Félicitations à Julie Hardy (MEB ) qui a soutenu sa thèse le 28 octobre 2021
Sur le sujet suivant :
"Etude du métatranscriptome de la digestion anaérobie : du développement bioinformatique à l'étude de la stabilité en conditions inhibitrices"
Directrice de thèse : Patricia Bonin, DR CNRS
Co directeur : Sébastien Lacroix, DR Véolia
Sur la photo de gauche à droite: Eric Trably, Patricia Bonin, Julie Hardy, ValérieMichotey, Sébastien Lacroix, Marion Leclerc et Eric Pelletier
Léa Cabrol était en visio du Chili
Résumé en français
La digestion anaérobie (DA) est un procédé de dégradation de la matière organique en absence d’oxygène qui conduit à la valorisation énergétique des résidus organiques sous forme de biogaz riche en méthane. L’optimisation de ces procédés nécessite une meilleure connaissance du fonctionnement des communautés complexes et de leur réponse fonctionnelle face à des perturbations. Un des principaux objectifs de cette thèse était la construction et la validation d’un pipeline bioinformatique dédié à l’analyse comparative de métatranscriptomes provenant de digesteurs anaérobies soumis à des perturbations.
Les approches méta-omiques basées sur le séquençage haut débit, produisent de grandes quantités de données, mettant leur traitement au défi. Un pipeline efficace pour analyser les fonctions des communautés microbiennes actives a été développé durant cette thèse. Le pipeline est conçu pour contrôler la qualité des séquences, éliminer l'ARNr, réaliser une annotation fonctionnelle des lectures en fonction de bases de données fonctionnelles et traiter l'analyse différentielle de l'expression génique. Son efficacité a été validée par l'analyse de données provenant (i) de communautés synthétiques, (ii) d'une étude métatranscriptomique précédente et (iii) de 7 échantillons en triplicats issus un méthaniseur expérimental continu (CSTR) dans lequel nous avons simulé différents épisodes de stress.
Pour éprouver le pipeline développé dans cette thèse, nous avons choisi d’étudier l’impact d’apports en ammonium sur le microbiome de la DA. En effet, pendant la digestion anaérobie (DA) des eaux usées riches en protéines, l'ammonium est libéré par la dégradation des acides aminés. Les concentrations élevées en ammonium sont bien connues pour perturber l'équilibre du microbiome de la DA, et entraînent une dégradation de l’activité méthanogénique.
Dans une étude préliminaire, nous avons appliqué des apports d’ammonium de concentration croissante (de 1,7 à 15,2 g N-NH4+ L-1) dans des systèmes réactionnels clos constitués d’eaux usées synthétiques, selon deux stratégies : (i) apports indépendants, et (ii) apports successifs. Les performances fonctionnelles, ainsi que la composition des communautés de microorganismes présents et transcriptionnellement actifs ont été analysées par séquençage d’amplicons d’ARNr 16S. Quelle que soit la stratégie d’ajout, la communauté active d’archées méthanogènes initialement enrichie en Methanosaeta subit des changements pour être ensuite enrichie par Methanosarcina et finalement par Methanoculleus au cours de l’augmentation de la teneur en NH4+. Une succession dynamique de bactéries productrices de précurseurs du CH4 (H2 et acides gras volatiles, AGV) et de bactéries oxydant syntrophiquement les AGVs a également été observée, très différente entre les deux stratégies d’ajout d’ammonium. A partir de ces données de métabarcoding nous pouvons émettre l’hypothèse d’un changement potentiel de métabolisme depuis une méthanogénèse réalisée par la voie acétoclaste vers l’oxydation syntrophique de l’acétate couplée à la méthanogénèse hydrogénotrophe lorsque la teneur en ammonium augmente.
Pour valider le pipeline métatranscriptomique et vérifier ces hypothèses, différentes perturbations opératoires, dont des apports croissants d’ammonium (entre 3,95 et 5,71 g/L), ont été appliquées à 2 CSTR produisant du CH4. Les performances du processus ont été évaluées par le suivi de la DCO (demande chimique en oxygène), du CH4 et des AGV pendant les 300 jours d'expérimentation. La structure de la communauté microbienne et sa réponse fonctionnelle ont été évaluées régulièrement, par métabarcoding et métatranscriptomique. Nous avons appliqué notre pipeline pour étudier les métatranscriptomes. L'analyse métabarcoding et métatranscriptomique suggère que le système anaérobie répond au stress en ammonium en reconstruisant les associations syntrophiques entre les méthanogènes acétoclastes et hydrogénotrophes et les oxydants d'acétate.