Les éthers de glycérol comme marqueurs paléoenvironnementaux : identification de leurs bactéries sources et étude de leur mécanisme adaptatif

Le laboratoire METIS est situé à Paris, sur le campus Pierre et Marie Curie de Sorbonne Université. Notre unité de recherche, spécialisée en sciences de l'environnement, s'intéresse principalement aux "Surfaces Continentales", à la circulation de l'eau, des éléments et des polluants dans des milieux qui peuvent être très impactés par l'homme mais qui sont aussi une ressource sensible et indispensable au développement de la société.

Comprendre les interactions entre les organismes et les milieux dans lesquels ils vivent est aujourd’hui essentiel pour prédire et réduire les effets des changements environnementaux se déroulant à l’échelle globale. En modifiant la composition lipidique de leur membrane en réponse aux conditions environnementales dominantes, les organismes vont maintenir une fluidité appropriée et assurer l’état optimal de la membrane cellulaire. Ce mécanisme naturel d’adaptation aux variations des conditions climatiques et environnementales est particulièrement utile pour comprendre les processus biogéochimiques actuels et l’impact du changement climatique sur ces derniers. Par ailleurs, les lipides pouvant être préservés pendant plusieurs milliers voire millions d’années dans les sédiments, ils peuvent aider à reconstruire les variations environnementales passées et ainsi à comprendre les changements à venir. Disposer de tels outils est essentiel, car aucune mesure environnementale directe antérieure au 19^ème siècle n’étant disponible, notre connaissance des modifications climatiques passées repose principalement sur l’utilisation de marqueurs de paramètres de l’environnement, incluant les lipides.

La structure des alkyl tétraéthers de glycérol, lipides présents dans la membrane des archées et de certaines bactéries encore non identifiées précisément, est en particulier connue pour varier en fonction de paramètres environnementaux. Ces molécules sont largement utilisées pour reconstruire les conditions environnementales passées en milieu terrestre et aquatique. Malgré les très nombreux travaux menés sur les tétraéthers ces vingt dernières années et les efforts de la communauté internationale, les bactéries sources de ces composés, pourtant présents dans l’ensemble des milieux naturels, restent encore largement inconnues. Seule une petite fraction des microorganismes présents en milieux naturels sont en effet isolables puis cultivables. L’absence de microorganismes modèles permettant d’étudier, en conditions contrôlées, le mécanisme adaptatif de ces derniers et la production de tétraéthers bactériens constitue une limite à l’applicabilité et la fiabilité de ces composés comme marqueurs des paramètres environnementaux dans les milieux naturels.

Ce stage visera à (i) identifier les bactéries sources des tétraéthers en milieu terrestre mais aussi aquatique et (ii) à étudier avec précision le mécanisme adaptatif de ces microorganismes en réponse aux variations des paramètres environnementaux, en se focalisant sur la température. Nous disposons actuellement à METIS d’une large souchothèque (> 500 souches) de bactéries Gram-négatif, provenant de sols et de lacs.

La première étape du stage visera à analyser l’ensemble de ces souches par désorption/ionisation laser assistée par matrice (MALDI) couplée à un spectromètre de masse à résonance cyclotronique ionique par transformée de Fourier (FT-ICR) pour identifier les bactéries dont la membrane pourrait contenir des tétraéthers. Cet instrument très haute résolution permettra d’avoir une vue de l’ensemble des lipides et de déterminer la présence ou non des molécules cibles. Dans un deuxième temps, nous sélectionnerons les souches bactériennes pour lesquelles la détection de tétraéthers se serait avérée positive. Nous travaillerons sur un nombre réduit de souches pour en déterminer les conditions optimales de croissance (température, pH, oxygénation) puis le profil lipidique complet, avec une attention particulière portée aux éthers de glycérol. Les souches sélectionnées seront cultivées en milieu liquide à conditions constantes en faisant varier la température. Nous déterminerons et comparerons l’effet direct de ce paramètre sur l’abondance des éthers de glycérol bactériens produits par les différentes souches. L’approche proposée permettra de mieux contraindre le mécanisme d’adaptation des bactéries sources des tétraéthers en réponse à la température.

Le stage sera partiellement réalisé au sein du Laboratoire de chimie moléculaire de l’Ecole Polytechnique. Il bénéficiera de l’expertise complémentaire en biogéochimie organique (A. Huguet, UMR METIS, Sorbonne Université), chimie analytique (D. Touboul, LCM, Ecole Polytechnique) et microbiologie environnementale (S. Collin, UMR METIS, Sorbonne Université) des co-encadrants.

Le (la) candidat(e), motivé(e) et rigoureux(se), disposera de connaissances/compétences en chimie analytique et/ou microbiologie. Il/elle devra être motivé.e par le travail en laboratoire et avoir une bonne maîtrise de la langue anglaise.