The RadioP1 – An Integrative Web Resource for Radioresistant Prokaryotes

The extremely radioresistant eubacterium Deinococcus radiodurans and the phenotypically related prokaryotes, whose genomes have been completely sequenced, are presently used as model species in several laboratories to study the lethal effects of DNA-damaging and protein-oxidizing agents, particularly the effects of ionizing radiation (IR). Unfortunately, providing relevant information about radioresistant prokaryotes (RP) in a neatly centralized and organized manner still remains a need. In this study, we designed RadioP1 Web resource (www.radiop.org.tn) to gather information about RP defined by the published literature with specific emphasis on (i) predicted genes that produce and protect against oxidative stress, (ii) predicted proteins involved in DNA repair mechanisms and (iii) potential uses of RP in biotechnology. RadioP1 allows the complete RP proteogenomes to be queried using various patterns in a user-friendly and interactive manner. The output data can be saved in plain text, Excel or HyperText Markup Language (HTML) formats for subsequent analyses. Moreover, RadioP1 provides for users a tool “START ANALYSIS”, including the previously described R-packages “drc” and “lethal”, to generate exponential or sigmoid survival curves with D10 and D50 values. Furthermore, when accessible, links to external databases are provided. Supplementary data will be included in the future when the sequences of other RP genomes will become available

Complete genome sequence of Deinococcus maricopensis type strain (LB-34T)

Deinococcus maricopensis (Rainey and da Costa 2005) is a member of the genus Deinococcus, which is comprised of 44 validly named species and is located within the deeply branching bacterial phylum Deinococcus–Thermus. Strain LB-34T was isolated from a soil sample from the Sonoran Desert in Arizona. Various species of the genus Deinococcus are characterized by extreme radiation resistance, with D. maricopensis being resistant in excess of 10 kGy. Even though the genomes of three Deinococcus species, D. radiodurans, D. geothermalis and D. deserti, have already been published, no special physiological characteristic is currently known that is unique to this group. It is therefore of special interest to analyze the genomes of additional species of the genus Deinococcus to better understand how these species adapted to gamma- or UV ionizing-radiation. The 3,498,530 bp long genome of D. maricopensis with its 3,301 protein-coding and 66 RNA genes consists of one circular chromosome and is a part of the Genomic Encyclopedia of Bacteria and Archaea project

MALDI-TOF MS Affords Discrimination of Deinococcus aquaticus Isolates Obtained From Diverse Biofilm Habitats

Matrix-assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight Mass Spectroscopy (MALDI-TOF MS) has been used routinely over the past decade in clinical microbiology laboratories to rapidly characterize diverse microorganisms of medical importance both at the genus and species levels. Currently, there is keen interest in applying MALDI-TOF MS at taxonomic levels beyond species and to characterize environmental isolates. We constructed a model system consisting of 19 isolates of Deinococcus aquaticus obtained from biofilm communities indigenous to diverse substrates (concrete, leaf tissue, metal, and wood) in the Fox River – Lake Winnebago system of Wisconsin to: (1) develop rapid sample preparation methods that produce high quality, reproducible MALDI-TOF spectra and (2) compare the performance of MALDI-TOF MS-based profiling to common DNA-based approaches including 16S rRNA sequencing and genomic diversity by BOX-A1R fingerprinting. Our results suggest that MALDI-TOF MS can be used to rapidly and reproducibly characterize environmental isolates of D. aquaticus at the subpopulation level. MALDI-TOF MS provided higher taxonomic resolution than either 16S rRNA gene sequence analysis or BOX-A1R fingerprinting. Spectra contained features that appeared to permit characterization of isolates into two co-occurring subpopulations. However, reliable strain-level performance required rigorous and systematic standardization of culture conditions and sample preparation. Our work suggests that MALDI-TOF MS offers promise as a rapid, reproducible, and high-resolution approach to characterize environmental isolates of members of the genus Deinococcus. Future work will focus upon application of methods described here to additional members of this ecologically diverse and ubiquitous genus

Extremophilic microorganisms from natural and artificial environments: Bioprospecting and Biotechnological Applications

La Tierra es el hogar de una gran biodiversidad de microorganismos, que recientemente se ha estimado en 10(12) o más taxones microbianos que habitan nuestro planeta. Durante décadas, se han explorado los ambientes naturales para estudiar sus comunidades microbianas, así como los mecanismos de adaptación específicos de las especies que los componen y sus potenciales aplicaciones biotecnológicas. No solo los entornos naturales sino también los artificiales tienen interés como fuentes de diversidad microbiana. Investigaciones anteriores sobre el microbioma de los productos hechos por el hombre revelaron que los dispositivos artificiales con un diseño y un procedimiento de operación estándar representan presiones selectivas particulares, como ocurre con los paneles solares, cafeteras, lavadoras, lavavajillas, sistemas de refrigeración por aire y sistemas de calentamiento de agua, que dan como resultado la selección de un microbioma que no cambia significativamente dentro de las variaciones geográficas o climáticas. Sin embargo, esos ambientes artificiales y sus comunidades microbianas han recibido poca atención. En la presente tesis doctoral, estudiamos el microbioma de varios ambientes artificiales y semiartificiales, especialmente aquellos con presiones selectivas particulares como la desecación, la radiación ultravioleta, la salinidad, la privación de nutrientes, las temperaturas extremas, la actividad de agua y las variaciones de pH. Nuestros resultados mostraron que, además del microbioma asociado al ser humano, que puede constituir una fracción considerable de los dispositivos artificiales, los consorcios microbianos ambientales no patógenicos acabn estableciéndose en esos ambientes. Entre todas esas comunidades microbianas, algunas especies son extremófilas y algunas pueden tolerar las condiciones extremas de su entorno, albergando una variedad de mecanismos de supervivencia, como la esporulación y/o la formación de biopelículas. Algunos otros han desarrollado evolutivamente mecanismos adaptativos intercelulares e intracelulares para hacer frente a las duras condiciones ambientales. Objetivos El objetivo de esta tesis doctoral es caracterizar las comunidades microbianas de algunos ambientes artificiales y semiartificiales que se encuentran bajo constantes presiones selectivas particulares tales como irradiación UV, desecación, salinidad, privación de nutrientes, baja temperatura y disponibilidad de oxígeno. Para ello, se utilizaron análisis NGS y culturómicos para describir las comunidades microbianas asociadas con chicles desechados, sales de mesa y la máquina de hielo de un laboratorio. Además, estudiamos la sucesión de la comunidad microbiana en la colonización de productos sintéticos como la goma de mascar desechada. Se identificaron especies microbianas asociadas con productos artificiales como goma de mascar, sales de mesa y dispositivos completamente manufacturados, como la máquina de hielo, y hemos discutido su potencial para aplicaciones biotecnológicas. También aislamos y caracterizamos microorganismos individuales de esos ambientes utilizando medios y métodos estándar para determinar su actividad biológica. Una nueva especie del género Sagittula, previamente aislada del desecho marino (una lata de aluminio) se caracterizó mediante enfoques fenotípicos multiómicos. Capítulo I - Metodología, resultados y discusión En esta disertación, hemos estudiado el bacterioma de los chicles desechados, los cuales son a menudo desechados indebidamente en calles, terrazas, aceras o pavimentos exteriores de cualquier tipo. Generalmente, los chicles se componen de dos fases: la fase insoluble en agua (base de goma) y la fase soluble en agua, que puede estar hecha de azúcar o alcoholes de azúcar como polioles. El componente principal de cualquier goma de mascar es la base de goma (20-30 %), que no es comestible ni digerible, se puede producir a partir de polímeros naturales o sintéticos y tiene propiedades similares a las del plástico. Los chicles desechados a menudo se consideran contaminantes ambientales y tienen además un componente estético muy negativo. Estudios anteriores muestran que el ADN del consumidor y el microbioma oral pueden quedar atrapados en el residuo pegajoso, pero la supervivencia del microbioma oral a lo largo del tiempo solo ha recibido una atención limitada hasta la fecha. Por primera vez, hemos estudiado el contenido microbiano de los chicles desechados muestreados en diferentes lugares del mundo, así como la distribución de bacterias según la profundidad (en tres fases: la superficie, la capa intermedia y la base del chicle, en contacto con el sustrato) y hemos realizado un estudio dinámico para descubrir la sucesión microbiana que tiene lugar en el chicle durante las primeras semanas después de que sea descartado en una superficie al aire libre. Además, hemos evaluado la capacidad de biodegradación de los ingredientes de la goma de mascar de una colección de cepas bacterianas que aislamos de los residuos de la goma de mascar. Las sucesiones microbianas a partir del bacterioma oral atrapado en el proceso de masticación en la goma de mascar desperdiciada mostraron que el bacterioma oral fue gradualmente sustituido, en los chicles descartados sobre el pavimento, por bacterias ambientales durante tres meses de exposición al aire libre. Mientras que el grupo del microbioma salival se detectaron principalmente como géneros predominantes Streptococcus, Corynebacterium, Haemophilus y Rothia, bacterias ambientales transportadas por el aire como Acinetobacter spp., Sphingomonas spp. Pseudomonas spp. y Rubellimicrobium spp. colonizaron la goma de mascar desperdiciada transcurridas varias semanas. De hecho, el microbioma oral presente en los chicles recién masticados primero fue sustituido por taxones transitorios como Cellulomonas spp. y Rubellimicrobium, que no persistieron hasta el final del experimento. Es interesante recalcar que Cellulomonas spp. se ha descrito por las capacidades de secretar múltiples enzimas degradadoras de polisacáridos. Por tanto, se puede plantear la hipótesis de que estos colonizadores primarios del chicle desperdiciado pueden modificar las características de la superficie, permitiendo la colonización posterior de microorganismos secundarios. Curiosamente, varios chicles desechados recolectados en todo el mundo contienen un típico bacterioma ambiental de biopelícula subaérea, caracterizado por especies como Sphingomonas spp., Kocuria spp., Deinococcus spp. y Blastococcus spp., que están habitualmente presentes en ambientes naturales y artificiales expuestos al sol, como paneles solares, y que suelen estar caracterizados por la formación de biofilms o biopelículas. La biopelícula permite que la población microbiana afronte mejor el estrés y se vuelva más resistente a las condiciones ambientales desfavorables, como la baja actividad del agua y la privación de nutrientes. Además, algunos de los miembros de esos géneros pueden degradar las cadenas aromáticas policíclicas que forman parte de la base de la goma. En nuestrio trabajo, se estableció una colección de cepas bacterianas de chicles desechados y se analizó la capacidad de biodegradación de diferentes ingredientes de chicles por parte de los aislados. Nuestros resultados sugieren que la bioaumentación de algunas de las cepas que caracterizamos puede usarse como una estrategia de biorremediación para eliminar los residuos de chicle de los pavimentos contaminados. También mostramos que no hay diferencias significativas en términos de las comunidades microbianas de las diferentes capas de chicle, lo que sugiere que las propiedades fisicoquímicas de un chicle no cambian a lo largo de su profundidad y los factores selectivos como son la radiación de UV y la actividad del agua forman una comunidad bacteriana particular. En conjunto, nuestros resultados sugieren que las bacterias ambientales desempeñan un papel en la biodegradación natural de la goma de mascar y también pueden ser una fuente de cepas con propiedades de biodegradación. Esta investigación fue el primer informe que caracterizó, desde un enfoque holístico, la composición bacteriana del chicle desechado, y recibió el premio IgNobel de ecología a las investigaciones sorprendentes en septiembre de 2021. Capítulo II - Metodología, resultados y discusión También estudiamos el microbioma de otro entorno semiartificial, las sales de mesa, producidas en diferentes salinas marinas y continentales. En los hábitats salinos naturales, las arqueas y las bacterias halófilas son las comunidades microbianas predominantes. Esos ambientes salinos son en los que se produce, por cristalización, la sal de mesa comercial. La mayoría de las sales comerciales se refinan y se muelen finamente antes de su distribución. Por lo tanto, esos microorganismos pueden quedar atrapados en las inclusiones fluidas durante el proceso de cristalización y seguir siendo viables después de la extracción y el envasado. Hay muy pocos informes sobre el microbioma de la sal de mesa y tienden a centrarse en los taxones de arqueas. Sin embargo, el presente trabajo describe una caracterización completa del bacterioma de dichas sales, donde se estudió la diversidad de microorganismos halotolerantes y halófilos en seis muestras comerciales de sal de mesa mediante técnicas dependientes e independientes del cultivo. Se obtuvieron tres sales de mesa de origen marino: del Océano Atlántico, del Mediterráneo (Isla de Ibiza) y de las marismas del Odiel (sal marina de Mercadona). También se utilizaron otras sales complementadas con ingredientes minerales y nutricionales: sal rosa del Himalaya, sal negra de Hawai y una sal vegetal seca conocida como sal Vikinga. Independientemente del origen de las sales, las especies de géneros bacterianos como Flavobacterium, Bacillus y Yoonia-Loktanella fueron los taxones más abundantes, mientras que las arqueas más frecuentes fueron Natronomonas, Halolamina, Halonotius, Halapricum, Halobacterium, Haloarcula y Halobacterales. Curiosamente, los resultados de la secuenciación del gen 16S rRNA revelaron que las sales de origen marino muestran una taxonomía de arqueas similar, pero con variaciones significativas entre los géneros. Los taxones Halorubrum, Halobacterium, Hallobellus, Natronomonas, Haloplanus, Halonotius, Halomarina y Haloarcula prevalecieron en las sales marinas. Además, el género Salinibacter se detectó solo en sales de origen marino. La sal rosa del Himalaya, la sal negra de Hawai y la sal Vikinga mostraron perfiles taxonómicos más heterogéneos dominados por bacterias. Estas sales no marinas a menudo se enriquecen con minerales o saborizantes adicionales, como hierro, sulfato de hidrógeno, carbón activo y vegetales secos. La sal del Himalaya se extraía de las estribaciones de la cordillera del Himalaya que alguna vez fueron mares. El género más importante en esta muestra fue Sulfitobacter. Podría plantearse la hipótesis de que Sulfitobacter aparece en una cantidad tan significativa en esta muestra debido a la actividad que muestra este género para oxidar los sulfitos, que están presentes en altas concentraciones en la región del Himalaya. Otra muestra del grupo no marino es la sal Vikinga, que presenta una alta frecuencia de cloroplastos (más del 66 % de su perfil taxonómico) y mitocondrias (4.7 % del total), lo que puede ser consecuencia de su composición actual (contiene diferentes vegetales). El género Bacillus también estuvo presente en esta muestra. Este género contiene ciertas especies tolerantes a la sal. Además, se puede suponer que las bacterias que se originan a partir de minerales o sabores adicionales se inocularon en la sal durante el proceso de producción. Además, existen otras posibles explicaciones para la prevalencia de bacterias sobre arqueas en esas muestras. De hecho, la sal enriquecida con vegetales secos tiene menos contenido de cloruro de sodio. La alta salinidad (por encima del 20 - 25 % p/v de NaCl) es el factor principal para la supervivencia de las haloarqueas. Por lo tanto, la salinidad como factor abiótico es la principal presión selectiva para establecer la población microbiana en los paquetes de sal de mesa junto con la presencia de otros ingredientes. Como era de esperar, aislamos cepas de las sales de mesa que estaban estrechamente relacionadas con bacterias (en general, moderadamente) halófilas. Se estableció una colección de 76 especies de bacterias y haloarqueas halotolerantes y halófilas mediante el cultivo en diferentes medios con una amplia gama de salinidad y composición de nutrientes. La comparación de los resultados de la metataxonómica y la culturómica del gen 16S rRNA reveló que los microorganismos cultivables Acinetobacter, Aquibacillus, Bacillus, Brevundimonas, Fictibacillus, Gracilibacillus, Halobacillus, Micrococcus, Oceanobacillus, Salibacterium, Salinibacter, Terribacillus, Thalassobacillus, Haloarcula, Halobacterium y Halorubrum se identificaron al menos en una muestra por ambos métodos. Aunque la mayor parte del microbioma de las sales de mesa eran bacterias halófilas y arqueas, algunos microorganismos potencialmente patógenos como Enterococcus sp. y Brevundimonas sp. se identificaron en casi todas las muestras, mientras que bacterias potencialmente consideradas como beneficiosas como Lactobacillus sp. solo se detectaron en algunas sales de mesa. Esto sugiere que la sal de mesa puede ser una fuente de algunas de las bacterias halotolerantes que se caracterizan como microorganismos promotores de la salud o patógenos, cuya conexión con la salud del consumidor debería recibir más atención. Por otro lado, se ha monitorizado la producción de carotenoides en una variedad de bacterias y arqueas aisladas. La mayoría de los microorganismos aislados de la sal de mesa son productores de carotenoides. Los carotenoides son pigmentos que pueden ser incoloros, amarillos, naranjas o rojos, y están constituidos principalmente por isoprenoides lipofílicos C40, como compuestos antioxidantes y desempeñan un papel crucial en la protección de las células, especialmente al reducir los hidroperóxidos en compuestos estables, prevenir la formación de radicales libres, inhibir la reacción en cadena de auto-oxidación y en la irradiación de alta intensidad mediante la extinción del oxígeno monoatómico. Además, los carotenoides pueden actuar como quelantes de metales y convertir los iones tóxicos de hierro y cobre en moléculas no tóxicas. Parece que, en un entorno de estrés múltiple como la sal de mesa, la producción de pigmento podría ser un mecanismo de supervivencia, especialmente para los microorganismos halotolerantes, frente a la salinidad y la desecación y probablemente evitar que las células sufran daños irreversibles. Capítulo III - Metodología, resultados y discusión Además de los alimentos o residuos alimentarios, los dispositivos artificiales pueden albergar poblaciones microbianas potencialmente interesantes. En esta tesis, también estudiamos el microbioma de una máquina de hielo de laboratorio estándar, cuya bomba de extracción de agua estaba obstruida por una biopelícula espesa y gomosa. Describimos la composición de esta comunidad microbiana oligotrófica que habita este dispositivo a través de técnicas independientes y dependientes de la cultura. Mediante el uso de culturómica en ocho medios diferentes a tres temperaturas psicrófilas y mesófilas, se aislaron e identificaron taxonómicamente 25 cepas microbianas diferentes. Las cepas bacterianas aisladas de la biopelícula de máquina de hielo están estrechamente afiliadas a los géneros Acidovorax, Bacillus, Chryseobacterium, Delftia, Flavobacterium, Hydrogenophaga, Methylobacterium, Nocardia, Peribacillus, Pseudomonas, Prolinoborus, Rhodococcus, Sphingomonas. A nivel de especie los hongos también se identificaron como Aspergillus austroafricanus, Cadophora luteo-olivacea, Briansuttonomyces eucalypti, Filobasidium magnum, Neomicrosphaeropsis italica, Penicillium citrinum y Vishniacozyma victoriae. Entre todos, se observó una mayor diversidad de cepas microbianas a 25 ºC frente a otras temperaturas de incubación; 4 y 10 ºC. Aquí, la esporogénesis puede desempeñar un papel clave, ya que algunas especies estrechamente relacionadas con las cepas presentes en la tubería de drenaje de la máquina de hielo, como los géneros Bacillus y Peribacillus, se han descrito anteriormente como bacterias formadoras de esporas. Una posible explicación de la mayor biodiversidad de las especies aisladas a 25 ºC en comparación con las otras dos temperaturas puede estar relacionada con la alta abundancia relativa de bacterias formadoras de esporas en la biopelícula. El análisis de secuenciación de alto rendimiento 16S rRNA e ITS reveló que Bacteroidota y Proteobacteria eran los filos bacterianos más abundantes en la muestra, seguidos de Acidobacteriota y Planctomycetota, mientras que la comunidad fúngica estaba claramente dominada por la presencia de un género desconocido de la familia Didymellaceae. A nivel de género, la comunidad bacteriana se caracterizó por la presencia de Sediminibacterium sp., con una abundancia relativa superior al 40 %, seguida de otros géneros, Hydrogenophaga sp. y Methyloversatilis sp. A pesar de la gran abundancia de especies de Sediminibacterium según los resultados de la NGS y las condiciones de cultivo favorables, que se utilizaron previamente para aislar Sediminibacterium spp. de otros ambientes oligotróficos, no fue posible aislar ninguna cepa de este género. Esto puede ser debido a la falta de factores abióticos específicos, como el pH ácido y la concentración de sal, que son necesarios para algunos miembros de este género, como Sediminibacterium lactis y Sediminibacterium halotolerans, respectivamente. En los ambientes de bajo contenido en nutrientes como es ciertas aguas continentales, los géneros Hydrogenophaga spp. y Methyloversatilis spp. se ha reportado que permanecen dentro de las biopelículas en lugar de en formas planctónicas. La alta abundancia de Hydrogenophaga sp. en los ecosistemas oligotróficos naturales reveló que especies de Hydrogenophaga como Hydrogenophaga laconesensis, tienen una capacidad de adaptación a la vida oligotrófica. Investigaciones anteriores también sugirieron que Hydrogenophaga sp. son capaces de hidrolizar agua, utilizando el metabolismo del hidrógeno como fuente de energía, lo que podría afectar la composición microbiana de la biopelícula. El análisis de coordenadas principales (PCoA) mostró que las muestras más similares a la biopelícula de la máquina de hielo eran dos muestras de biopelícula provenientes de depuradores de aire biológicos en una instalación de alojamiento porcino, así como una muestra de biocrust del suelo del Ártico. De hecho, a pesar de la baja similitud entre las muestras, estas cuatro muestras compartían hasta seis géneros (Pseudoxanthomonas, Ferruginibacter, unknown Comamonadaceae, Clostridium sensu stricto 1, unknown Microbacteriaceae y Brevundimonas) identificados mediante NGS, mientras que en los otros 51 géneros encontrados en el hielo el microbioma de la máquina también se encontró en al menos una de las otras muestras. Además, el análisis de diversidad alfa demostró que la muestra de la máquina de hielo, a pesar de mostrar un alto número de ASV observados, es relativamente menos diversa, es decir, más homogénea en su composición. Finalmente, las comparaciones de diversidad alfa y beta de la comunidad microbiana de la máquina de hielo con la de otros ambientes fríos revelaron una baja similitud entre las muestras. Para complementar la información taxonómica de la comunidad microbiana, también se realizó secuenciación metagenómica (shotgun). A partir de la secuenciación metagenómica de shotgun, las lecturas más frecuentes correspondieron al reino Bacteria mientras que menos de una cuarta parte correspondió a hongos. Sediminibacterium, Methyloversatilis e Hydrogenophaga también se identificaron como principales taxones de biopelículas mediante secuenciación metagenómica. Además, Stagonosporopsis sp, perteneciente a la familia Didymellaceae, fue el género más abundante entre los eucariotas. Esto está en concordancia con los resultados obtenidos del análisis de secuenciación ITS, en el que también predominaron los miembros de la familia Didymellaceae. La recuperación y el análisis de genomas ensamblados en metagenoma (MAG) de alta calidad arrojaron una tasa sorprendentemente alta de nuevas especies potenciales en la máquina de hielo. Cada MAG se clasificó taxonómicamente usando MiGA y luego se calculó el índice de Identidad Promedio de Nucleótidos (ANI) al vecino filogenético más cercano. Sorprendentemente, todas las MAG se clasificaron como especies potencialmente nuevas con un valor ANI <95 %, excepto MAG 14 que se identificó como Mycobacterium gordonae DSM 44160(T) con un valor ANI de 98,32 %. En general, tres MAG se pudieron clasificar hasta el nivel de género, cinco se clasificaron para nivel de familia, tres a nivel de orden, dos a nivel de clase y cuatro a nivel de phylum. Además, con una resolución taxonómica más alta que la proporcionada por los MAG, hemos encontrado que las bacterias detectadas en la máquina de hielo corresponden a varias especies nuevas, que no hemos podido cultivar hasta la fecha. Como mostraron los resultados de la metataxonómica y la metagenómica, la biopelícula de la máquina de hielo está formada por la cooperación de microorganismos aeróbicos, anaeróbicos, heterótrofos y quimiotrópicos de múltiples especies, lo que podría mejorar la tolerancia al estrés, la producción de biomasa, aumentar la señalización y la cooperación metabólica entre la comunidad. A medida que aumenta el número de especies en la biopelícula, las interacciones dentro de la comunidad de múltiples especies afectan a los flujos de car

Variabilité génétique chez la bactérie radiorésistante Deinococcus radiodurans : la recombinaison entre séquences répétées et la transformation naturelle

The bacterium Deinococcus radiodurans is known for its ability to withstand a large number of genotoxic treatments, including exposure to ionizing or ultraviolet radiation, mitomycin C, desiccation, and oxidative stress. It is able, upon exposure to extreme doses of γ-radiation generating hundreds of DNA breaks, to reconstitute an intact genome in only 2 to 3 hours via an ESDSA mechanism, involving massive DNA synthesis during DNA double strand break repair. Together with efficient DNA repair mechanisms, D. radiodurans possesses a survival kit comprising significant compaction of its nucleoid, protection mechanisms against protein oxidation, an original response to DNA damage and specific proteins induced after irradiation. All of these contribute to the maintenance of genomic integrity and cell survival upon exposure to various genotoxic agents. In spite of the idea that D. radiodurans is an organism with outstanding genomic stability, this bacterium has in its genome a large number of repeat sequences and mobile elements and is also naturally competent. All these factors contribute to the genetic variability of species. I was interested in two processes that can play a role in genetic variability in D. radiodurans: recombination between repeated sequences and natural transformation.The introduction, into the genome of D. radiodurans, of 438 bp direct repeated sequences separated by DNA regions ranging from 1,479 bp to 10,500 bp in length allowed me to demonstrate the major role of Single Strand Annealing (SSA) involving the DdrB protein specific for Deinococcaceae, in the "spontaneous" recombination between the repeated sequences in the absence of the RecA recombinase. The absence of DdrB in strains deficient for recombination further increased the loss of viability observed in these strains, suggesting that SSA is required for the management of blocked replication forks, a major source of genetic instability in the absence of external stress when these forks cannot be rescued by pathways involving recombination proteins.I was also interested in the natural transformation and proteins involved in this process in D. radiodurans. I demonstrated that DprA protein involved in DNA single strand protection and loading of RecA on single-stranded DNA internalized during transformation of many species such as Streptococcus pneumoniae, Helicobacter pylori, or Bacillus subtilis, is also involved in this process in D. radiodurans. I also showed that, in addition to playing a major role in transformation by plasmid DNA, DdrB is also involved in transformation by genomic DNA of cells devoid of the DprA protein.La bactérie Deinococcus radiodurans est connue pour sa capacité à résister à un grand nombre de traitements génotoxiques parmi lesquels on peut citer l’exposition aux rayons ionisants, aux ultra-violets, à la mitomycine C, à la dessication et au stress oxydant. Elle est capable lors d’une exposition à des doses extrêmes de rayons γ générant des centaines de cassures de l’ADN de reconstituer un génome intact en seulement 2 à 3 heures via un mécanisme original, l’ESDSA, impliquant une synthèse massive d’ADN pendant la phase de réparation des cassures de l’ADN. En plus de mécanismes efficaces de réparation de l’ADN, elle possède un kit de survie comprenant une compaction importante du nucléoïde, des mécanismes de protection des protéines contre l’oxydation, une réponse originale aux lésions de l’ADN et des protéines spécifiques induites après irradiation. Tous ces facteurs contribuent au maintien de l’intégrité du génome et à la survie de la cellule lors de l’exposition à différents agents génotoxiques. Souvent considéré comme un organisme ayant une stabilité génomique exceptionnelle, cette bactérie possède dans son génome un grand nombre de séquences répétées et des éléments mobiles et est par ailleurs naturellement compétente. Ce sont autant de facteurs pouvant participer à la variabilité génétique de cette espèce. Je me suis donc intéressée lors de ma thèse à deux processus pouvant participer à l’instabilité génétique chez D. radiodurans : la recombinaison entre séquences répétées et la transformation naturelle.L’introduction dans le génome de D. radiodurans de séquences répétées directes de 438 pb séparées par des régions d’ADN d’une longueur allant de 1479 pb à 10 500 pb m’a permis de mettre en évidence le rôle majeur joué par l’appariement simple brin (Single Strand Annealing ou SSA) impliquant la protéine DdrB, spécifique des Deinococcaceae, joue un rôle majeur dans la recombinaison « spontanée » entre les séquences répétées en absence de la recombinase RecA. L’absence de DdrB dans des souches déficientes pour la recombinaison augmente davantage la perte de viabilité observée dans ces souches ce qui suggère que le SSA participe à la prise en charge de fourches de réplication bloquées, source majeure d’instabilité génétique en absence de stress extérieur, si ces fourches ne peuvent être prise en charge par des voies impliquant des protéines de recombinaison. Je me suis également intéressée à la transformation naturelle et aux protéines impliquées dans ce processus chez D. radiodurans. J’ai pu démontrer que la protéine DprA impliquée dans la protection de l’ADN simple brin et le chargement de RecA sur l’ADN simple brin internalisé lors de la transformation de nombreuses espèces comme Streptococcus pneumoniae, Bacillus subtilis ou Helicobacter pylori, est également impliquée dans la transformation chez D. radiodurans. J’ai pu montrer également qu’en plus de jouer un rôle majeur dans la transformation par de l’ADN plasmidique, DdrB est impliquée dans la transformation par de l’ADN génomique si la protéine DprA est absente

Evolution of Ionizing Radiation Research

The industrial and medical applications of radiation have been augmented and scientific insight into mechanisms for radiation action notably progressed. In addition, the public concern about radiation risk has also grown extensively. Today the importance of risk communication among stakeholders involved in radiation-related issues is emphasized much more than any time in the past. Thus, the circumstances of radiation research have drastically changed, and the demand for a novel approach to radiation-related issues is increasing. It is thought that the publication of the book Evolution of Ionizing Radiation Research at this time would have enormous impacts on the society. The editor believes that technical experts would find a variety of new ideas and hints in this book that would be helpful to them to tackle ionizing radiation

Insights into the bacterial communities of Nile tilapia – core members and intergenerational transfer

Doctoral thesis (PhD) – Nord University, 2022publishedVersio

Geomicrobiology of the basal ice layer at Svínafellsjökull glacier, SE Iceland

Glaciers occupy 11% of Earth’s total surface and represent a significant but, as yet, poorly characterised ecosystem. As late as the mid-90s glaciers had been regarded as microbiologically sterile environments but there has since been major progress characterising diversity and functioning of glacier microbiota. The supraglacial environment has to-date been prioritised, but crucially the subglacial microbiota remains generally unknown despite their central importance in geochemical cycling. The dark and oligotrophic conditions typical to subglacial environments in general, and sediment entrained basal ice, in particular, are likely to select for chemolithotrophic carbon fixers that, by definition, will enable diverse heterotrophic microbial community development. Therefore, the basal ice microbiota, are likely to play fundamental roles in mineral weathering and geochemical cycling not only within basal ice but also subsequent foreland soil formation upon release. The main aim of this thesis is the first integrated geo-microbiological characterization, of geomorphologically distinct basal ice facies targeting an Icelandic temperate glacier, Svínafellsjökull. Here we show, via novel culture-dependent and -independent next generation molecular rRNA gene marker (16S and ITS) phylogenetics, that basal ice facies harbour a rich and diverse community of bacteria (Proteobacteria and Acidobacteria) and fungi (Ascomycota and Basidiomycota). An abundance of chemolithotrophic species (Thiobacillus, Gallionella, Nitrosospira) characterise the basal ice microbiome that is directly supported in the identified geochemical status of basal ice. The presence of reduced nitrogen species in the ice matrix and iron- and sulphur-rich minerals in basal ice sediment provides added functional support of the predominance of chemolithotrophs in basal ice. Based on total basal ice cell enumeration and export estimates (~1016 cells yr-1) it is clear that chemolithotrophic and heterotrophic microbial communities identified in foreland soils originate from basal ice, as opposed to supraglacial sources. Modelling highlights the importance of microbial activities on the geo-chemistry of the basal ice, e.g. oxidising minerals, acidifying the environment, and increasing the carbon content within the sediment. Once released, basal ice-derived microorganisms can survive the psychrophilic to mesophilic temperatures of the foreland and identified isolates from basal ice and the foreland were affiliated with species that play important roles in weathering and soil formation highlighting the functional importance of the basal ice microbiota both, in glacial and periglacial systems