Sylvia Thieffry

Résumé

            L’agriculture conventionnelle repose sur l’utilisation massive d’intrants chimiques dont font notamment partie les pesticides et les antibiotiques vétérinaires. La contamination des sols, des eaux de surface et souterraines par ces composés et leurs intermédiaires de dégradation a des effets néfastes sur les organismes y vivant et sur les fonctions et services écosystémiques auxquels ils contribuent. Par conséquent, le développement d’approches de bioremédiation, s’appuyant sur l’utilisation des capacités de biodégradation des xénobiotiques de certaines guildes bactériennes, pourrait être une solution innovante pour réduire la persistance de ces substances néfastes dans l’environnment. A cette fin, la bioaugmentation à l’aide de communautés microbiennes complexes a été proposée comme une alternative plus efficace que l’inoculation d’une seule souche, mais de nombreuses questions de recherche restent à élucider quant aux méthodes de construction de ces communautés microbiennes.

            Cette thèse a pour objectif d’évaluer la possibilité d’utiliser les concepts et outils développés pour la sélection génomique afin de construire des communautés multi-dégradantes et de transférer, ou introgresser, ces fonctions de dégradation dans des environnements contaminés.

            Nous avons dans un premier temps apporté la preuve de concept de la faisabilité de cette approche

en nous focalisant sur la dégradation de deux herbicides, le glyphosate (GLY) et l’isoproturon (IPU), et en tentant d’introgresser ces capacités de dégradation dans un sol cible non dégradant. Outre la bonne performance des méthodes de prédiction, l’ajout de la capacité de dégradation de l’IPU dans le sol cible a rencontré un franc succès, contrairement aux résultats plus mitigés rencontrés avec le GLY.

            Nous avons ensuite étendu l’approche à un autre xénobiotique, la sulfaméthazine (SMZ), un antibiotique vétérinaire, et à un autre environnement cible, les sédiments. A l’aide de modèles de régressions linéaires pénalisées et de forêts aléatoires, nous avons prédit avec succès les capacités de dégradation de communautés microbiennes sur la base de leur composition. Ces méthodes de prédiction nous ont permis d’étudier "l’architecture microbienne" des capacités de dégradation, par analogie avec l’architecture génétique des traits phénotypiques.

            Sur la base de ces résultats, nous avons sélectionné et mélangé des communautés microbiennes dans le but de construire une communauté multi-dégradante. A l’aide d’une expérience de coalescence, nous avons cherché à déterminer les propriétés des communautés parentales et les conditions environnementales impactant l’efficacité de dégradation des communautés coalescées. Nous avons montré que le maintien des fonctions de dégradation de la SMZ nécessitait l’apport de SMZ au moment de la coalescence, traduisant probablement l’inductibilité de la fonction par la molécule. En revanche la capacité de dégradation de l’IPU est maintenue dans les communautés coalescées, même en absence d’IPU. De plus, l’analyse des communautés coalescées nous a permis de qualifier cette coalescence de modulaire et de souligner l’importance de la distance compositionnelle entre communautés parentales pour le succès de l’approche.

            Dans l’ensemble, ces travaux ont démontré l’intérêt de l’approche proposée. Cette dernière a notamment permis une meilleure compréhension à la fois de l’architecture microbienne de la dégradation de xénobiotiques et du processus de coalescence entre communautés microbiennes. Les points de convergence et les limites dans l’analogie entre génotype/phénotype et composition des communautés/fonction sont discutés. Certaines communautés microbiennes multi-dégradantes construites au cours de cette thèse ont pu être évaluées dans des sols et sédiments contaminés et ont démontré, dans la majorité des cas testés, de meilleures performances de dégradation des polluants que des souches dégradantes précédemment isolées.

 Jury de Thèse: 

- Isabelle Batisson, rapportrice, professeure à l'université Clermont-Auvergne

- Thibault Nidelet, rapporteur, chargé de recherche à l'INRAE Occitanie-Montpellier

- Michel Chalot, examinateur, professeur à l'université Marie et Louis Pasteur

- Christine Dillmann, examinatrice, professeure à l'université Paris-Saclay

- Murielle Rochelet, examinatrice, professeure à l'université Bourgogne-Europe

- Aymé Spor, co-directeur de thèse, chargé de recherche à l'INRAE Dijon

- Julie Aubert, ingénieure de recherche à l'université Paris-Saclay, membre invitée

- Mathieu Siol, chargé de recherche à l'INRAE Dijon, membre invité