La sociomicrobiologie environnementale : communication, biofilm, quorum sensing, et coordination de la mobilité bactérienne dans les stress environnementaux

Abstract

Depuis l'antiquité, les microorganismes étaient perçus comme asociaux, incapables d'interactions communautaires. Cependant, les découvertes récentes sur le quorum sensing et les biofilms ont révélé que les bactéries coordonnent l'expression de gènes selon la densité cellulaire, influençant des processus comme la formation de biofilms et la mobilité. Grâce au chimiotactisme, elles s‘adaptent à leur environnement en détectant les variations chimiques locales. Cette thèse a pour objectif d'analyser l'impact des stress environnementaux sur la formation des biofilms, la mobilité, le chimiotactisme et la communication bactérienne via le système de quorum sensing. Dans cette optique, nous avons criblé des souches marines selon leur capacité à former des biofilms. Les souches sélectionnées ont été étudiées sous diverses conditions de stress, notamment la salinité, les hydrocarbures (pétrole brut, kérosène) et les métaux lourds (sulfate de cuivre, nitrate de plomb, chlorure de mercure), afin de déterminer le rôle de la communication ou le quorum sensing sur la régulation de cette adaptation. Nous avons également examiné le profil biotechnologique des isolats marins, en évaluant l‘hydrophobicité cellulaire, le potentiel émulsifiant vis-à-vis des hydrocarbures, la biosorption des métaux lourds, ainsi que la production de neuf enzymes extracellulaires (amylase, cellulase, protéase, phospholipase A, gélatinase, phospholipase C, lipase, chitinase et estérase). L'identification phénotypique et biochimique a permis d‘attribuer quatorze souches à Pseudomonas aeruginosa et quatre souches à Escherichia coli. Nos résultats révèlent une forte variabilité des réponses bactériennes selon le type de stress et la souche concernée. Le stress salin favorise l'adhérence et la formation de biofilms, tandis que les hydrocarbures, en particulier le pétrole brut, stimulent cette aptitude. La présence de métaux lourds entraîne une formation de biofilms plus hétérogène. En termes de mobilité, toutes les souches étudiées se sont révélées mobiles, avec une amélioration de leur motilité en présence de certains niveaux de chlorure de sodium. L‘ajout d‘hydrocarbures a induit une migration bactérienne avec altération des patterns de motilité, tandis que les métaux lourds, notamment le cuivre et le plomb, ont réduit la mobilité, et le mercure l‘a complètement inhibée.L'analyse de docking moléculaire a mis en évidence une interaction forte entre les hydrocarbures et les récepteurs de quorum sensing (LasR, LasI, PqsR), avec des énergies de liaison allant de -4.9 à -7.3 Kcal/mol, suggérant un potentiel inhibiteur du quorum sensing هntéressant. En revanche, les interactions entre les métaux lourds et ces récepteurs étaient modérées, avec des affinités variant entre -3.2 et -3.6 Kcal/mol. Enfin, l'étude biotechnologique a montré que neuf souches présentent une activité émulsifiante pour le pétrole brut (de 29.27% à 59.79%) et le kérosène (de 17.38% à 58.57%). Certaines souches ont également affiché une capacité de biosorption pour le cuivre (34.6% à 48.15%) et le plomb (9.95% à 47.15%), tandis que la majorité des Pseudomonas sp. produisent huit enzymes hydrolytiques. Les souches les plus performantes ont été caractérisées au niveau moléculaire, identifiant les souches S5A2 et S9A3 comme Pseudomonas aeruginosa (99.91%) et S30A1 comme Escherichia coli (100%).