Les fucanes, ou fucoïdanes, sont des polysaccharides caractéristiques des algues brunes comme Saccharina longicruris. Leur hydrolyse par des enzymes bactériennes amplifie leurs activités biologiques. Cependant, peu d'enzymes capables d'hydrolyser les fucoïdanes ont été découvertes et leurs actions sont spécifiques à la structure de chaque fucoïdane. Le but de ce projet est d'identifier des bactéries marines capables d'hydrolyser le fucoïdane. Des bactéries fucosidase positives ont d'abord été isolées par des préenrichissements à partir d'échantillons d'algues et d'eau de mer prélevés dans le fleuve St-Laurent (Ste-Luce, mai 2007) et sélectionnées par une réaction chromogénique. Le séquençage d'une section de la petite sous-unité du gène d'ADNr 16S a révélé que les bactéries sélectionnées appartenaient à Pseudoalteromonas spp. La cinétique de croissance d'une souche de Pseudoalteromonas dans un milieu à base d'eau de mer (Marine Broth) avec ou sans les différents sucres composant le fucoïdane (glucose, fucose ou galactose) n'a pas révélé de différence entre les milieux testés. Le dosage des activités enzymatiques de type fucosidase et fucoïdane hydrolase des extraits bruts de biomasse a été déterminé par la mesure de la libération du nitrophénol lors de l'hydrolyse du PNP-oc-L-fucoside et par le dosage des sucres réducteurs, respectivement. L'activité spécifique de la fucosidase, optimisée à 20°C, est d'environ 0,014 U/mg et elle est constante dans le temps. Celle de la fucoïdane hydrolase, atteint sa valeur maximale de 0,67 U/mg après une heure d'incubation et est optimale à 50°C. Ce travail a permis l'isolement d'une bactérie productrice de deux enzymes capables de dégrader les fucoïdanes, soit la fucosidase et la fucoïdane hydrolase. Les gènes codant pour ces enzymes pourront ultérieurement être identifiés et servir au développement d'un procédé commercial de fractionnement du fucoïdane par bioconversion.

En environnement marin, la colonisation des surfaces solides par les microorganismes est progressive et suit une logique taxonomique et/ou fonctionnelle des espèces. Les biofilms ainsi formés représentent des systèmes multi-cellulaires entourés d’une matrice de substances polymériques extracellulaires (SPE). L’objectif de ce travail était de comprendre comment des acteurs microbiens (bactéries et diatomées) interagissent dans deux types de biofilms marins (biofilm benthique et biofilm sur structures métalliques portuaires). Dans cette étude, des modèles bactériens isolés de ces biofilms ont été identifiés et caractérisés. Dans un premier volet, leur capacité à former des biofilms stables a été évaluée dans différentes conditions. Quatre souches ont été ainsi sélectionnées : Flavobacterium sp. II2003, Roseobacter sp. IV3009, Roseovarius sp. VA014 et Shewanella sp. IV3014. Dans un deuxième volet, les effets des sécrétomes des bactéries marines issues du même habitat ont été évalués sur ces modèles. Deux souches se distinguent par leur capacité à produire des molécules influençant négativement la formation de biofilms : Pseudoalteromonas sp. IIIA004 produit un peptide de 2224 Da présentant une activité antibiofilm vis-à-vis de Roseovarius sp. VA014 et Pseudomonas sp. IV2006 inhibe la formation de biofilm de Flavobacterium sp. II2003. Dans les deux cas, les antibiofilms sont actifs contre un large spectre de bactéries suggérant ainsi plusieurs applications potentielles dans les domaines marin et médical. Dans le dernier volet, les effets des sécrétomes de la diatomée Navicula phyllepta ont été évalués sur les modèles de bactéries benthiques. Cette diatomée s’est distinguée par sa capacité à sécréter des polysaccharides inhibant ou stimulant la formation de biofilms selon les souches cibles. / In the marine environment, solid surface colonization by microorganisms is progressive and follows a taxonomic and/or functional logic. Biofilms formed are multi-cellular systems surrounded by a matrix of extracellular polymeric substances (EPS). The objective of this work was to understand how microbial actors (bacteria and diatoms) interact in two types of marine biofilms (benthic biofilm and biofilm on metallic structures of a harbor). In this study, bacterial models isolated from these biofilms have been identified and characterized. In a first part, their ability to form stable biofilms was evaluated under various conditions. Four strains were selected: Flavobacterium sp. II2003, Roseobacter sp. IV3009, Roseovarius sp. VA014 and Shewanella sp. IV3014. In a second part, the effects of secretomes of the marine bacteria from the same habitat were evaluated on these models. Two strains are distinguished by their ability to produce molecules negatively influencing biofilm formation: Pseudoalteromonas sp. IIIA004 produces a 2224 Da peptide with an antibiofilm activity toward Roseovarius sp. VA014 and Pseudomonas sp. IV2006 inhibits the biofilm formation of Flavobacterium sp . II2003. In both cases, the antibiofilms are active against a broad spectrum of bacteria suggesting several potential applications in marine and medical fields. In the last part, the effects of secretomes of the Navicula phyllepta diatom were evaluated on benthic bacteria models. This diatom was distinguished by its ability to secrete polysaccharides stimulating or inhibiting biofilm formation by target strains.

Le diméthylsulfure (DMS) est un gaz qui exerce un effet refroidissant sur le climat en contribuant à la formation de nuages, ce qui diminue la quantité de radiations solaires pénétrant dans l’atmosphère. Le DMS est produit dans les océans par la dégradation du diméthylsulfoniopropionate (DMSP) synthétisé par certaines espèces de phytoplancton. Plusieurs de ces espèces algales peuvent convertir directement le DMSP en DMS, mais dans la plupart des cas, le DMS est produit par voie indirecte, via la libération du DMSP algal, puis sa conversion en DMS par les bactéries marines. La production de DMS constitue moins de 10% du DMSP dégradé par les bactéries, qui l’utilisent principalement comme source de soufre. Les variations à court terme de la production biologique de DMS et des facteurs environnementaux qui la régulent ont été étudiés dans l’estuaire du Saint-Laurent, le Pacifique nord-est et l’Atlantique nord-ouest. Dans l’estuaire du Saint-Laurent, les concentrations de DMSP et de DMS en surface variaient fortement pendant la journée avec des maxima vers midi et des minima la nuit. Ces variations journalières s’expliquaient par la présence de dinoflagellés riches en DMSP qui effectuaient des migrations verticales diurnes associé à une production accrue de DMSP et de DMS en réponse aux fortes radiations solaires pendant la journée. Dans le Pacifique NE, les faibles concentrations de fer favorisaient une communauté algale riche en DMSP. L’ajout de fer dans cet écosystème a induit un appauvrissement en DMS par rapport aux eaux environnantes dû à un changement de la communauté phytoplanctonique en faveur de diatomées pauvres en DMSP, accompagné d’une augmentation de l’activité et du nombre des bactéries. Les bactéries en croissance ont alors modifié leur utilisation du DMSP et produisaient très peu de DMS. Dans l’Atlantique NO, le déclin de la floraison printanière des diatomées a été marqué par une diminution importante des concentrations de DMSP en surface. La consommation de DMSP et la production de DMS par les bactéries ont aussi rapidement diminué probablement parce que les bactéries ont satisfait leurs besoins énergétiques grâce à d’autres substrats organiques plus disponibles que le DMSP. Les concentrations et les taux de transformation biologique du cycle du DMS(P) varient rapidement et de façon importante à l’échelle des heures et des jours. L’étude de ces variations à court terme est essentielle si l’on veut adéquatement quantifier la production de DMS en milieu marin et son effet sur le climat. / Dimethylsulfide (DMS) is a biogenic gas exerting a cooling effect on climate by promoting cloud formation, thus decreasing the amount of solar radiation entering the atmosphere. DMS is produced in the oceans from the degradation of dimethylsulfoniopropionate (DMSP) synthesized by marine phytoplankton. Some algal DMSP-producers have the capability to directly produce DMS, but a large part of the production of DMS is believed to occur indirectly, through the release of algal DMSP and its uptake and utilization by bacteria. DMS production represents less than 10% of the DMSP degraded by bacteria, which utilize it mainly as a source of sulfur. Short-term variations of the biological DMS production and its controlling factors were studied in the St. Lawrence Estuary, the northeast Pacific and the northwest Atlantic. In the St. Lawrence Estuary, DMSP and DMS concentrations exhibited large and rapid variations with maxima around noon and minima during the night. These variations were largely explained by the diurnal vertical migration of DMSP-rich dinoflagellates associated with an increased DMSP and DMS production under high solar irradiance during the day. In the NE Pacific, the low prevailing iron concentrations favoured a DMSP-rich algal community. The iron enrichment induced a decrease in DMS relative to non-enriched waters due to a change in the phytoplankton community toward DMSP-poor diatoms and an increase in the abundance and activity of bacteria. This growing bacterial community modified its DMSP utilization and produced little DMS. In the NO Atlantic, the decline of the diatom spring bloom was characterized by a decrease in DMSP concentrations in surface waters. DMSP consumption and DMS production by bacteria also rapidly decreased, probably because they satisfied their metabolic requirements with other organic substrates more readily available than DMSP. The pools and biological processes of the DMS(P) cycle vary at scales of hours and days. The study of these short-term variations is needed to accurately measure DMS production and to better assess its effect on climate.

Le milieu marin constitue la plus grande partie de la biosphère et contient les formes les plus anciennes et les plus variées de la vie. Les espèces microbiennes, relativement négligées jusqu’à présent, pourraient bien être le principal gisement de nouvelles molécules des prochaines décennies grâce à leurs adaptations à un environnement marin atypique et/ou à des conditions extrêmes (zones hydrothermales, sédiments des fonds sous-marins, lagunes hyper-salines, continent arctique et antarctique, tapis microbiens…). La Nouvelle-Calédonie est dotée de milieux naturels littoraux, côtiers et marins au sein desquels existent des gradients thermiques, d’hypersalure/dessalure, de chocs UV, de pH, d’évaporation, d’inondation/exondation… qui déterminent des habitats atypiques dans lesquels les micro-organismes doivent développer des stratégies adaptatives et de défense potentiellement uniques. Un travail de bioprospection de ces milieux atypiques a ainsi permis la création d’une souchothèque riche à ce jour de 771 isolats bactériens néo-calédoniens. Sur la base de cette collection, des études ont été engagées pour la recherche et la caractérisation de biopolymères de type exopolysaccharides (EPS) et polyhydroxyalcanoates (PHA). Les EPS sont des complexes osidiques de grande taille dont la composition est variable selon l’organisme producteur. Les PHAs sont des macromolécules formées de liaisons ester présentant de fortes similitudes avec les plastiques issues de la pétrochimie mais sont totalement biodégradables et biocompatibles. Les débouchés pour la valorisation des biopolymères marins sont très variés et touche plusieurs secteurs comme la cosmétique (gélifiant épaississant, antirides, etc.) la santé (immunostimulation, anticoagulant, cicatrisant), l’agroalimentaire, la bioremédiation les emballages, l’enrobage… Les criblages réalisés sur l’ensemble de la collection pour les deux types de polymères ont permis de mettre en évidence qu’une part importante des souches de la collection étaient potentiellement capables de sécréter ces polymères. À l’heure actuelle, 10 types d’EPS et 5 types de PHAs ont été produits et caractérisés afin de cibler des domaines d’applications. L’étude des bactéries marines pour leur faculté à produire des polymères est donc un secteur en pleine expansion et les premiers résultats montrent que ce type de biotechnologies pourrait constituer une perspective de développement intéressante pour la Nouvelle-Calédonie. / Previous works on marine bacteria led to the discovery of molecules of great biotechnological interest. Under unusual physical and chemical conditions some microorganisms have developed various survival strategies including exopolysaccharides (EPS) and Poly-3-hydroxyalkanoates (PHAs) production. Due to their many interesting biological, physical and chemical properties, those polymers have found applications in many industrial sectors. Due to interesting physical and chemical properties, EPS can find applications in many industrial sectors including the food industry, cosmetics, for oil and metal recovery from industrial waste and in the mining industry as well. During the last decades EPS have also been demonstrated as interesting bioactive molecules with many applications for human health. PHAs are biopolyesters accumulated as granules in bacteria in order to endure long starving periods. Those biodegradable biopolymers can be used as an alternative to petroleum derived polymers and can be produced from renewable carbon sources. PHAs exhibit a wide variety of properties and structures depending of the carbon source available and the microorganism used for the production. New Caledonia (NC) is frequently referred as a hotspot biodiversity. During a prospection campaign performed in different marine costal ecosystems of NC, a great number (770) of bacteria were isolated from different locations. Screening showed that 55% of the isolates were able to produce under lab conditions EPS and 53% to produce PHA. Partial chemical characterization was performed on purified samples using colorimetric methods, infrared spectrometry (FTIR), gas chromatography (GC) and nuclear magnetic resonance (NMR). Marine bacteria from New Caledonian ecosystems were shown to produce EPS with unusual chemical composition with potential applications in cosmetics. Preliminary experiments also showed high metal-binding capacity with applications in bioremediation. Different PHAs were also produced using different types of sugars and oil as renewable resources. Blue biotechnologies can have various applications in many industrial sectors (Health, food industry, environment, cosmetics etc…) and there is a great international demand for new molecules issue from marine areas. New Caledonian marine bacteria have proved their capacity for producing innovative biopolymers with a wide range of application that can be valuating in on short time period (environment, cosmetics) or at long time (pharmaceutics, surgeries). These applications are promising in order to develop

Les exopolysaccharides (EPS) sont des biopolymères pouvant être synthétisés par les Eucaryotes, lesArchées et les Procaryotes. Au niveau bactérien les EPS peuvent être impliqués dans la constitution du biofilm (phénomène de biofouling) lors de la colonisation de nouveaux milieux. Ces biopolymères ont des propriétés physico-chimiques et biologiques spécifiques et innovantes à haut potentiel biotechnologique (agroalimentaire, santé, cosmétique, ingénierie environnementale ...). A l'opposé, leurs rôles écologiques lors de l'établissement de biofilms de souches potentiellement pathogènes peuvent rendre leur éradication compliquée.Les processus de dépolymérisation par voie enzymatique sont nécessaires pour réaliser l'élucidation structurale fine des EPS complexes, pour la production de dérivés bio-actifs calibrés à faible poids moléculaire ou pour empêcher la formation de biofilm. La mise en évidence de ces phénomènes enzymatiques sur des microorganismes modèles peut également permettre de mieux cerner les flux de matière au sein de certains compartiments biologiques en particulier en milieu marin. Néanmoins la complexité et grande diversité de structures des EPS rendent la recherche d’enzymes de dépolymérisation spécifiques difficile.Deux stratégies ont été employées pour trouver des sources d'enzymes.1. La voie bactérienne via l’utilisation de bactéries marines productrices d’EPS.2. La voie virale par la recherche de polysaccharidases de bactériophages marins. En plus d’EPS marins déjà connus, de nouveaux substrats (EPS) originaux ont été produits et caractérisés à partir de batéries marines d’intérêts biotechnologiques et/ou écologiques pour les besoins du projet. Un criblage enzymatique sur 11 souches bactériennes du genre Alteromonas a permis de mettre en évidence que 7 d’entre elles présentaient une activité de dépolymérisation endogène vis-à-vis de leur propre EPS. Une bioprospection a été réalisée afin de constituer une virothèque à partir d’hôtes bactériens producteurs d’EPS dans le but de fournir une source de Cazymes virales potentielles. Sur 33 bactériophages, 10 ont été sélectionnés pour leur capacité à rester infectieux lorsque leurs hôtes synthétisent des EPS. Finalement un système hôte/virus a été sélectionné.Les 5 virus (appelés Carin-1 à 5) infectant Cobetia marina DSMZ 4741 ont été étudiés au niveau de leurs traits de vie. Les capacités de dépolymérisation de Carin-1 et Carin-5 sur l'EPS L6 ont été explorés plus en détail. En parallèle, la structure chimique de l'EPS L6 a été intégralement élucidée. / Exopolysaccharides (EPSs) are a class of biopolymer synthesized by Eukarya, Archea and Procarya.Bacterial EPSs are involved in biofilm establishment and biofouling phenomenon. These polymers have physicochemical and biological properties suitable with biotechnological valorization. At the opposite, their involvment in biofouling of pathogenic strains can be problematic.Enzymatic depolymerization process are necessary for EPSs structural elucidation, Bioactive oligosaccharides production or to disrupt polysaccharidic biofilms. The highlight of enzymatic phenomenon can help to understand biogeochimical process in the ocean. Nevertheless the important structural diversity as well as their complexity make the sourcing of specific enzymes difficult.Two strategies were used to find enzymes.1. The bacterial way by using EPS-producing marine strains2. The viral way, with marine bacteriophages.For the need of the study, several EPS-substrates were produced and characterized. The majority of them were totally new. An enzymatic screening on 11 marine Alteromonas strains shown that 6 were able to depolymerize their EPS in an endogenous way. A bioprospection was realized to isolates marine bacteriophages with potential viral Cazymes. 10 out of 33 phages were selectionned for their ability to be infectious with their hosts in EPS production induced. Finally, a host/virus system was chosen. The bacteriophages infecting Cobetia marina DSMZ 4741 (named Carin-1 to 5) were studied. The polysaccharidase activities of Carin-1 and Carin-5 on the L6 EPS were studied more deeply. In parallel, the complete structural elucidation of the L6 EPS was realized.

Une approche in situ et expérimentale sont menées en baie de Marseille. Des mesures simultanées de PB, de RB, de la phosphatase alcaline (phos) et de la protéase (prot) sont réalisées. Des gradients de températures (12-32°C) de ces 4 activités sont effectués. Les résultats montrent que 1) les températures optimales et les Q10 varient saisonnièrement, 2) le BGE ne diminue pas nécessairement lorsque la température augmente et 3) quelles que soit les conditions in situ, l'assemblage bactérien possède un BGE à la température in situ proche de sa température optimale. Des expériences d'enrichissements en PO4 et glucose incubées à température in situ et température in situ + 3°C montrent que la nature de l'interaction entre la température et les ressources est principalement synergétique. L'hypothèse d'un scénario supposant des changements relatifs de PB, prot et phos lors d'un changement de température suggère que les taux prot/PB et phos/PB diminuent lors d'un réchauffement et augmentent lors d'un refroidissement. Enfin, ces expériences témoignent que la température et la disponibilité du PO4 sont les principaux facteurs limitant les activités hétérotrophes. L'étude du mode d'apport de la MO (pulsé ou en continu) menée sur 4 cultures saisonnières montre que selon les conditions environnementales et le mode d'apport de la MO, l'AB, la PB et la RB varient significativement. Toutefois, l'AB, la PB, la RB et le BGE ne montrent pas de différences significatives entre les réservoirs d'ajouts pulsés et d'ajouts continus de MO suggérant des communautés bactériennes peu sensibles à la nature de la perturbation nutritionnelle alors que leurs activités en sont fortement dépendantes. / In this work, in situ and experimental approaches have been carried out in Marseilles' Bay. Simultaneous measurements of bacterial production (BP), bacterial respiration (BR), alkaline phosphatase activity (phos) and protease activity (prot) have been performed. Kinetic temperatures (12-32°C) of these 4 activities have been also conducted. The results demonstrate that i) the optimum temperature and Q10 values vary seasonally, ii) BGE value does not necessarily decrease with increasing temperature and iii) whatever the in situ conditions, the bacterial assemblage has a in situ temperature BGE value close to its optimal temperature. Enrichments experiments in PO4 and glucose incubated at in situ temperature and in situ temperature + 3°C allow to observe that the synergistic nature of the interaction between temperature and resources. The assumption of a scenario assuming that BP, prot and phos changes during a temperature change suggests that prot:BP and phos:BP ratios decrease with a warming and increase with a cooling. Finally, these experiments show that temperature and PO4 availability are the main factors controlling heterotrophic activities. The study on OM availability and associated timing (pulsed or continuous) conducted during 4 seasonal cultures demonstrates that at different seasons and according to the delivery mode of OM, BA, BP and BR are varying significantly. However, the BA, BP and the BR does not show significant differences between the tanks with pulse OM addition and continuous OM addition suggesting that predominant bacterial communities are insensitive to the nature of nutritional disturbance whereas bacterial activities are highly dependent.

Titre de l'écran-titre (visionné le 25 septembre 2023) / La baie de Sept-Îles (BSI) abrite le port minéralier le plus important en Amérique du Nord, de même que quelques industries qui œuvrent dans l'extraction, la transformation et l'exportation de matière minérale. Afin de déterminer les impacts de ces activités portuaires d'importance sur les communautés de microorganismes, ainsi que des changements climatiques sur cet écosystème côtier, une combinaison du biosuivi environnemental et de l'approche paléoécologique a été utilisée dans ce projet. Grâce à la méthode de biosuivi environnemental, en analysant les échantillons d'eau de surface, les conditions de base actuelles de la BSI peuvent être déterminées, tandis qu'avec l'approche paléoécologique et l'analyse de sédiment, ce sont les variations temporelles du passé qui peuvent être déterminées. Les objectifs du projet sont d'évaluer la biomasse photosynthétique estivale dans les eaux de surface de la baie de Sept-Îles, d'explorer la diversité et la répartition des producteurs primaires dans ces eaux et d'explorer les assemblages de pigments présents dans une archive sédimentaire provenant de la BSI afin de quantifier les changements survenus depuis les 550 dernières années. Pour ce faire, les assemblages de pigments algaux et bactériens contenus dans les échantillons d'eau de surface et de sédiment ont été analysés avec la méthode de chromatographie liquide à haute performance (HPLC). Puisque chaque pigment est associé à un ou plusieurs taxons algaux ou bactériens, l'état de la communauté phytoplanctonique et benthique, ainsi que la biomasse algale de la BSI peuvent être estimés. Les résultats de ce projet de recherche nous permettent de conclure qu'il est difficile de déceler des effets des industries ou de l'achalandage maritime récent, bien qu'il semble que certains pigments soient moins abondants dans les sédiments récents que dans le passé, représentant l'ère préindustriel. Il est également difficile de distinguer les effets anthropiques directs des effets naturels liés aux changements climatiques. Pour cela, on devrait intégrer des marqueurs industriels spécifiques, tels certains métaux lourds ou particules relâchés par les industries. Ce travail contribue aux connaissances et à la compréhension de la dynamique à long-terme de l'environnement aquatique de la région de Sept-Îles. / The Bay of Sept-Iles (BSI) is home to the largest mineral port in North America, as well as a few industries involved in the extraction, processing, and export of mineral material. To determine the impacts of these important port activities and climate change on microbial communities, a combination of environmental biomonitoring and paleoecological approach was used in this project. Through the environmental biomonitoring method, by analyzing surface water samples, the current baseline conditions of the BSI can be determined, while with the paleoecological approach and sediment analysis, it is the temporal variations of the past that can be determined. The objectives of the project are to evaluate summer photosynthetic biomass in the surface waters of Sept-Iles Bay, to explore the diversity and distribution of primary producers in these waters, and to explore pigment assemblages present in a sedimentary archive from the BSI to quantify changes over the last 550 years. To do this, the assemblages of algal and bacterial pigments contained in the surface water and sediment samples were analyzed using the High-Performance Liquid Chromatography (HPLC) method. Since each pigment is associated with one or more algal or bacterial taxa, the state of the phytoplankton and benthic community, as well as the algal biomass of the BSI can be estimated. The results of this research project allow us to conclude that it is difficult to detect the effects of recent industries or maritime traffic, although it appears that some pigments are less abundant in recent sediments than in the past, representing the pre-industrial era. It is also difficult to distinguish direct anthropogenic effects from natural effects related to climate change. For this, we should integrate specific industrial markers, such as certain heavy metals or particles released by industries. This work contributes to the knowledge and understanding of the long-term dynamics of the aquatic environment of the Sept-Iles region.