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Cloaca maxima

​Exploration de la diversité microbienne dans les procédés d'épuration des eaux à boues activées

Publié le 29 juin 2016

Le projet "Cloaca maxima" examine la diversité microbienne des différents bassins à l'œuvre dans le traitement des eaux usées domestiques, avec un accent particulier sur la digestion anaérobie. Ce processus est largement utilisé dans divers écosystèmes naturels et artificiels. Il permet la conversion de la matière organique complexe en dioxyde de carbone et en méthane. La digestion anaérobie implique une grande variété de micro-organismes, dont la plupart étaient inconnus quand nous avons commencé ce travail.​​ ​
Boues d’épuration de la station d’Evry. Photo de P. Ginestet, P.Carmacho (Suez Environnement)

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Une démarche métagénomique classique (clonage de l'ADN total sous forme de grands inserts puis séquençage systématique) a été entreprise afin d'étudier les capacités métaboliques de la flore microbienne du digesteur anaérobie mésophile d'Evry. La première étape a été la construction d'une banque génomique représentative (1 million de fosmides), puis le séquençage systématique de toutes les extrémités de ces clones.

En plus des Archaea, 40 divisions bactériennes ont été détectées montrant ainsi la grande diversité des microorganismes impliqués dans la digestion anaérobie. L'approche métagénomique a permis la découverte de deux divisions bactériennes candidates, WWE1 et WWE3 (Pelletier et al, 2008 ; Guermazi et al, 2008) ainsi que la reconstruction de la totalité du génome d'un représentant encore incultivé de la division de WWE1 ("Candidatus Cloacamonas acidaminovorans") (Pelletier et al, 2008). Une analyse systématique de l'assemblage (comparaison avec les ressources nucléiques et protéiques) ainsi que l'utilisation d'outils de classification fonctionnelle a permis l'analyse des contigs. Une analyse détaillée des 15 scaffolds de plus de 1 Mb nous a permis d'assigner un rôle aux principaux acteurs (Archaea et bactéries) dans la chaîne trophique anaérobe (figure ci-dessous).

          

Analyse des principaux scaffolds obtenus après assemblages des séquences du digesteur anaérobie mésophile d’Evry et rôle des Archaea et bactéries correspondantes (Annett Kreimeyer & Nuria Fonknechten).

Nous avons aussi montré, que nombre de génomes bactériens de divisions candidates étaient relativement petits (700 à 1500 kb). Cela a été confirmé depuis (Brown et al, 2015 ; Giovannoni et al, 2014 ; Kantor et al, 2013 ; Wrighton et al, 2014). Dans le cas des WWE3, l'analyse d'un de ces génomes montre qu'il possède tous les gènes dits essentiels à l'exception de tous ceux qui participent à la biosynthèse de cofacteurs d'où la difficulté à les isoler.

Références:

​Brown CT, Hug LA, Thomas BC, Sharon I, Castelle CJ, Singh A, Wilkins MJ, Wrighton KC, Williams KH, Banfield JF. Unusual biology across a group comprising more than 15% of domain Bacteria. Nature. 2015 Jul 9;523(7559):208-11.

Giovannoni SJ, Cameron Thrash J, Temperton B. Implications of streamlining theory for microbial ecology. ISME J. 2014 Aug;8(8):1553-65.
Kantor RS, Wrighton KC, Handley KM, Sharon I, Hug LA, Castelle CJ, Thomas BC, Banfield JF. Small genomes and sparse metabolisms of sediment-associated bacteria from four candidate phyla. MBio. 2013 Oct 22;4(5):e00708-13.

Wrighton KC, Castelle CJ, Wilkins MJ, Hug LA, Sharon I, Thomas BC, Handley KM, Mullin SW, Nicora CD, Singh A, Lipton MS, Long PE, Williams KH, Banfield JF. Metabolic interdependencies between phylogenetically novel fermenters and respiratory organisms in an unconfined aquifer. ISME J. 2014 Jul;8(7):1452-63.​​

​​Laboratoire participant :  ​Laboratoire de Metagénomique des Procaryotes