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Cuny_militon_2013

Proposition de sujet de thèse 2013
(A remplir par les équipes d'accueil et à retourner à Isabelle HAMMAD : hammad@cerege.fr

MASTER : Océanographie - Option Biologie et Écologie Marine (OSU
Pythéas)
Ordre de priorité de la proposition(1) :

Candidat(e)
(1)
Nom - Prénom :
Date de naissance :
Cursus de second cycle (origine, années, mention) :
Mention et classement au Master (Xème sur Y) :

Sujet de doctorat proposé
Intitulé : Caractérisation des voies de biotransformation des hydrocarbures dans les environnements
hypersalés

Descriptif :
Ce sujet de thèse porte sur la caractérisation des gènes et des voies de biotransformation des hydrocarbures
(HC) en milieux hypersalins en aérobiose et en anaérobiose.
La biodégradation des hydrocarbures par les microorganismes (Bacteria et Archaea) est un champ
d’investigation qui a largement été exploré au cours des dernières décennies et il est maintenant bien établit que
celle-ci peut s’effectuer dans des environnements présentant des salinités allant jusqu’à 3,5% (pour revue voir
Van Hamme et al., 2003). Toutefois, concernant les environnements hypersalins, où les fortes salinités
induisent une diminution de la solubilité des HC et ainsi une plus faible disponibilité de ces substrats
organiques pour les microorganismes (Whitehouse, 1984), peu d’informations sont disponibles sur le devenir
des HC, leur biodisponibilité ainsi que sur les groupes hydrocabonoclastes (i.e. capables de dégrader les HC),
les voies (gènes et enzymes impliqués) et les cinétiques de biodégradation de ces composés dans ces
écosystèmes extrêmes. Pourtant, ces écosystèmes (marais maritimes, marais salants, salines, champs pétroliers
et les effluents hypersalés industriels) sont soumis d’une manière croissante à des contaminations par des
composés organiques, incluant les HC (Lefebre and Moletta, 2006)
Plusieurs souches halophiles hydrocarbonoclastes, appartenant aux Halobacteriales, ont été isolées au
laboratoire (Tapilatu et al., 2010). Une des souches, Haloferax volcanii MNSC14, est notamment capable de
dégrader des alcanes linéaires, ramifiés mais aussi des HC aromatiques à des taux relativement élevés
(Tapilatu et al., 2010) grâce, entre-autre, à la production de biosurfactants (Djeridi et al., soumis). La
production d’acide 2,2-diphenique concomitante à la dégradation du phénanthrène suggère l’implication chez
cette souche de voies cataboliques similaires à celles présentes chez les microorganismes non-halophiles
(Tapilatu et al., 2010). Afin de caractériser les voies de biotransformation des HC et les gènes impliqués chez
les Halobacteriales qui semblent être les acteurs principaux de la biodégradation des hydrocarbures dans les
écosystèmes hypersalins, une approche couplée de transcriptomique et de chimie analytique (utilisation d’HC
marqués au deutérium ou au 13C) sera menée afin d’identifier les voies de biotransformation anaérobie des HC
et les gènes impliqués. Dans un second temps, une caractérisation de la diversité des gènes identifiés sera
entreprise dans différents environnements hypersalins.
Si la biodégradation aérobie des HC a déjà été démontrée chez les microorganismes halophiles, on ignore si ce
phénomène existe chez les microorganismes anaérobies. Dans les écosystèmes aquatiques saturés en sels,
l’oxygène a une faible solubilité. Ainsi, les milieux hypersalins sont souvent caractérisés par de très faibles
concentrations en oxygène. Il n’est par conséquent pas surprenant d’y retrouver des microorganismes possédant
des métabolismes leur permettant de générer de l’énergie en anaérobiose. Chez les Halobacteriales, il a ainsi été
démontré qu’en plus de la génération d’ATP grâce aux bactériorhodopsines, certaines souches étaient capables
de fermenter l’arginine, d’utiliser le nitrate, le diméthylsulphoxide (DMSO), la triméthylamine N-oxide
(TMAO) mais aussi le fumarate comme accepteur terminal d’électrons. Haloferax volcanii ATCC 29605 est
notamment capable de croître en anaérobiose en respirant le fumarate ce qui est aussi le cas de la souche
d’Haloferax volcanii MSNC14 isolée au laboratoire. Étant donné que l’addition de fumarate est une des voies
utilisée par les bactéries non halophiles pour activer les HC en anaérobiose, nous souhaitons tester la capacité
de cette souche à biodégrader les n-alcanes en anaérobiose en présence de ce composé. Si ces hypothèses sont
vérifiées, une approche similaire à celle utilisées pour la caractérisation des voies et des gènes de
biodégradation en aérobiose sera utilisée.
Nos travaux sur la thématique biodégradation des HC sont soutenus par le programme ANR DECAPAGE et
feront l’objet de demandes de financement auprès de la fondation Total et du programme EC2CO en 2013.
Cette thèse sera réalisée dans le cadre d’une collaboration avec Vincent Grossi (DR CNRS) du Laboratoire de
Géologie de Lyon : Terre, Planètes, Environnement (UMR 5276) -Université Claude Bernard Lyon 1 - CNRS -
ENS Lyon, pour tout ce qui est de la partie de chimie analytique et, en particulier, en ce qui concerne le suivi de
la transformation des HC marqués.
Références bibliographiques
Djeridi, I., Militon, C., Grossi, V., Cuny, P. (2013) Mechanisms of hydrocarbon uptake by the extreme halophilic archaea Haloferax
sp. MSNC 14. (soumis à Extremophiles)
Lefebvre, O. et Moletta, R. (2006) Treatment of organic pollution in industrial saline wastewater: A literature review. Water Res.
40:3671-3682.
Oren, A., Gurevich, P., Azachi, M., Henis, Y. (1992) Microbial degradation of pollutants at high salt concentrations. Biodegradation
3:387–398.
Tapilatu, Y.H., Grossi, V., Acquaviva, M., Militon, C., Bertrand, J.C., Cuny, P. (2010) Isolation of hydrocarbon-degrading extremely
halophilic archaea from an uncontaminated hypersaline pond (Camargue, France). Extremophiles 14: 225-231
Van Hamme, J.D., Singh, A., Ward, O. (2003) Recent advances in petroleum microbiology. Microbiol Mol Biol Rev. 67:503-549.
Whitehouse, B.G. (1984) The effects of temperature and salinity on the aqueous solubility of polynuclear aromatic hydrocarbons. Mar
Chem 14:319-332.
Programme finançant la recherche obtenu : ANR DECAPAGE (2011-2015)
envisagé : EC2CO – Fondation TOTAL

Directeur(s) de thèse proposé(s)
(limiter au plus à deux personnes principales, dont au moins une titulaire de l'HDR)

Directeur HDR proposé
Nom - Prénom : Cuny Philippe
Corps : MCF
Laboratoire (i.e. formation contractualisée de rattachement, éventuellement équipe au sein de cette formation) : Institut
Méditerranéen d’Océanologie (MIO)
- UM 110, Aix Marseille Université, Sud Toulon Var Université
CNRS/IRD - OSU Institut Pythéas
Adresse mail : philippe.cuny@univ-amu.fr
Choix de cinq publications récentes (souligner éventuellement les étudiants dirigés co-signataires) :
Pischedda L., Cuny P., Poggiale J. C., Gilbert F. (2012) Spatial oxygen heterogeneity in a Nereis diversicolor
irrigated burrow. Hydrobiologia 680:109–124.
Pischedda L., Militon C., Gilbert F., Cuny P., (2011) Characterization of the specificity of bacterial community
structure within the burrow environment of the marine polychaete Hediste (Nereis) diversicolor. Res.
Microbiol. 162: 1033-1042.
Miralles G., Acquaviva M., Bertrand J.C., Cuny P. (2010) Response of an archaeal community from anoxic
coastal marine sediments to an experimental petroleum contamination. Aquat. Microb. Ecol. 59: 25–31.
Tapilatu Y., Grossi V., Acquaviva M., Militon C., Bertrand J.-C., Cuny P. (2010) Isolation of hydrocarbon-
degrading extremely halophilic archaea from an uncontaminated hypersaline pond (Camargue, France).
Extremophiles 14(2): 225-231.
Tapilatu Y., Acquaviva M., Guigue C., Miralles G., Bertrand J.C., Cuny P. (2010) Isolation of alkane-
degrading bacteria from deep-sea Mediterranean sediments. Let. App. Microbiol. 50: 234-236.

Thèses encadrées ou co-encadrées au cours des quatre dernières années

Nom : Djeridi Ikram
Intitulé : Biodégradation des hydrocarbures dans les environnements hypersalés
Type d'allocation : bourse du ministère de la recherche Tunisien
Date de début de l'allocation de doctorat : 2009
Date de soutenance (si la thèse est soutenue) : prévue en juillet 2013
Programme finançant la recherche : contrat industriel
Situation actuelle du docteur (si la thèse est soutenue) : Pourcentage de participation du directeur à l'encadrement en cas de co-direction : 50 % Nom : Pischedda Laura
Intitulé : Bioturbation et hétérogénéité de l'oxygène dans les sédiments marins appréhendées par une méthode
optique de quantification 2D. Incidence sur les communautés microbiennes sédimentaires.
Type d'allocation : MRT
Date de début de l'allocation de doctorat : octobre 2005
Date de soutenance (si la thèse est soutenue) : 30/09/09
Programme finançant la recherche : ANR CESA DHYVA
Situation actuelle du docteur (si la thèse est soutenue) : CDI SERAM
Pourcentage de participation du directeur à l'encadrement en cas de co-direction : 50 %
Nom : Tapilatu Yosmina
Intitulé : Activité hydrocarbonoclaste de procaryotes dans des milieux extrêmes (hyperbares et hypersalés)
Type d'allocation :
Date de début de l'allocation de doctorat : octobre 2005
Date de soutenance (si la thèse est soutenue) : 19/05/10
Programme finançant la recherche : Ministères des Affaires Étrangères – ANR POTES
Situation actuelle du docteur (si la thèse est soutenue) : Chargée de recherche Indonesian Institut of Sciences-
UPT Marine Life Conservation Centre – Ambon, Indonésie (CDI)
Pourcentage de participation du directeur à l'encadrement en cas de co-direction : 50 %

Autre directeur proposé (éventuellement
)
Nom - Prénom : Militon Cécile
Corps : MCF
Adresse mail : cecile.militon@univ-amu.fr
Laboratoire (i.e. formation contractualisée de rattachement, éventuellement équipe au sein de cette formation) : Institut
Méditerranéen d’Océanologie (MIO)
- UM 110, Aix Marseille Université, Sud Toulon Var Université
CNRS/IRD - OSU Institut Pythéas
Choix de cinq publications récentes (souligner éventuellement les étudiants dirigés co-signataires) : Cuny P., Cravo-laureau C., Grossi V., Gilbert F., Militon C. (2011) Biodegradation of Hydrocarbons in Bioturbated Marine Sediments. Microbial Bioremediation of Non-metals: Current Research, Koukkou, A-I. (Ed.), Caister Academic Press, pp. 55-92. Militon C., Boucher D., Vachelard C., Perchet G., Barra V., Troquet J., Peyretaillade E., Peyret P. 2010. Bacterial community changes during bioremediation of aliphatic hydrocarbon-contaminated soil, FEMS Microbiol Ecol., 74(3):669-81. Tapilatu Y., Grossi V., Acquaviva M., Militon C., Bertrand J.-C., Cuny P., 2010. Isolation of hydrocarbon-degrading extremely halophilic archaea from an uncontaminated hypersaline pond (Camargue, France). Extremophiles 14(2): 225-231. Militon C., Biderre C., Peyret P. Advances in Fermentation Technology. New tools for isolation and identification of micro-organisms. (2008) Asiatech Publishers, Inc., New Delhi. Militon C., Rimour S., Missaoui M., Biderre C., Barra V., Hill D., Moné A., Gagne G., Meier H., Peyretaillade E. and Peyret P. PhylArray: Phylogenetic Probe Design Algorithm for MicroArray. (2007). Bioinformatics, 23:2550-2557. Thèses encadrées ou co-encadrées au cours des quatre dernières années Nom : Djeridi Ikram
Intitulé : Biodégradation des hydrocarbures dans les environnements hypersalés
Type d'allocation : bourse du ministère de la recherche Tunisien
Date de début de l'allocation de doctorat : 2009
Date de soutenance (si la thèse est soutenue) : décembre 2012
Programme finançant la recherche : contrat industriel
Situation actuelle du docteur (si la thèse est soutenue) :
Pourcentage de participation du directeur à l'encadrement en cas de co-direction : 50 %
(1) : A remplir lors de la campagne d'attribution des allocations, à l'issue de la session de juin des Masters

Source: https://www.cerege.fr/IMG/pdf/cuny-militon-2013.pdf

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