Protist paleoecology from biological archives of the marine coastal ecosystems

La composition des communautés de protistes et leur dynamique temporelle sont traditionnellement étudiées en analysant des séries de données de surveillance/observation dont la mise en place est relativement récente (≤40 ans). Dans cette étude, nous avons analysé les traces biologiques (formes de résistance et ADN ancien) préservés dans des sédiments couvrant une échelle temporelle d’environ 150 ans afin d’étudier les changements de la composition et la dynamique temporelle des protistes marins, principalement dans deux écosystèmes estuariens de la rade de Brest (Bretagne, France). Les analyses de metabarcoding montrent que seulement une partie minoritaire (16-18%) de la richesse des protistes (#OTUs) des sédiments superficiels est retrouvée dans les sédiments profonds et que la plupart des protistes présents dans les sédiments anciens sont connus pour être capables de produire des formes de résistance. La composition des communautés de protistes étaient différenciées en deux principales paléocommunautés (avant/après 1950), suggérant une biodiversité spécifique à chaque période. Les abondances relatives des dinoflagellés ont montré une tendance à la baisse depuis les années 70’ et les genres Alexandrium et Gonyaulax ont montré une dynamique opposée en termes d’abondance relative à travers le temps. Les données paléogénétiques (PCR en temps réel) suggèrent qu’A. minutum est présente dans la rade depuis au moins 1873 ± 7 et qu’au cours des derniers 150 ans, l’espèce est devenue envahissante, proliférant dans la rade seulement ces dernières années. De plus, Les données de PCR en temps réel suggèrent que la partie sud-est de la rade, où des sédiments à typologie vaseuse sont plus abondants, est potentiellement plus favorable à l’accumulation des kystes de l’espèce. Les analyses écophysiologiques (taux de croissance, taux de consommation de phosphore, biomasse maximale atteinte) réalisés sur des souches de dinoflagellés (A. minutum et Scrippsiella donghaienis) obtenues par germination montrent une forte variabilité phénotypique intraspécifique au sein des deux espèces et dans les deux milieux étudiés. Les résultats de ces travaux de thèse contribuent au domaine de la recherche en paléoécologie sédimentaire, montrant les avantages et les limites de cette approche pour révéler des patrons biologiques encore peu explorés.The community composition of protist and their temporal dynamic are are traditionally studied by analyzing data sets of monitoring/observation networks, whose implementation is however relatively recent (≤40 years). In this study, we analyzed the biological traces (resting stages and ancient DNA) preserved in sediments covering a time scale of 150 years in order to study changes in the composition and the temporal dynamics of marine protists, focusing mainly on two estuarine ecosystems of the Bay of Brest (Brittany, France). Metabarcoding analyses showed that only a minor part (16-18%) of the protists richness (#OTUs) of superficial sediments is retrieved in deep sediments, and that most of the protists found in ancient sediments are known to produce resting stages. Two main paleocommunities were differentiated (before/after 1950), suggesting the existence of a distinct and specific biodiversity for the identified periods. The relative abundances of dinoflagellates showed a decreasing trend since the 70s' and Alexandrium and Gonyaulax genera showed an opposite dynamic in terms of relative abundance over the time. Paleogenetic data (real-time PCR) suggest that A. minutum is present in the Bay of Brest since at least 1873 ± 7 and that, across a time scale of about 150 years, the species has proliferated only recently in the estuaries of the bay. Moreover, real-time PCR data suggest that the south-eastern part of the bay, where muddy sediment are more abundant, is potentially more favorable for the accumulation of the species cysts. Ecophysiological analyses (growth rate, phosphorus assimilation rate, and maximal biomass attained) performed on dinoflagellate strains (A. minutum and Scrippsiella donghaienis) showed a strong phenotypic intraspecific variability for both species and for both analyzed media. The results of this thesis work contribute to the research in sedimentary paleoecology, showing the advantages and limits of this approach to reveal still underexplored biological patterns

Paléoécologie des protistes à partir d'archives biologiques provenant d'écosystèmes marins côtiers

The community composition of protist and their temporal dynamic are are traditionally studied by analyzing data sets of monitoring/observation networks, whose implementation is however relatively recent (≤40 years). In this study, we analyzed the biological traces (resting stages and ancient DNA) preserved in sediments covering a time scale of 150 years in order to study changes in the composition and the temporal dynamics of marine protists, focusing mainly on two estuarine ecosystems of the Bay of Brest (Brittany, France). Metabarcoding analyses showed that only a minor part (16-18%) of the protists richness (#OTUs) of superficial sediments is retrieved in deep sediments, and that most of the protists found in ancient sediments are known to produce resting stages. Two main paleocommunities were differentiated (before/after 1950), suggesting the existence of a distinct and specific biodiversity for the identified periods. The relative abundances of dinoflagellates showed a decreasing trend since the 70s' and Alexandrium and Gonyaulax genera showed an opposite dynamic in terms of relative abundance over the time. Paleogenetic data (real-time PCR) suggest that A. minutum is present in the Bay of Brest since at least 1873 ± 7 and that, across a time scale of about 150 years, the species has proliferated only recently in the estuaries of the bay. Moreover, real-time PCR data suggest that the south-eastern part of the bay, where muddy sediment are more abundant, is potentially more favorable for the accumulation of the species cysts. Ecophysiological analyses (growth rate, phosphorus assimilation rate, and maximal biomass attained) performed on dinoflagellate strains (A. minutum and Scrippsiella donghaienis) showed a strong phenotypic intraspecific variability for both species and for both analyzed media. The results of this thesis work contribute to the research in sedimentary paleoecology, showing the advantages and limits of this approach to reveal still underexplored biological patterns.La composition des communautés de protistes et leur dynamique temporelle sont traditionnellement étudiées en analysant des séries de données de surveillance/observation dont la mise en place est relativement récente (≤40 ans). Dans cette étude, nous avons analysé les traces biologiques (formes de résistance et ADN ancien) préservés dans des sédiments couvrant une échelle temporelle d’environ 150 ans afin d’étudier les changements de la composition et la dynamique temporelle des protistes marins, principalement dans deux écosystèmes estuariens de la rade de Brest (Bretagne, France). Les analyses de metabarcoding montrent que seulement une partie minoritaire (16-18%) de la richesse des protistes (#OTUs) des sédiments superficiels est retrouvée dans les sédiments profonds et que la plupart des protistes présents dans les sédiments anciens sont connus pour être capables de produire des formes de résistance. La composition des communautés de protistes étaient différenciées en deux principales paléocommunautés (avant/après 1950), suggérant une biodiversité spécifique à chaque période. Les abondances relatives des dinoflagellés ont montré une tendance à la baisse depuis les années 70’ et les genres Alexandrium et Gonyaulax ont montré une dynamique opposée en termes d’abondance relative à travers le temps. Les données paléogénétiques (PCR en temps réel) suggèrent qu’A. minutum est présente dans la rade depuis au moins 1873 ± 7 et qu’au cours des derniers 150 ans, l’espèce est devenue envahissante, proliférant dans la rade seulement ces dernières années. De plus, Les données de PCR en temps réel suggèrent que la partie sud-est de la rade, où des sédiments à typologie vaseuse sont plus abondants, est potentiellement plus favorable à l’accumulation des kystes de l’espèce. Les analyses écophysiologiques (taux de croissance, taux de consommation de phosphore, biomasse maximale atteinte) réalisés sur des souches de dinoflagellés (A. minutum et Scrippsiella donghaienis) obtenues par germination montrent une forte variabilité phénotypique intraspécifique au sein des deux espèces et dans les deux milieux étudiés. Les résultats de ces travaux de thèse contribuent au domaine de la recherche en paléoécologie sédimentaire, montrant les avantages et les limites de cette approche pour révéler des patrons biologiques encore peu explorés

Microsatellite instability detection in breast cancer using drop-off droplet digital PCR

International audienceThe use of conventional methods (immunohistochemistry, pentaplex PCR) for detecting microsatellite instability (MSI), a predictive biomarker of immunotherapy efficacy, is debated for cancers with low MSI prevalence, such as breast cancer (BC). We developed two multiplex drop-off droplet digital PCR (ddPCR) assays targeting four microsatellites, initially identified from public BC whole-genome sequencing dataset. Performances of the assays were investigated and 352 tumor DNA and 28 circulating cell-free DNA from BC patients, with unknown MSI status were blindly screened. Cross-validation of ddPCR MSI status with other MSI detection methods was performed. We then monitored circulating tumor DNA (ctDNA) dynamics before and during pembrolizumab immunotherapy in one patient with MSI-high (MSI-H) metastatic BC. The assays showed high analytical specificity and sensitivity (limit of detection = 0.16%). Among N = 380 samples, seven (1.8%) were found as MSI-H by ddPCR with six of them confirmed by next-generation sequencing (NGS). Specificity was 100% in N = 133 microsatellite stable BC submitted to NGS. In the patient with MSI-H metastatic BC, ctDNA monitoring revealed an early decrease of microsatellite mutant allelic frequencies during immunotherapy. These results demonstrated MSI detection by ddPCR, a non-invasive, fast and cost-effective approach, allowing for large pre-screening of BC patients who may benefit from immunotherapy