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Page de résumé pour ULgetd-01192015-160528

Auteur : Lara, Yannick
E-mail de l'auteur : ylara@student.ulg.ac.be
URN : ULgetd-01192015-160528
Langue : Français/French
Titre : Molecular tools applied to the study of microcystin producing cyanobacteria in Belgian waterbodies
Intitulé du diplôme : Doctorat en sciences
Département : FS - Département de biologie, écologie et évolution
Jury :
Nom : Titre :
Baurain, Denis Membre du jury/Committee Member
Fewer, David Membre du jury/Committee Member
Joris, Bernard Membre du jury/Committee Member
Laughinghouse IV, Haywood Membre du jury/Committee Member
Willems, Anne Membre du jury/Committee Member
Thomé, Jean-Pierre Président du jury/Committee Chair
Wilmotte, Annick Promoteur/Director
Mots-clés :
  • Microcystis
  • microcystins
  • mcy genes
  • freshwater ecology
  • cyanobacteria
  • NRPS-PKS
  • secondary metabolites
  • Woronichinia
Date de soutenance : 2014-09-12
Type d'accès : Restreint/Intranet
Résumé :

Les développements massifs de cyanobactéries, ou ‘blooms’, sont devenus un phénomène récurrent et global, de plus en plus important dans les eaux douces durant la dernière décennie. Ces efflorescences présentent des risques potentiels majeurs pour la santé humaine et animale et interfèrent négativement avec l'utilisation des eaux de surface, par exemple, pour le captage d'eau potable, les loisirs nautiques, l'irrigation, ou les exploitations piscicoles. En effet, les cyanobactéries sont capables de produire certaines toxines, les cyanotoxines.

La gamme de cyanotoxines comprend des hépatotoxines ou des agents inflammatoires, neurotoxines et dermatotoxines. Ces cyanotoxines sont principalement relarguées dans l'eau lors de la lyse des cellules du bloom. L'ingestion ou le contact avec de l'eau contenant des cellules de cyanobactéries ou des toxines peut poser des problèmes de santé.

Les microcystines (MCs), hépatotoxines et agents tumoraux sont les cyanotoxines les plus documentées. Leur synthèse s’effectue par l’expression des gènes qui codent pour la microcytine synthetase (mcy), un complexe enzymatique composé d’une succession de peptides synthétases non ribosomale (NRPS) et de polykétides synthétase (PKS). Les producteurs majeurs de MCs sont les genres Anabaena, Microcystis, et Planktothrix. Cependant, il est impossible de distinguer une souche toxique d’une souche non toxique à l’aide des critères morphologiques uniquement.

Lors de cette étude, des outils moléculaires ont été utilisés, optimisés, ou développés pour (i) caractériser la diversité moléculaire de la sous unité de l’ARN ribosomique 16S (ARNr 16S) des cyanobactéries planctoniques, pour (ii) pouvoir détecter les producteurs de MCs présents dans le milieux, pour (iii) identifier les taxons producteurs de MCs, et enfin (iv) de déterminer quels sont les facteurs environnementaux qui influencent la dynamique de génotypes toxiques et non toxiques dans les eaux de surface belges.

Quatre-vingt neuf souches de cyanobactéries ont été isolées et leur ARNr 16S ont été caractérisé. La diversité moléculaire du gène ARNr 16S a été étudiée dans 32 échantillons environnementaux via un gel en gradient dénaturant (DGGE). Pour évaluer la portée de ce travail, 114 séquences obtenues durant cette thèse (souches et DGGE) ont été comparées aux séquences Belges obtenues lors d’autres recherches. Un total de 14 nouvelles unités opérationnelles taxonomiques (OTUs) a été obtenu au cours de ce doctorat.

Dans le cadre de la détection par réactions de polymérisation en chaîne (PCR) des gènes mcyA/B/E, l’ADN génomique de 162 échantillons environnementaux a été extrait. Les 3 gènes ont été retrouvé ensemble dans 64.2% des échantillons, tandis que le gène mcyB seul a été retrouvé dans 95.1% des cas.

Dans le cadre de l’identification des taxons porteurs du gène mcyE, une analyse de polymorphisme de longueur des fragments de restriction a été réalisé sur le gène mcyE. Ceci a permis de détecter la présence des génotypes potentiellement toxiques du genre Microcystis spp. dans la majorité des échantillons.

De manière à éviter les contraintes des méthodes d’analyse de la diversité dépendantes de la mise en culture, une approche combinant l’amplification des génomes et la méthode immuno-enzymatique ELISA a été testée sur des colonies environnementales appartenant aux genres Microcystis spp. et Woronichinia spp.. Les séquences de 3 gènes ‘housekeepin’ (ftsZ, gltX, recA), anisi que l’ITS (« internal transcribed spacer ») ont été analysé pour 11 colonies de Microcystis. Des MCs ont été détectées et quantifiées par ELISA dans 7 cas sur 11 en accord avec les détections des gènes mcy par PCR. Les séquences types (ST), obtenues par la concaténation des gènes ‘housekeeping’, se sont révélées endémiques. Une de ces colonies semble appartenir à une lignée non décrite jusqu’à présent. Un protocole similaire a été appliqué pour l’étude de 6 colonies du genre difficilement cultivable, Woronichinia spp.. L’analyse de la séquence du gène ARNr 16S a permis de confirmer l’identification morphologique des colonies. Cette technique a permis d’obtenir les premières séquences ITS et rpoC1 du genre Woronichinia spp.. Enfin, elle a permis de découvrir la présence de séquences codant pour des NRPS et PKS dans les génomes des colonies. Ceci souligne le besoin d’apporter de nouvelles informations concernant ce genre quasi ubiquiste.

Lors de cette étude, il a été possible de suivre simultanément un génotype toxique et un génotype non toxique pendant une campagne d’échantillonnage de deux ans par PCR en temps réel. Les dynamiques de chacun de ces génotypes ont été influencées par la photopériode. De plus, la dynamique du génotype toxique était aussi influencée par l’intensité lumineuse.

Les résultats obtenus au cours de ce doctorat montrent le besoin de caractériser les efflorescences de cyanobactéries toxiques dans les eaux douces, ainsi que d'identifier les conditions qui influencent les dynamiques des concentrations de MC. Nous avons montré que les facteurs controlant les génotypes toxiques et non-toxiques sont complexes. Néanmoins, des outils de détection peuvent être mis au point afin de comprendre ces phénomènes à incidence globale. Pour cela, les efforts devraient poursuivre en collaboration entre les scientifiques et les autorités concernées.

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