Caractérisation de Nanoparticules planctoniques autOréplicatives … · 2019-04-12 · Caractérisation de Nanoparticules planctoniques autOréplicatives inédites : exploration

Caractérisation de Nanoparticules planctoniques autOréplicatives inédites :

exploration des LIMItes du vivant en environnemenT aquatique.

C NO LIMIT

Journée de restitution du défi X-LIFE mardi 12 février 2019

Mission pour l’Interdisciplinarité

Défi X-lifeAAP 2018

J. Colombet, H. Billard, B. Viguès, M. Fuster, T. Sime-Ngando

Journée de restitution du défi X-LIFE

Projet : C No LIMIT

Contexte

Mostajir et al. 2012

CLASSES DE TAILLE DU PLANCTON

FEMTO-PLANCTON

- Particules minéralo-organiques biomimétiques (PMOB)

- Ultramicro-procaryotesPelagibacter ubique

Natu

re, 4

20, 8

06 − 8

10

120

x 37

0 nm

Scientific reports, 6, 28817

J Colo

mbet

- Virus, vésicules extracellulaires

Researc

hin

Mic

robio

logy, 1

59, 3

90-3

99

1


Projet : C No LIMIT

Contexte

Mostajir et al. 2012

CLASSES DE TAILLE DU PLANCTON

FEMTO-PLANCTON

- Particules minéralo-organiques biomimétiques

- Virus, vésicules extracellulaires

- Ultramicro-procaryotes

Viva

ntN

on v

ivan

t

?

Biovolume > 0,008µm3 (diamètre sphère 250 nm) nécessaire pour accueillir ADN, ARN, lipides, protéines, ribosomes, enzymes… :

- 1 ribosome : sphère 50-60nm

- ADN 0,878Mb : 0,001 µm3 …

Biovolume < 0,008µm3

Non auto réplicantePas de croissance

2


Projet : C No LIMIT

Contexte

LES NANOBES

- Volume < 0,008µm3

- Auto-réplicantes, capacité de croissance

- Morphologiquement semblables aux bactéries, amibes, champignons…

- Se développent en biofilm sur sédiments anciens, particules minérales, comètes martiennes, dans les fluides humains ou animaux …

- Formes de vie primitive? Pas de génome séquencé, pas de métabolisme avéré

Sediment Petrol 63:990–999.

Sédiments anciens et roches

Am J Physiol 287:H1115–H1124.

Fluides humains et animaux

Comète Martienne

Science. 273 (5277): 924–930.

Grains de sable

American Mineralogist, 83, 1541-1550

3


Projet : C No LIMIT

Contexte

- > 0,008 µm3, biovolume proche du minimum théorique

- Organisation cellulaire très particulière : réduction importante des voies de biosynthèse et de conservation d’énergie = métabolisme atypique et minimaliste

- Large diversité phylogénétique et prévalence en milieu aquatique

- Rôle écologique potentiellement majeur

Les milieux pélagiques pourraient être des réservoirs d’entités viables méconnues inférieures à la limite du volume théorique etdont l’importance fonctionnelle reste à déterminer.

LES CPR (nanobacteria), DPANN (nanoarchaea)

Nanoarcheum equitans

Nature 417, 63-67

400

nm d

iam

120

x 37

0 nm

Cell 172, 1181-1197

CPR, DPANN

4


Projet : C No LIMIT

Contexte

Aucune observation en milieu aquatique pélagique de particule auto-réplicante ou capable de croître de manière extracellulaire < 0,008 µm3 non cristalline.

5


Projet : C No LIMIT

ContextePREMIÈRES OBSERVATIONS DANS UN LAC HYPER EUTROPHE

Aster Like Nanoparticles = ALN

- Taille : 80 - 500 nm

- Volume : < 0,001 µm3

6


Projet : C No LIMIT

Objectifs du projet

CARACTÉRISER/PRÉCISER LA STRUCTURE, LA NATURE, LA DIVERSITÉ, L’ONTOGÉNÈSE ET L’ÉCOLOGIE DES ALNS

1- Préciser la nature (biotique/abiotique) et la capacité de croissance et/ou de multiplication autonome

Questions fondamentales: Limites du vivantExistence de formes viables atypiques Evolution de la vie?

2- Rechercher l’existence d’un support d’hérédité (acides nucléiques) et répondre à la question sous-jacente de l’existence d’un métabolisme.

4- Estimer leur diversité, distribution et universalité

3- Etude de leur rôle écologique / interactions microbiennes

7


Projet : C No LIMIT

Consortium



Génom

ique

Min

éral

ogie

8


Projet : C No LIMIT

Résultats 1

1: PRÉCISER LA NATURE (BIOTIQUE/ABIOTIQUE) ET LA CAPACITÉ DE CROISSANCE ET DE MULTIPLICATION AUTONOME

Les ALNs sont des entités pléiomorphes originales

- Caractérisation en MET classique :

3 morphotypes dominants + « bourgeonnement »

4-10

bra

s11

bra

s20

bra

s

110 nm0,000055 µm3

333 nm0,00057 µm3

439 nm0,0014 µm3

9


Projet : C No LIMIT

Résultats 1

Les ALNs sont des entités organisées autour d’un corps central et présentent une paroi

- Caractérisation en SEM et MET (cryo., coupes)

10


Projet : C No LIMIT

Résultats 1

Les ALNs sont des entités bio-organiques

- Caractérisation en MET : Analyse chimique en EFTEM/EELS

Pas un carbonates

Pattern de diffraction = structure amorphe, non cristalline

11


Projet : C No LIMIT

Résultats 1

Les ALNs ont une capacité de développement autonome et sont sensibles à des traitements biocides

Dynamique des ALNs et de ces variantsmorphologiques sans hôtes potentiels

- Capacité de développement

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Sensibilité au chauffage et antibiotique


Projet : C No LIMIT

Résultats 1

Les ALNs sont des entités originales :

- Planctoniques- Formes et biovolumes inédits- Pléiomorphes, capacité de croissance- Nature bio-organique- Développement en conditions axéniques- Sensibles aux traitements chauffage et

antibiotiques

Aucune correspondance avec des femtoparticules décrites (virus, PMOB, procaryotes, nanobes…)

Support d’hérédité génétique?

1- Préciser la nature (biotique/abiotique) et la capacité de croissance et/ou de multiplication autonome

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Projet : C No LIMIT

Résultats 2

Les ALNs ont un marquage positif au SYBR GI

ALNs identifiables sur la base d’un marquage des acides nucléiquesInterférence avec le virioplancton

2: RECHERCHER L’EXISTENCE D’UN SUPPORT D’HÉRÉDITÉ (ACIDES NUCLÉIQUES) ET RÉPONDRE À LA QUESTION SOUS-JACENTE DE L’EXISTENCE D’UN MÉTABOLISME.

14


Projet : C No LIMIT

Résultats 2

Identification d’ADN?

√ Purification >99%

√ Extraction ADN

√ Amplification positive

Séquençage, analyse en cours

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Projet : C No LIMIT

Résultats 33: ETUDE DE LEUR RÔLE ÉCOLOGIQUE / INTERACTIONS MICROBIENNES

Les ALNs montrent une dynamique écosystémique temporelle

Suivi mensuel en cours sur 3 lacs, exemple du lac des Fargettes

Les abondances et le pléomorphisme des ALNs sont soumis à des paramètres de forçages environnementauxExistence d’une forme de maintien?

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Projet : C No LIMIT

Résultats 3

Les ALNs interagissent avec leur environnement microbien

Association par contact : mutualisme, parasitisme…?

ALN

sx 10

e6 mL

-1

Proc

aryo

tes

x 10

e7 m

L-1

Relations étroites avec les populations procaryotesAucun lien avec l’environnement physico-chimique

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Projet : C No LIMIT

Résultats 3

3- Etude de leur rôle écologique / interactions microbiennes

Les ALNs sont des entités originales montrant :

- Une dynamique éco systémique saisonnière marquée- Des abondances ponctuellement très élevées- Une forme de maintien- Une relation étroite avec leur environnement, notamment

biologique

Rôle écologique ?

18


Projet : C No LIMIT

Résultats 4

4- ESTIMER LEUR DIVERSITÉ, DISTRIBUTION ET UNIVERSALITÉ

Régionale (Puy de Dôme) Internationale

France

Sénégal

Vietnam

ALN

sx

10e6

mL-1

Les ALNs ont une large distribution géographique et des capacités d’adaptations

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Projet : C No LIMIT

Résultats-Premières conclusions

1- Les écosystèmes aquatiques sont des réservoirs de nanoparticules bio‐organiques pléomorphes inédites : ALNs.

2- Les ALNs ne correspondent à aucune entité femtoplanctonique précédemment décrite

3- Les populations d’ALNs fluctuent en termes d’abondance et de diversité morphotypique en réponse à divers facteurs environnementaux.

4- Les ALNs ont une grande distribution géographique et adaptabilité

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Projet : C No LIMIT

1- Approfondir les recherches sur la nature exacte des ALNs: - Génomique- Protéomique- Métabolomique

2- Reconstruction des voies de synthèse, de développement.

3- Identifier les facteurs environnementaux régulant les ALNs :

- in situ : + Suivi saisonnier+ Suivi spatial

- en microcosmes

4- Estimer leur rôle écologique

Perspectives 21


Projet : C No LIMIT

Valorisation 22

Environmental Microbiology (En révision)


Projet : C No LIMIT

Remerciements



Hermine Billard François Enault

Télesphore Sime-Ngando

Corinne Bardot Jean-Pierre Aguer

Maxime Fuster

Fanny Perrière

Bernard Viguès

Guillaume Borrel

Anna Sartori-Rupp

Karim Benzerara

Nicolas MenguyCyril Jousse Marie Lagrée

Stéphanie Balor

Michel Hébraud

Christophe Chambon

Véronique Gautier

Documents

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