caractérisation de nanoparticules planctoniques autoréplicatives … · 2019-04-12 ·...
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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
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
- 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
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Journée de restitution du défi X-LIFE
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
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Journée de restitution du défi X-LIFE
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
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Journée de restitution du défi X-LIFE
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.
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Journée de restitution du défi X-LIFE
Projet : C No LIMIT
ContextePREMIÈRES OBSERVATIONS DANS UN LAC HYPER EUTROPHE
Aster Like Nanoparticles = ALN
- Taille : 80 - 500 nm
- Volume : < 0,001 µm3
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Journée de restitution du défi X-LIFE
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
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Journée de restitution du défi X-LIFE
Projet : C No LIMIT
Consortium
Mission pour l’Interdisciplinarité
Défi X-lifeAAP 2018
Génom
ique
Min
éral
ogie
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Journée de restitution du défi X-LIFE
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
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Journée de restitution du défi X-LIFE
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)
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Journée de restitution du défi X-LIFE
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
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Journée de restitution du défi X-LIFE
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
Journée de restitution du défi X-LIFE
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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Journée de restitution du défi X-LIFE
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.
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Journée de restitution du défi X-LIFE
Projet : C No LIMIT
Résultats 2
Identification d’ADN?
√ Purification >99%
√ Extraction ADN
√ Amplification positive
Séquençage, analyse en cours
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Journée de restitution du défi X-LIFE
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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Journée de restitution du défi X-LIFE
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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Journée de restitution du défi X-LIFE
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 ?
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Journée de restitution du défi X-LIFE
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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Journée de restitution du défi X-LIFE
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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Journée de restitution du défi X-LIFE
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
Journée de restitution du défi X-LIFE
Projet : C No LIMIT
Valorisation 22
Environmental Microbiology (En révision)
Journée de restitution du défi X-LIFE
Projet : C No LIMIT
Remerciements
Mission pour l’Interdisciplinarité
Défi X-lifeAAP 2018
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