EcotoxicoMic Webinar: Sandra Kim Tiam (Muséum National d’Histoire Naturelle, Paris, France)

EcotoxicoMic Webinar

(Conference given in French)

Monday, March 18, 2019  (2:00 pm, Paris Time Zone)

Webinar Registration: click here


Sandra KIM TIAM (MNHN, Paris, France)

MCAM

Caractérisation des métabolites secondaires chez les cyanobactéries : approches combinées en génomique et métabolomique

Sandra Kim Tiam*1, Alexis Ardilio1, Caroline Dalle2, Charlotte Duval1, Muriel Gugger2, Sahima Hamlaoui1, Séverine Le Manach1, Claude Yéprémian1, Cécile Bernard1 and Benjamin Marie1

1 UMR 7245 Molécules de Communication et Adaptations des Microorganismes, Muséum National d’Histoire Naturelle, 12 rue Buffon, CP 39, 75231 Paris Cedex 05, France.

2 Collection des Cyanobactéries, Institut Pasteur, 28 rue du Dr Roux, 75724 Paris Cedex 05, France.

*Corresponding author

Les cyanobactéries jouent un rôle essentiel dans le fonctionnement des écosystèmes aquatiques. Ces micro-organismes sont capables de réaliser la photosynthèse oxygénique, participant ainsi à l’enrichissement des masses d’eau en oxygène, élément essentiel au développement de nombreuses formes de vie. Les cyanobactéries sont aussi une source primordiale de nourriture pour la faune aquatique peuplant les lacs et les cours d’eau.

Cependant, lorsque la croissance rapide et soudaine des cyanobactéries explose, les biomasses produites peuvent être colossales et l’équilibre de l’écosystème peut être ainsi modifié. Ces phénomènes de multiplications cellulaires massives, appelés efflorescences, sont clairement favorisés par l’augmentation des températures des masses d’eau liée au changement climatique actuel, mais également par l’apport massif dans les écosystèmes de nutriments provenant de l’agriculture et de l’élevage (Paerl, 2017).

Les efflorescences représentent un risque sanitaire puisque certaines cyanobactéries ont la capacité de synthétiser des métabolites secondaires, incluant des toxines dont certaines sont délétères pour la santé de l’Homme et des animaux. Les microcystines sont les cyanotoxines les plus fréquemment rencontrées dans l’environnement. Elles sont notamment produites par les cyanobactéries appartenant au genre Planktothrix, un des genres de cyanobactéries parmi les plus fréquemment impliqués dans les évènements d’efflorescences.

Si les effets toxicologiques des microcystines pour les vertébrés sont assez bien connus, nous ne savons en revanche que très peu de choses sur leur rôle physiologique pour la cyanobactérie qui les produits (Pearson et al., 2016). En effet, aussi surprenant que cela puisse sembler, nous n’avons pas encore trouvé d’explications satisfaisantes quant aux avantages sélectifs que pourraient avoir les cyanobactéries à synthétiser ces microcystines. Celles-ci qui ne semblent pas, d’ailleurs, essentielles à la survie des cyanobactéries qui les produisent. En effet, certains génotypes au sein d’une population monospécifique, ne possèdent pas les gènes nécessaires à leur synthèse et ne sont donc pas capables de produire des microcystines (Yéprémian et al., 2007).

Dans le but de mieux comprendre la dynamique de production de ces toxines, de nombreux travaux étudiant la relation entre la production de microcystines et le cycle de vie des cyanobactéries ont été entrepris. Des études récentes ont mis en évidence que la production de microcystines n’était pas toujours corrélée de façon linéaire à la croissance des organismes (Bortoli et al., 2014) et que leur synthèse pourrait être directement régulée par des facteurs environnementaux (ex : lumière, nutriments) (Neilan et al., 2013). Néanmoins, la plupart des approches utilisées jusque-là n’offre qu’une vision fragmentaire de la physiologie et du métabolisme globale des cyanobactéries, les microcystines n’ayant pour l’heure été étudiées qu’indépendamment de la dynamique de production du reste du métabolome, dont elles font pourtant partie intégrante.

Dans ce contexte, les approches globales de type omiques permettent d’apporter un éclairage nouveau sur la dynamique de production de l’ensemble des métabolites secondaires chez les cyanobactéries, incluant les microcystines. Les travaux présentés lors de ce séminaire illustreront tout spécialement l’apport de la métabolomique et de la génomique dans la caractérisation de la diversité chimique des métabolites secondaires chez Planktothrix, ainsi que dans l’exploration de nouvelles hypothèses concernant leurs rôles physiologiques.

Références

Bortoli, S., Oliveira-Silva, D., Krüger, T., Dörr, F.A., Colepicolo, P., Volmer, D.A., Pinto, E., 2014. Growth and microcystin production of a Brazilian Microcystis aeruginosa strain (LTPNA 02) under different nutrient conditions. Rev. Bras. Farmacogn. 24, 389–398.

Neilan, B.A., Pearson, L.A., Muenchhoff, J., Moffitt, M.C., Dittmann, E., 2013. Environmental conditions that influence toxin biosynthesis in cyanobacteria. Environ. Microbiol. 15, 1239–1253.

Paerl, H.W., 2017. Controlling cyanobacterial harmful blooms in freshwater ecosystems. Microb. Biotechnol. 10, 1106–1110. https://doi.org/10.1111/1751-7915.12725

Pearson, L.A., Dittmann, E., Mazmouz, R., Ongley, S.E., D’Agostino, P.M., Neilan, B.A., 2016. The genetics, biosynthesis and regulation of toxic specialized metabolites of cyanobacteria. Harmful Algae 54, 98–111.

Yéprémian, C., Gugger, M.F., Briand, E., Catherine, A., Berger, C., Quiblier, C., Bernard, C., 2007. Microcystin ecotypes in a perennial Planktothrix agardhii bloom. Water Res. 41, 4446–4456.

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