Caroline SAURET Influence des facteurs environnementaux, de la

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