à la pleine compréhension des mécanismes.
Dans le cadre du Master2, l’étudiant participera activement à la mise en place et au suivi des cultures en batch
réalisées en fermenteur atmosphérique et hyperbare. Il participera aussi aux premières expériences visant à la mise
au point des outils génétiques. Ce stage permettra à l’étudiant d’acquérir des compétences au niveau à la fois
microbiologique et moléculaire.
Références citées:
Ali B Al, Garel M, Cuny P, Miquel J-C, Toubal T, Robert A, Tamburini C (2010) Luminous bacteria in the deepsea waters near the ANTARES underwater neutrino telescope (Mediterranean Sea). Chem Ecol 26:57–72
Martini S (2013) La bioluminescence un proxy d’activité biologique en milieu profond ? Etude au laboratoire et in
situ de la bioluminescence en relation avec les variables environnementales. Aix-Marseille Université,
Marseille, France
Martini S, Ali B Al, Garel M, Nerini D, Grossi V, Pacton M, Casalot L, Cuny P, Tamburini C (2013) Effects of
hydrostatic pressure on growth and luminescence of a moderately-piezophilic luminous bacteria
Photobacterium phosphoreum ANT-2200. PLoS One 8:e66580