Exploring minimum conditions allowing the development of oxygenic photogranules

Exploration des conditions minimales permettant la formation de photogranules La photogranulation est un phénomène microbien qui génère des agrégats phototrophes denses, globalement sphériques, jusqu'à quelques millimètres de diamètre. Ces agrégats ont une couche externe riche en cyanobactéries filamenteuses incorporées dans une matrice de substances polymériques extracellulaires. Les photogranules naturels sont observés dans de nombreux environnements, notamment les cryoconites à la surface des glaciers et les microbialites dans les marais et lagunes tropicales. En laboratoire, nous pouvons produire des photogranules à partir de boue activée (biocatalyseur pour le traitement des eaux usées) à la fois dans des cultures batch non agitées et dans des réacteurs agités. Les photogranules peuvent potentiellement être intéressant pour la biotechnologie environnementale, en particulier pour le traitement des eaux usées qui pourrait être réalisé sans aération forcée avec une très bonne décantabilité de la biomasse. Les principes biologiques et écologiques qui amènent à la photogranulation doivent être élucidés, en particulier la manière dont les communautés s'assemblent et forment la structure 3D des photogranules. Le but de ma thèse était de découvrir les facteurs minimaux nécessaires à la formation des photogranules. J'ai étudié la photogranulation hydrostatique dans laquelle une boue activée placée dans un flacon non agité, et exposée à la lumière, se transforme en photogranule en quelques semaines. Pour suivre le développement des photogranules, j'ai mis au point un dispositif d'imagerie en temps réel à haut débit qui permet de quantifier la contraction de la biomasse au cours du temps. En utilisant du séquençage à haut débit couplé à de la PCR quantitative, j'ai exploré le lien entre la structure de la communauté microbienne et l'organisation spatiale de l'écosystème. J'ai en outre étudié comment la formation de la structure spatiale était modifiée par l'ajout de cyanobactéries filamenteuses provenant de la couche externe de photogranules matures, dont nous supposons qu'elles jouent un rôle clé dans la formation de la structure 3D. Les expériences d'augmentation ont montré que les cyanobactéries qui étaient initialement présentes et qui dirigeaient le développement du photogranule n'étaient plus détectées dans les communautés finales. Il s'avère que c'est le type initial et l'abondance des cyanobactéries qui déterminent l'organisation spatiale finale de l'écosystème. Les cyanobactéries qui ont guidé la photogranulation sont phylogénétiquement proches, ce qui laisse supposer l'existence d'un groupe précis de cyanobactéries possédant cette capacité d'initier la photogranulation. Les résultats de ce travail en laboratoire peuvent également s'appliquer à la formation de photogranules dans les environnements naturels. La bioaugmentation de bioréacteurs avec des cyanobactéries devrait être possible pour faciliter la maintenance des photogranules dans les bioréacteurs.