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New host-virus systems from deep sea hydrothermal vents
No full textNos connaissances sur la diversité virale associée aux micro-organismes présents dans les sources hydrothermales océaniques profondes restent encore limitées. Seules quelques études concernant l’abondance virale et l’impact de ceux-ci sur la mortalité microbienne dans ces écosystèmes sont disponibles. En effet, seuls 6 bactériovirus et 2 archéovirus provenant de ces écosystèmes ont été caractérisés à l’heure actuelle. Les deux archéovirus infectent des archées anaérobies hyperthermophiles appartenant à l’ordre des Thermococcales et ont été décrits au laboratoire.Afin d’étendre nos connaissances sur la diversité virale associée aux micro-organismes colonisant ces environnements, il a été décidé d’élargir les recherches à l’ordre bactérien des Thermotogales. Cet ordre bactérien est composé de bactéries chimio-organotrophes anaérobies en majorité thermophiles ou hyperthermophiles. De nombreux transferts latéraux de gènes ont contribué à l’histoire évolutive des Thermotogales supposant une forte implication des virus dans celle-ci. Ces travaux de thèse ont permis la caractérisation fonctionnelle et génomique de deux nouveaux siphovirus, MCV1 et MCV2, infectant deux souches de Marinitoga camini. Ces souches ont été isolées de deux sites hydrothermaux profonds (Menez Gwen et Lucky Strike) au niveau de la dorsale médio-atlantique. Ces virus mettent en oeuvre un cycle lysogénique avec une production basale sans induction relativement haute (>107 virions/ml). Une comparaison de ces deux génomes viraux à celui de MPV1, virus précédemment isolé de Marinitoga piezophila, a été réalisée, révélant la présence de nombreuses similarités. Un core genome de 35 ORFs partagé par ces trois génomes a été identifié, incluant des protéines impliquées dans le métabolisme de l’ADN, l’assemblage des virions et le cycle lysogénique. Des protéines hypothétiques ont aussi été identifiées parmi ces gènes communs, elles portent donc probablement des fonctions importantes pour ces bactériovirus. Par ailleurs, 60% des gènes de ces virus ayant une correspondance dans les bases de données, après exclusion des Thermotogales, partagent des similarités avec lesFirmicutes et les bactériovirus qui leurs sont associés. Le génome d’une autre Thermotogales, Thermosipho sp. AT1244-VC14 a été étudié ainsi que son système CRISPR-cas. Ces résultats indiquent que cette souche, qui porte un système CRISPR-cas qui semble complet et fonctionnel, a probablement déjà été infectée par MCV1, MCV2 ou un virus similaire. Ces travaux permettent d’étendre nos connaissances sur les virus portés par les bactéries du phylum Thermotogae, encore peu décrits à ce jour. Les éléments génétiques mobiles associés à ce phylum sont particulièrement intéressants car ils ont probablement eu un impact important dans l’évolution de ces communautés microbiennes ainsi que dans leur adaptation aux conditions physico-chimiques extrêmes et fluctuantes présentes dans les écosystèmes qu’elles colonisent.Our knowledge of the viral diversity associated to microorganisms inhabiting the deep-sea hydrothermal vents is still limited. Only a few studies have focused on viral abundance and impact on microbial mortality within these ecosystems. A limited number of viruses (6 bacterioviruses and 2 archaeoviruses) were isolated from these environments and characterized. Two viruses associated to hyperthermophilic anaerobic Archaea, from the Thermococcales order, have been described in our laboratory. In order to deepen our knowledge on the viral diversity of these extreme environments, we have extended our investigation to the bacterial order of Thermotogales. This order is composed of anaerobic chemoorganotrophic bacteria that are, for the most part, hyper/thermophilic. Numerous lateral gene transfers have contributed to the evolutionary history of the Thermotogales, implying the potential involvement of viruses. Here, we will report the characterization of two new siphoviruses MCV1 and MCV2 that infect two strains of Marinitoga camini. Those bacterial strains were isolated from two deep-sea hydrothermal vents sites (Menez Gwen and Lucky strike) in the Mid Atlantic Ridge. These viruses are temperate with a high basal production of virions (>107 virions/mL). Comparative genomics with MPV1, a virus isolated from M. piezophila, was performed and show that those bacterioviruses share numerous similarities. A set of “core genes” shared by all these three viruses was identified and includes proteins involved in DNA metabolism, head and tail assembly and lysogenic cycle. Shared hypothetical proteins were also identified, suggesting that these unknown proteins probably provide important functions for these viruses. Interestingly, for genes with blastp matches in Genbank, over 60% have their top matches, outside the Thermotoga, to genes from Firmicutes and bacterioviruses associated to Firmicutes. We also analyzed the genome of Thermosipho sp. 1244 and studied his CRISPR-cas system. Our results indicated that thisThermosipho strain, with a complete and functional CRISPR-cas system, had already been infected by MCV1, MCV2 or a similar virus. The analyses presented here extend our knowledges about these newly discovered viruses in the deeply branching bacterial phylum Thermotogae. This bacterial order and associated mobile genetic elements are significant for addressing long-term evolutionary adaptation to fluctuant and extreme physicochemical conditions
No
No full textDepuis la découverte des sources hydrothermales en 1977, un petit nombre d'études ont permis l'isolement et la caractérisation de micro-organismes pouvant résister à de hautes pressions et températures. Parmi ceux-ci, Pyrococcus yayanosii, une archée hyperthermophile de l'ordre des Thermococcales est issue du site Ashadze (dorsale medio-atlantique) à 4100 m de profondeur. Cette espèce représente le premier organisme à la fois hyperthermophile et piézophile strict décrit à ce jour. Elle ne peut en effet se diviser à des pressions inférieures à 20 MPa et sa pression optimale de croissance est de 52 MPa. Afin d'étudier les mécanismes que met en oeuvre cette espèce pour se développer sous hautes pressions, des expériences de transcriptomique (puces à ADN) et protéomique (LC-MS/MS) ont été entreprises à différentes pressions notamment sub- et supraoptimales. La distinction entre les effets « stress » et « adaptations » à la pression a été effectué en comparant les résultats obtenus chez une autre Thermoccocale proche, Pyrococcus furiosus, qui est piézosensible. La détermination des pressions sub et supra optimales a été préalablement effectuée sur une large gamme de pression hydrostatique. Des analyses génomiques ont aussi été effectuées sur les Thermococcales en général et ses deux espèces en particulier et montrent des différences importantes au niveau des voies de biosynthèse des acides aminés ainsi que des transporteurs membranaires. Les analyses transcriptomiques et protéomiquesmontrent que P. yayanosii joue essentiellement sur ses mécanismes de production d'énergie (métabolisme del'hydrogène), de mobilité (chimiotactisme), de traduction (protéines ribosomales) ainsi que sur ses mécanismes de défense (CRISPR/cas). P. furiosus met en place des mécanismes se basant aussi sur la traduction et la mobilité (archaellum). Il semble que ces derniers puissent ainsi être considérés comme des réponses aux stress, alors que la modulation énergétique uniquement présente chez P. yayanosii soit plus un « shift » métabolique permettant à la cellule de s'adapter aux différentes conditions de pression de son environnement.N
Electrochemical and molecular characterization of electroactive biofilms on stainless steel in marine environment
No full textLes microorganismes sont capables d'augmenter le potentiel libre des aciers inoxydables en eau de mer via un phénomène que l’on appelle anoblissement. Cette élévation de plusieurs centaines de millivolts du potentiel augmente le risque de corrosion localisé. L’anoblissement a été étudié pendant plus de 40 ans, et malgré son importance, les mécanismes microbiens responsables du phénomène n’ont pas été identifiés. Nous avons combiné l’écologie microbienne et l'électrochimie pour étudier la diversité des bactéries associées à l’anoblissement des aciers inoxydables. La température de l’eau de mer ainsi que la teneur en oxygène dissous sont des facteurs qui influencent l’anoblissement et nous les avons utilisés pour identifier la fraction bactérienne associée au changement de potentiel. L’anoblissement est inhibé par une température critique de l’eau de mer (au-dessus de 38°C/40°C) et par une teneur basse en oxygène dissous. A l’aide du séquençage d’amplicons ADN, nous avons identifié des unités taxonomiques opérationnels (OTUs) comme biomarqueurs de l’anoblissement. Certaines étaient affiliées à des bactéries capables de dégrader des hydrocarbures, et une OTU était affiliée à ‘Candidatus Tenderia electrophaga’, une bactérie électrotrophe capable de réduire l'oxygène avec des électrons provenant d’une électrode. Nous avons étudié le rôle de ces bactéries avec des conditions a potentiels fixés et libres avec une approche de métagénomique. Nous avons reconstitué un génome issu d’assemblage métagénomique (MAG) très proche de ‘Candidatus Tenderia electrophaga’ et associé à l'anoblissement. Avec ces résultats, nous avons proposé un nouveau mécanisme bactérien pour expliquer l’anoblissement : les bactéries électrotrophes seraient capables de réduire de l’oxygène avec des électrons provenant du film passif de l’acier inoxydable, et ainsi influencer le potentiel libre et donc l’anoblissement.Microorganisms increase the opencircuit potential of stainless Steel immersed in seawater in a phenomenon called ennoblement.This change of potential of several hundreds of millivolts raises the chance of localized corrosion.The ennoblement has been studied for more than 40 years, and despite the importance and impact of ennoblement, little is known about the microbial mechanisms responsible for the phenomenon. We have combined microbial ecology and electrochemistry to investigate the diversity of surface attached bacteria associated with stainless steel ennoblement. Seawater temperature and dissolved oxygen content are factors that influence the ennoblement and we used them to infer the bacterial fraction associated with the phenomenon. The ennoblement is inhibited by a critical seawater tempzrature (above 38°C/40°C) and low dissolved oxygen content.With DNA amplicon sequencing, we identified operational taxonomie units (OTUs) that were biomarkers of the ennoblement. There were some OTUs affiliated to hydrocarbon degrading bacteria, and one OTU affiliated to ‘Candidatus Tenderia electrophaga’, an electrotrophic bacteria able to reduce oxygen with electrons from an electrode.We investigated the role of electrotrophic bacteria with potentiostatic and open circuit conditions and with metagenomics we recovered a metagenome assembled genome (MAG) very close to 'Candidatus Tenderia electrophaga’ associated with the ennoblement.From these results, we proposed a new bacterial mechanism to explain the ennoblement : electrotrophic bacteria would be able to reduce oxygen with électron drawn from the stainless steel passivation film, hence influencing the open circuit potential and therefore the ennoblement
Bio-production d’H2 à haute température chez des modèles de Thermococcales : bases pour des solutions de haute pression optimisées (HPBioHyd)
No full textL’H2, vecteur d’énergie prometteur, peut être synthétisé par les Thermococcales. La haute pression (HP) influencerait le métabolisme associé, mais n’a pas été envisagée en pratique. Après criblage d’isolats pour dégradations de substrats et productions d’H2, T. barophilus MPT, croissant préférentiellement à 40 MPa, a été choisi comme modèle, et sa fermentation a été décrite dans un contexte appliqué. Des méthodes HP ont été optimisées pour étudier l’H2. Un bioréacteur de 400mL de culture continue a été amélioré, maintenant des fluides corrosifs à HP hydrostatique (jusqu’à 120 MPa) et gazeuse (jusqu’à 40 MPa) jusqu’à 150 °C. Il a permis de mesurer la production d’H2 de notre souche à HP gazeuse. Un tube compressible pour culture discontinue à phase gaz étanche a été inventé, et a servi à mesurer la production d’H2 de T. barophilus en HP hydrostatique. Le métabolisme HP de la souche a été étudié grâce à des délétions préalables de gènes clés (mbh, mbs, co-mbh, shI, shII). Les rôles des enzymes liées ont été précisés via des mesures de croissances, produits (H2, H2S, acétate) et expressions génétiques des mutants, à 0,1 et 40 MPa. La tolérance à l’H2 de T. barophilus a été augmentée par évolution adaptative en laboratoire.« Evol », la souche fille acclimatée durant 76 générations à une saturation d’H2, a crû dans 10% d’H2, contrairement à la souche mère. Pour comprendre ces adaptations, les produits (H2, H2S, acétate), transcriptomes et génomes des deux souches ont été comparés. Avec 119 mutations génomiques, le métabolisme de l’H2 a été modifié dans le variant. Ce projet souligne l’intérêt du caractère piézophile des Thermococcales dans la bio-production d’H2 et permet de proposer des stratégies d’H2 et permet de proposer des stratégies d’optimisation.H2, a promising energetic vector, can be synthesized by Thermococcales. High pressure (HP) could influence the associated metabolism, but was not practically considered. After having screened isolates for assets in substrate degradation and H2 yields, T. barophilus MPT, growing optimally at 40 MPa, was chosen as a model and its metabolism was characterized in an applied context. Methods for HP culture were optimized for H2 studies. Our HP bioreactor for continuous culture underwent major improvements. This 400 mL container, able to maintain corrosive fluids at hydrostatic (up to 120 MPa) and gas (up to 40 MPa) pressures, at up to 150 °C, served to assess H2 production of our strain at high gas pressure. We also created a compressible device for discontinuous leak-free gas-phase incubations, allowing to measure T. barophilus HP H2 production (hydrostatic). HP adaptations of T. barophilus were observed thanks to previous deletions of key genes (mbh, mbs, co-mbh, shI, shII).We refined the roles of each concerned enzyme by assessing growths, end-products (H2, H2S, acetate), and gene expressions of the mutants, at 0.1 and 40 MPa. Additionally, we enhanced H2 tolerance in our model by adaptive laboratory evolution. “Evol”, the ensuing strain acclimatized to H2-saturating conditions for 76 generations, grew in 10% H2, contrarily to the parent strain. To understand such adaptation, we compared both strains’ end-products (H2, H2S, acetate), transcriptomes, and genomes.119 mutations were detected and the H2 metabolism was changed in the new variant. This work underlines the interest of Thermococcales’ piezophily for H2 bio-production and permits to propose optimization strategies
Adaptation to high hydrostatic pressure : disruption of a hydrogenase gene clusters in a piezo-hyperthermohilic archaeon Thermococcus barophilus
No full textDans cette étude, les adaptations physiologiques aux hautes pressions hydrostatiques ont été étudiées après délétion de groupes de gènes codant pour les hydrogénases chez Thermococcus barophilus. Cette archée piézo-hyperthermophile isolée au niveau du site hydrothermal "Snakepit" à 3 550 mètres de profondeur a pour pression optimale 40 MPa ; des études trancriptomiques antérieures ont mis en évidence la sur-expression de certains gènes codants pour les hydrogénases sous des conditions de pressions sub et supra optimales (0,1 et 70 MPa). Ici, nous essayons de déterminer le rôle précis de chaque enzyme dans l'adaptation aux HPH en utilisant l'outil génétique récemment développé au laboratoire chez cette archée. Ce système génétique repose sur un double évènement de recombinaison successif afin d'obtenir des mutants de délétion et sur l'utilisation de la Simvastatine et de la 6-méthylpurine (6-MP) comme marqueur de sélection. Cette méthode a ensuite été utilisée pour déléter deux sulfhydrogénases cytosoliques (SHI et SHII) et des hydrogénases membranaires (Mbh, Mbh-Codh et Mbx). L'utilisation de la 6-méthylpurine pour la sélection négative a considérablement diminué le nombre de faux positifs avec un taux de 30% contre 80% obtenu avec le 5-FOA l'ancien marqueur de sélection négatif. Les premières études phénotypiques des souches mutantes sous haute pression hydrostatique confirment le rôle majeur des hydrogénases.The deep sea representing a significant portion of the terrestrial biosphere but still very little studied and many questions remain about organisms that live in this ecosystems including their diversity and adaptibility. At this depth Hydrostatic pressure is the major physical parameter. In this study, physiological adaptations to HHP were investigated after genetic deletion of hydrogenase clusters in T.barophilus. This archea piezo-hyperthermophilic was isolated at 3550m from a hydrothermal vent site; indeed, previous transcriptomic experimented have highlighted the over-expression of genes encoding hydrogenases under sub and supra-optimal HHP using the recent genetic system available for this archaeon. This gene disruption system is based on single and double crossover events to obtain makerless deletion mutants and used simvastatin and 6-MP for selection and counterselection respectively. In this study we developped firstly a new way of selection for the genetic disruption system using 6-methylpurine for negative selection. This method was then used to delete two cytoplasmic sulfhydrogenases (SHI and SHII) and membrane bound hydrogenases (Mbh, Mbh-Codh, Mbx). Using 6-methylpurine for negative selection to inverted the rate of false positives pop-out clones from 80% obtained with 5-FOA to 10% and the first phenotypic studies of mutants strains under HHP show the impact of hydrogenase on culture growth and hydrogen production
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Removal mechanisms of embedded ribonucleotides in archaeal DNA
No full textLes ribonucléotides (rNMPs) sont les dommages à l’ADN les plus fréquents. Lorsqu’ils sont incorporés dans l’ADN les rNMPs peuvent avoir un rôle bénéfique de signal. En revanche, s’ils ne sont pas éliminés de l’ADN, ils peuvent causer des instabilités génomiques. Une des principales sources d’incorporation des rNMPs dans l’ADN sont les ADN polymérases dans les trois domaines du vivant. Nos modèles, les Archaea Pyrococcus abyssi et Thermococcus barophilus, possèdent 2 ADN polymérases réplicatives appartenant à la famille B (PolB) et à la famille D (PolD).Notre objectif est d’étudier les mécanismes permettant l’élimination des rNMPs de l’ADN. Premièrement, nous avons étudié la contribution de l’activité exonucléase de PolB et PolD pour l’élimination des rNMPs. Les résultats montrent que l’activité 3’-5’ exonucléase de PolD est plus efficace pour corriger des rNMPs nouvellement incorporés à l’extrémité des amorces comparativement à PolB. Selon nos données de structure, cette différence n’est pas due à une contrainte physique du rNMP dans le site actif exonucléase. Nous avons ensuite étudié la voie de réparation par excision des ribonucléotides (RER) des Archaea in vitro et in vivo.Nos résultats démontrent que la voie RER est efficace pour corriger les rNMPs appariés et mésappariés. PolB et PolD peuvent être impliquées dans la voie RER, PolB est plus efficace pour l’élimination d’un rNMP apparié alors que PolD serait plus efficace pour corriger un rNMP mésapparié. Nous avons également proposé une voie RER alternative impliquant l’activité 5’-3’ exonucléase de Fen1.Pour finir, nous avons déterminé les concentrations des nucléotides intracellulaires de Thermococcus barophilus, Haloferax volcanii et de leur mutants RNase H afin d’évaluer une possible variation du contenu en nucléotides.Ribonucleotides (rNMPs) are the main non-canonical nucleotides into genomic DNA. Embedded rNMPs in DNA can be used as a positive signal. However, if rNMPs are not removed from the DNA they can cause genomic instabilities.One of the main rNMP incorporation source into DNA are the DNA polymerases of the three domains of life. Our models, the Archaea Pyrococcus abyssi and Thermococcus barophilus possess 2 replicative DNA polymerases belonging to the Bfamily (PolB) and the D-family (PolD). We aimed to study the removal mechanisms of embedded ribonucleotides in DNA. First, we studied the contribution of proofreading exonuclease activity of PolB and PolD on rNMP processing. The results indicate that the 3’-5’ exonuclease activity of PolD is more efficient in editing newly inserted rNMP at terminal primers than PolB. According to our structural data, this difference cannot be accounted by physical constraint of rNMP into the exonuclease active site. We then studied the archaeal Ribonucleotide Excision Repair (RER) pathway in vitro and in vivo. Our data demonstrate that RER pathway is efficient to correct both matched and mismatched rNMP. Both PolB and PolD can be involved in RER, PolB is more efficient for matched rNMP removal whereas PolD seems more efficient to correct mismatched rNMP. We also suggested an alternative RER pathway involving the 5’-3’ exonuclease activity of Fen1. Finally, we determined the intracellular nucleotide concentration of Thermococcus barophilus, Haloferax volcanii and their relative RNase H mutants to assess the effect of RNase HII deletion on the nucleotide pool variation
Biology and ecology of microorganisms disproportionating inorganic sulfur compounds in oceanic hydrothermal vents and submarine volcanoes
No full textLes cheminées hydrothermales océaniques profondes sont des environnements chimiosynthétiques dans lesquels les composés soufrés sont abondants. Le soufre est un élément essentiel à la vie, notamment microbienne et est impliqué dans la synthèse de macromolécules complexes. Ce composé peut aussi être utilisé comme source d'énergie et être transformé au travers de différents métabolismes du cycle du soufre. Parmi les métabolismes sous-documentés du cycle du soufre figure la dismutation des composés inorganiques soufrés. L'objectif de cette thèse était de caractériser la(les) voies de dismutation du soufre, les microorganismes mettant en œuvre ce métabolisme et les influences environnementales associées à ce processus. L'étude du génome de microorganismes sulfo-dismutants a permis d’identifier une petite protéine potentiellement impliquée dans ce métabolisme. Des prédictions thermodynamiques ont montré que le métabolisme de dismutation du soufre serait suffisamment énergétique dans l’écosystème hydrothermal pour y supporter la vie. Nous avons également montré que des microorganismes métabolisant les composés inorganiques soufrés et mettant en œuvre la dismutation du soufre étaient présents dans un écosystème volcanique unique. Des recherches ont permis de déterminer que des microorganismes isolés de l’écosystème hydrothermal sont capables de catalyser la formation de minéraux sulfurés et que leur métabolisme, leur physiologie et leur production de minéraux sulfurés est affectée par la présence d’hydroxyde de fer.Deep sea hydrothermal vents are chemosynthetic-based environments in which sulfur compounds are abundant. Sulfur is an essential element for life, particularly microbial life, and is involved in the synthesis of complex macromolecules. This compound can also be used as a source of energy and transformed through various metabolisms of the sulfur cycle. One of the under-documented metabolisms of the sulfur cycle is the disproportionation of inorganic sulfur compounds. The aim of this PhD thesis was to decipher the sulfur disproportionation pathway(s), the microorganisms using this metabolism and the environmental influences associated with this process. By studying the genome of ulfur disproportionating microorganisms it has been possible to identify a small protein potentially involved in this metabolism. Thermodynamic predictions have shown that the metabolism of sulfur disproportionation is sufficiently energetic in the hydrothermal ecosystem to support life. We also showed that microorganisms metabolizing inorganic sulfur compounds and performing sulfur disproportionation were present in a unique volcanic ecosystem. We demonstrated that some microorganisms isolated from the hydrothermal vent ecosystem are capable of catalyzing sulfide minerals formation and that their metabolism, physiology and sulfide mineral production are affected by the presence of iron hydroxide
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