Genomic characterization of archaeal and bacterial viruses in anaerobic digestion processes, through the coupling of isotopic labeling and metagenomics
Caractérisation génomique de virus d’archées et de bactéries au sein de procédés de digestion anaérobie par le couplage d’approches isotopiques et métagénomiques
Résumé
Viruses are ubiquitous and known as major drivers in several ecosystems. However, the viruses from anaerobic digestion (AD) processes are still poorly characterized. A first important step would be to better know their diversity. The main objective of the thesis was to characterize in situ the genomic content of viruses in AD processes and to deploy experimental and bioinformatic approaches to predict their cellular hosts. Predicting the host of viruses remains a challenge, due to the diversity and complexity of these ecosystems. To contribute to overcome these obstacles, an original approach based on isotopic labeling (Stable isotope probing) and high-throughput sequencing was implemented. By applying this approach with 13C-labeled formate, used as substrate, laboratory-scale experimental series have led to the discovery of new families of viruses infecting bacteria and methanogenic archaea which are involved in formate AD. In particular, a virus infecting a member of the family Synergistaceae was described for the first time, as well as two spindle-shaped viruses infecting Methanobacterium and Methanosarcina members. This work has thus significantly developed the knowledge of the viral diversity in AD processes, and it has also enabled to propose strategies for the identification of host-virus interactions within complex microbial communities.
Les virus sont ubiquitaires et connus comme des régulateurs majeurs dans plusieurs écosystèmes. Cependant, les virus présents au sein des procédés de digestion anaérobie (DA) sont encore peu connus. Une première étape importante serait de mieux connaître leur diversité. L’objectif principal de la thèse a été de caractériser in situ le contenu génomique de virus au sein des bioprocédés de DA et de déployer des approches expérimentales et bioinformatiques pour prédire les hôtes cellulaires de ces virus. Cette étape de prédiction d’hôte reste actuellement un défi, en raison de la diversité et de la complexité de ces écosystèmes. Pour contribuer à lever ce verrou, une approche originale, basée sur du marquage isotopique (Stable isotope probing) et du séquençage haut-débit, a été développée. En appliquant cette approche avec du formate marqué au 13C employé comme substrat, les séries d’expériences menées à l’échelle du laboratoire ont abouti à la découverte de nouvelles familles de virus infectant les bactéries et les archées méthanogènes qui sont impliquées dans la méthanisation du formate. Un virus infectant un membre de la famille Synergistaceae a notamment été décrit pour la première fois, ainsi que deux virus fusiformes distincts infectant des membres des genres Methanobacterium et Methanosarcina. Ces travaux ont ainsi permis de développer significativement les connaissances de la diversité virale au sein de ces bioprocédés, et également de proposer des stratégies pour l’identification des interactions d’hôte-virus au sein de communautés microbiennes complexes.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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