Diversité des archées et implication de la composante procaryote dans le cycle biogéochimique du méthane en milieu aquatique continental (études taxonomiques et fonctionnelles dans la colonne d'eau et les sédiments anoxiques du lac Pavin)

Le méthane, un des principaux gaz à effet de serre, est majoritairement produit et consommé par l'activité métabolique de microorganismes affiliés aux domaines des Archaea et des Bacteria. Afin d appréhender le cycle biogéochimique du méthane, il est essentiel d identifier l ensemble des acteurs impliqués dans ce dernier ainsi que les facteurs environnementaux modulant leurs activités. Les lacs d eau douce constituent une source importante de méthane, car, dans ces écosystèmes, les conditions environnementales favorisent la méthanogenèse au détriment d autres processus terminaux de la dégradation anaérobie de la matière organique. Au cours de cette thèse, les études sur les communautés impliquées dans le cycle biogéochimique du méthane ont été conduites dans la colonne d eau et les sédiments anoxiques du Lac Pavin (Auvergne), unique lac méromictique de France. Cet écosystème a été choisi comme site d'étude en raison des fortes concentrations en méthane présentes dans sa couche d'eau profonde qui contrastent avec les faibles émissions de ce gaz vers l'atmosphère. Ces observations géochimiques suggèrent une intense activité de production et de consommation du méthane, offrant un cadre pertinent pour l étude des communautés ciblées. Les approches moléculaires visant à caractériser la structure spatiale, la composition, les zones d'activité et les facteurs (ascendants et descendants) potentiellement impliqués dans la régulation des communautés de méthanogènes et de méthanotrophes ont été, au cours de ce travail, systématiquement associées à des approches culturales et microcalorimétriques afin d acquérir des données sur la physiologie des microorganismes impliqués dans le cycle du méthane. Les résultats obtenus mettent en évidence que les communautés de méthanogènes sont distribuées sur l ensemble de la colonne d eau anoxique et dans la strate superficielle des sédiments profonds. Ce groupe métabolique, essentiellement représenté par des espèces affiliées aux Methanosaetaceae et aux Methanoregulaceae, est particulièrement actif dans la zone benthique qui constituerait la source principale de méthane dans cet écosystème. Une nouvelle espèce méthanogène, Methanobacterium lacus, a été isolée de ces sédiments et décrite, et vient enrichir le faible nombre d'espèces méthanogènes isolées à ce jour à partir des lacs d'eau douce. L'étude écophysiologique de cette souche suggère que la température pourrait en partie expliquer la faible représentativité des Methanobacteriales dans cet écosystème. Une partie du méthane semble être directement consommée dans la zone anoxique (pélagique et benthique). L existence de ce processus d oxydation anaérobie, soutenu par les approches microcalorimétriques, pourrait être, dans les sédiments profonds, sous la dépendance de lignées candidates archéennes dont la physiologie reste encore énigmatique. Le remplacement progressif des méthanogènes par 2 lignées candidates d'archaea (MBG-D et MCG) le long du profil sédimentaire suggère qu'elle se développe dans des niche contrastées. La régulation putative des communautés archéennes par les virus a été analysée. Cette étude est la première à rapporter la présence de particules virales de type "archaeovirus" dans un environnement non-extrême (en termes de température, pH et salinité) ainsi que des particules virales pouvant représentées de nouvelles familles de virus. Une activité virale intense est suggérée dans ces sédiments par le nombre important de cellules infectées, comparativement à d'autres sédiments, et par le changement concomitant de la structure de la communauté virale et procaryotique avec la profondeur. Bien qu une partie du méthane soit probablement oxydée en anaérobiose, la consommation de ce métabolite est principalement dépendante de l activité de méthanotrophes aérobies dominées par des espèces affiliées au genre Methylobacter, un des principaux genres de méthanotrophes rencontré en milieu d eau douce. (...)Methane, a major greenhouse gas, is produced and consumed mainly by the metabolic activity of microorganisms affiliated to the domains Archaea and Bacteria. In order to understand the biogeochemical cycling of methane, it is essential to identify all the biological actors involved, as well as environmental factors modulating their activity. Freshwater lakes are a major source of methane because environmental conditions occurring in these ecosystems favor methanogenesis over other terminal processes of anaerobic degradation of organic matter. In this thesis, studies of communities involved in the biogeochemical cycling of methane were carried out in the water column and anoxic sediment of Lake Pavin (Auvergne), the unique French meromictic lake. This ecosystem has been selected as study site due to the high concentrations of methane in its deep water layer which contrast with the very low emission of this gas in the atmosphere. These geochemical observations suggest an intense activity of production and consumption of methane, providing an appropriate framework for studying the communities involved. Molecular approaches to characterize the spatial structure, composition, activity areas and factors (bottom-up and top-down) potentially involved in the regulation of methanogens and methanotrophs were, in this work, systematically associated to cultural and microcalorimetric approaches to acquire data on the physiology of microorganisms involved in the methane cycle. The results show that methanogens are distributed throughout the permanent anoxic water column (monimolimnion) and mainly in the superficial layer of the sediment situated under the monimolimnion. This metabolic group, mainly represented by species affiliated to Methanosaetaceae and Methanoregulaceae, is particularly active in the benthic zone which would be the main source of methane in this ecosystem. A new species of methanogen, Methanobacterium lacus, was isolated from these sediments and described. It enhances to the small number of methanogenic species isolated to date from freshwater lakes. The ecophysiological study of this strain suggests that the temperature could partly explain the low representation of Methanobacteriales in this ecosystem. A part of the methane appears to be directly consumed in the anoxic zone (pelagic and benthic). The existence of this process of anaerobic oxidation, supported by microcalorimetric approaches, could be in deep sediments, dependent on archaeal candidate lineages whose physiology remains enigmatic. The gradual replacement of methanogens by two archaeal candidate lineages (MBG-D and MCG) along the sedimentary profile suggests that they live in contrasted niche. The putative regulation of the archaeal communities by virus was analyzed. This study has reported the first observations of archaeovirus-like particles in a non-extreme environment (in term of temperature, pH and salinity) and virus-like particles which might represent new viral families. An intense viral activity in these sediments is suggested by i) the important number of visibly infected cells and ii) the concomitant change of the viral and prokaryotic communities with depth. While a fraction of methane is probably oxidized anaerobically, the consumption of this metabolite is mainly dependent on the activity of aerobic methanotrophs dominated by species affiliated to the genus Methylobacter, one of the main types of methanotrophs found in freshwater environments.These methanotrophs have a large area of activity, extending around both sides of the red/ox interface in the water column. This wide distribution may partly explain the low quantity of methane released by the Lake Pavin. (...)CLERMONT FD-Bib.électronique (631139902) / SudocSudocFranceF

Consommation et digestion des végétaux

Le fonctionnement de notre biosphère dépend largement des interactions herbivores-plantes. C’est cette relation essentielle qui est décrite ici. La diversité du monde végétal, celle des phytophages stricts et occasionnels, ainsi que le panel de nutriments fournis aux animaux et à l’homme par les plantes sont également mis en évidence. En parcourant le cours de l’évolution, l’ouvrage montre comment les animaux ont adapté progressivement leur comportement et leur système digestif à la consommation des végétaux. Il souligne l’extrême diversité des micro-organismes des microbiotes intestinaux responsables de la digestion des polymères végétaux, la variété et l’originalité des mécanismes microbiens mis en jeu dans les processus digestifs. L’ouvrage propose, en outre, quelques pistes pour optimiser le fonctionnement des écosystèmes digestifs et leur impact sur la santé de l’hôte et sur l’environnement. Il souligne enfin l’absolue nécessité de préserver la diversité des relations plantes-animaux pour le futur de l’espèce humaine

Fibre-degrading microorganisms in the monogastric digestive tract

International audienc

La communauté procaryotique dans les zones anoxiques de deux écosystèmes lacustres (structure et diversité)

Les études présentées dans ce manuscrit traitent de la diversité et de l'écologie des communautés procaryotiques des zones anoxiques pélagiques de deux écosystèmes lacustres : le lac d'Aydat, typiquement eutrophe, qui présente en période de stratification thermique un hypolimnion anoxique ; et le lac Pavin, unique lac méromictique de France, exhibant une zone anoxique permanente. Ces travaux associent des approches d'écologie moléculaire (basées sur l'ARNr16S) et des approches culturales anaérobies visant à caractériser respectivement la diversté phylogénétique et métabolique des microorganismes de ces strates anoxiques. Les perspectives prévoient d'affiner la compréhension du rôle des microorganismes anaérobies des systèmes lacustres dans les cycles biogéochimiques et plus généralement du rôle de la biodiversité microbienne dans le fonctionnement global de ces écosystèmesCLERMONT FD-BCIU Sci.et Tech. (630142101) / SudocSudocFranceF

Establishment of cellulolytic bacteria and development of fermentative activities in the rumen of gnotobiotically-reared lambs receiving the microbial additive Saccharomyces cerevisiae CNCM I-1077

We studied the effects of a yeast additive used in ruminant nutrition on the establishment of cellulolytic bacteria, on plant cell wall degradation and on digestive functions in the rumen of gnotobiotically-reared lambs. Cellulolytic bacteria inoculated to the lambs tended to become established earlier in the presence of Saccharomyces cerevisiae CNCM I-1077 (SC). In addition, their population was maintained at a higher level, when the physico-chemical conditions of the biotope were altered. In these lambs, specific activities of fibrolytic enzymes were greater, and in sacco degradation of wheat straw tended to increase. In the presence of SC there was a decrease in ruminal ammonia concentration and a higher volatile fatty acid (VFA) concentration when lambs were 20 to 50 days old. These data suggest that this yeast strain may stimulate the development of cellulolytic microflora and enhance microbial activity in the rumen of young ruminants. Such activity could be beneficial in preventing microbial imbalance and a reduction of rumen function efficiency in the case of nutritional transitions. Further studies with conventional animals will soon be performed in order to verify these findings.Implantation de bactéries cellulolytiques et développement des activités fermentaires dans le rumen d'agneaux gnotobiotiques recevant l'additif microbien Saccharomyces cerevisiae CNCM I-1077. Les effets d'une levure utilisée en alimentation du ruminant ont été étudiés sur l'implantation des bactéries cellulolytiques, la dégradation des parois végétales et le fonctionnement du rumen d'agneaux gnotobiotiques. Les bactéries cellulolytiques inoculées aux agneaux se sont implantées plus précocément en présence de Saccharomyces cerevisiae CNCM I-1077 (SC). De plus, leur population s'est maintenue à un niveau plus élevé, même lorsque les conditions physicochimiques du biotope étaient modifiées. Chez ces agneaux, les activités spécifiques des enzymes fibrolytiques étaient plus élevées, et la dégradation in sacco de la paille de blé augmentée. En présence de SC, une moindre concentration d'azote ammoniacal ruminal et une plus forte concentration d'acides gras volatils (AGV) étaient mesurées chez les animaux âgés de 20 à 50 jours. Ces données suggèrent que la souche de levure peut stimuler le développement de la microflore cellulolytique et favoriser l'activité microbienne dans le rumen de jeunes animaux. Les déséquilibres microbiens et la baisse d'efficacité du fonctionnement ruminal pourraient donc être prévenus par l'utilisation de ce probiotique lors de transitions alimentaires. Des études complémentaires effectuées chez des agneaux conventionnels permettront dans un avenir proche de confirmer ces résultats

Effects and modes of action of live yeasts in the rumen

International audienceLive yeasts (Saccharomyces cerevisiae) are more and more widely used as feed additives for ruminants. They are considered as allochtonous microorganisms in the rumen environment, however, distributed daily to dairy cows or beef cattle they can survive in the digestive tract and interact with autochtonous microbial populations. The positive effects of yeast cells have been mainly demonstrated on growth and activity of fibre-degrading bacteria and fungi, on stabilisation of rumen pH and prevention of lactate accumulation, on ruminal microbial colonization and on the set up of fermentative processes during the pre-weaning period. Modes of action of yeast probiotics depend on their viability and stability in the rumen ecosystem. Up to now, the main modes of action identified are the supply of growth factors to rumen microorganisms, oxygen scavenging inducing more favourable conditions for the anaerobic communities, and nutritional competition with autochtonous ruminal species

Effects and modes of action of live yeasts in the rumen

International audienceLive yeasts (Saccharomyces cerevisiae) are more and more widely used as feed additives for ruminants. They are considered as allochtonous microorganisms in the rumen environment, however, distributed daily to dairy cows or beef cattle they can survive in the digestive tract and interact with autochtonous microbial populations. The positive effects of yeast cells have been mainly demonstrated on growth and activity of fibre-degrading bacteria and fungi, on stabilisation of rumen pH and prevention of lactate accumulation, on ruminal microbial colonization and on the set up of fermentative processes during the pre-weaning period. Modes of action of yeast probiotics depend on their viability and stability in the rumen ecosystem. Up to now, the main modes of action identified are the supply of growth factors to rumen microorganisms, oxygen scavenging inducing more favourable conditions for the anaerobic communities, and nutritional competition with autochtonous ruminal species

The establishment of rumen microbial communities

International audienc

Fate of Levucell® SC I-1077 yeast additive during digestive transit in lambs

International audienc

Dynamique de l'écosystème caecal au cours de la croissance du lapin : caractérisation à l'aide de sondes oligonucléotidiques

International audienc