Interactions entre la macroalgue brune Laminaria digitata et ses épibiontes bactériens : études moléculaire et spectroscopiques : capacité d’adhésion et de formation de biofilm - Sorbonne Université Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2009

Interactions between the brown algae Laminaria digitata and its bacterial epiphytes : molecular and spectroscopics studies, and adhesion and biofilm formation capacities

Interactions entre la macroalgue brune Laminaria digitata et ses épibiontes bactériens : études moléculaire et spectroscopiques : capacité d’adhésion et de formation de biofilm

Résumé

Once immersed in natural seawater, any surface will be rapidly colonized by biofilm forming bacteria, which tend to favour the establishment of sessile invertebrates, algae and protists as assemblages that cause macrofouling. Macrophytic algae represent very large surfaces for potential colonization by microbial and fouling epibionts. Yet actively growing parts are conspicuously devoid of visible epiphytism – presumably as a consequence of their evolutionary success based on a life long history of cohabitation with marine bacteria and other colonizers. As such, algae represent choice models upon which original antifouling biotechnologies may find inspiration. Our study is centered on the kelp Laminaria digitata which enjoys a unique metabolism featuring iodine and bromine processing haloperoxidases, and on its bacterial epiflora. We have isolated 18 cultivatable epiphytic strains of bacteria from selected surfaces of the thallus, we have sequenced their ADNr 16S, and we have built the corresponding phylogenetic tree from matches with online databases. Then, we characterized each strain from intact cell preparations by recording their proteome and their metabolome signature spectra, and finally we studied the adhesion and biofilm forming capabilities of selected strains when exposed to metabolites produced by their L. digitata host. Twelve marine reference strains isolated from inert surfaces (Gram+ Firmicutes, and Gram– α-proteobacteria, γ-proteobacteria and Bacteroidetes) were treated accordingly as controls. Molecular taxonomy of bacterial strains associated with L. digitata revealed Gram+ Actinobacteria and Gram– α-proteobacteria, γ-proteobacteria and Bacteroidetes. A spectral databank of 30 strains was built from MALDI-ToF mass spectra from entire cell preparations and the resulting individual signatures were found reliable and fast as taxonomic markers at the strain level. Spectral signatures obtained by proton HR-MAS NMR from intact cell preparations was less discriminative than MALDI-ToF in terms of attribution but quite informative as regards to variations in cultivation parameters and associated physiological responses on behalf of the bacteria. Adhesion and biofilm formation studies on selected strains showed that these processes are strain-specific under standard experimental conditions. Adhesion and biofilm could be modulated (up or down) by addition of exudates and metabolite extracts from L. digitata that were solubilized in the medium of bacterial strains. Strains naturally associated with L. digitata were more responsive to exposure to exudates than the environmental reference strains, the global effect being negative. Surface and tissue organic extracts had a globally negative effect on adhesion of bacteria naturally associated with L. digitata, but showed a positive effect on the adhesion of reference bacteria. Finally, individual metabolites were tested with these bacterial strains, involving strain-specific responses of adhesion and biofilm formation.
Il est désormais admis que toute surface immergée en eau de mer est rapidement couverte d’un biofilm marin, suivi pour certaines de macrosalissures, essentiellement composées d’organismes marins vivants. Les thalles de macroalgues fournissent des surfaces importantes à la formation de biosalissures. Cependant, leur surface reste la plupart du temps exempt de macrosalissures, peut-être en relation avec leur succès évolutif, montrant leurs multiples stratégies de cohabitation avec leurs colonisateurs. Les macroalgues sont donc des modèles naturels de choix, susceptibles d’inspirer des solutions originales aux problèmes causés par les biofilms marins. Dans cette étude sur les bactéries associées aux thalles de l’algue brune Laminaria digitata, connue pour avoir un métabolisme halogéné particulier, nous avons isolé 18 souches bactériennes épiphytes, séquencé leur ADNr 16S et construit l’arbre phylogénétique correspondant. Puis nous les avons caractérisées par des méthodes spectroscopiques et étudié leur comportement d’adhésion et de formation de biofilm en présence de composés provenant de l’algue. Douze souches bactériennes marines de référence (Gram+ Firmicutes, et Gram– α-proteobacteria, γ-proteobacteria et Bacteroidetes) ont été traitées de la même manière. La taxonomie moléculaire des souches associées à L. digitata a révélé des bactéries à Gram+ Actinobacteria et à Gram– α-proteobacteria, γ-proteobacteria et Bacteroidetes. Une base de données de profils spectraux des 30 souches a été construite en spectrométrie de masse MALDI-ToF à partir de cellules bactériennes entières. La signature spectrale propre à chaque souche bactérienne s’est révélée être un outil rapide et fiable à des fins taxonomiques. Les profils spectraux obtenus en RMN HR-MAS, également à partir de cellules entières, s’est avérée moins discriminante taxonomiquement que la MALDI-ToF. Cependant, les signatures spectrales variant en fonction du milieu de culture utilisé, la RMN HR-MAS s’est révélée être un outil utile dans l’étude des réponses d’adaptation physiologique bactérienne à l’environnement. Les souches bactériennes ont montré un pouvoir d’adhésion en microplaques en eau de mer filtrée stérile et de formation de biofilm en milieu ZoBell spécifique à la souche. Ces pouvoirs d’adhésion et de formation de biofilm pouvaient être plus ou moins sensible (augmenté ou diminué) lorsque des métabolites extraits et des exsudats de l’algue ont été co-incubés avec les souches. Les bactéries associées à L. digitata ont été plus sensibles aux exsudats d’algue que les bactéries de référence, avec un effet majoritairement négatif sur l’adhésion et la formation de biofilm. Les métabolites extraits avec des solvants organiques, présents à la surface et dans l’algue, ont un effet majoritairement négatif sur l’adhésion de bactéries associées à l’algue, et positif sur l’adhésion des bactéries de référence. Enfin, des métabolites purs ont également été testés sur ces différentes souches, impliquant des réponses d’adhésion et de formation de biofilm propre à chaque souche.
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Citer

Stéphanie Salaün. Interactions entre la macroalgue brune Laminaria digitata et ses épibiontes bactériens : études moléculaire et spectroscopiques : capacité d’adhésion et de formation de biofilm. Biologie moléculaire. Université de Bretagne Sud, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01110841⟩
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