Recherche et caractérisation de microorganismes dans les compartiments géologiques profonds

Abstract

Les compartiments géologiques profonds suscitent un intérêt grandissant dans la communauté scientifique depuis les 50 dernières années. Néanmoins, ces écosystèmes demeurent largement méconnus du fait de leur difficulté d'accès. Le forage profond réalisé par l'ANDRA dans le Bassin parisien en 2008 a offert une opportunité unique de les étudier. Dans ce cadre, cette thèse avait deux objectifs majeurs ; i) caractériser, d'un point de vue microbiologique, quatre formations sédimentaires terrestres triasiques situées entre 1700 et 2000 m de profondeur et ii) étudier les effets combinés des paramètres de température, pression et salinité ainsi que de leur interaction sur l'activité métabolique de procaryotes anaérobies afin de mieux appréhender leur comportement au cours d'un enfouissement géologique.Malgré la recherche de microorganisme par la réalisation d'une gamme de milieux de culture diversifiée, ciblant préférentiellement les types trophiques fréquemment rencontrés en subsurface (méthanogènes, fermentaires, réducteurs de composés soufrés), aucun microorganisme viable et cultivable n'ait été isolé. En parallèle, une approche moléculaire complémentaire, composée (i) de l'étude comparative de l'efficacité de différentes méthodes d'extraction directe d'ADN et (ii) de l'analyse de la diversité bactérienne par la réalisation d'inventaires moléculaires, par DGGE (Denaturing Gel Gradient Electrophoresis) et clonage, a été réalisée sur le coeur des carottes de roches, conservées à pression atmosphérique ou sous pression, dans leurs états initiaux et post-incubation. L'exploration de ces formations sédimentaires profondes a indiqué la présence d'une très faible biomasse et d'une biodiversité microbienne pauvre principalement composée de membres aérobies et mésophiles appartenant au domaine Bacteria. Cette communauté bactérienne inattendue car a priori peu adaptée aux conditions régnant in-situ, également retrouvée dans divers écosystèmes de subsurface ainsi que dans des biotopes extrêmes, pourrait provenir en partie d'une paléo-recharge de l'aquifère du Trias par des eaux froides dérivées de la fonte des glaces formées lors de la dernière glaciation du Pléistocène.Le second objectif a été abordé à travers l'élaboration d'un plan factoriel complet dans le but d'identifier les effets des paramètres sur les activités microbiennes. Ainsi, les activités métaboliques de huit souches microbiennes halophiles et thermo-tolérantes ont été mesurées sous trente conditions distinctes de température (40, 55 et 70°C), pression (1, 90 et 180 bars) et salinité (13, 50, 110, 180 et 260 g.l-1). Toutes les souches originaires d'environnements profonds se sont révélées être au minimum piézo-tolérantes et capables de maintenir leur activité métabolique sous pressions hydrostatiques. Les métabolismes fermentaires (Thermovirga lienii et Halothermothrix orenii) et thiosulfato-réducteurs (Petrotoga mexicana et Thermosipho japonicus) se sont avérés particulièrement bien adaptées, d'un point de vue métabolique, aux hautes pressions, les plus hautes activités ayant été détectées sous pression. Certaines souches ont montré une résistance accrue aux hautes températures sous pression (Petrotoga mexicana). Toutefois une résistance variable à la salinité dans les différentes conditions de température et de pression a été observée pour chacune des souches, suggérant que certains mécanismes de résistance contre la pression osmotique seraient également efficaces pour lutter contre les températures et les pressions hydrostatiques élevées.Ce travail souligne que l'étude des écosystèmes terrestres profonds d'un point de vue microbiologique ne doit pas se restreindre à la recherche et à l'analyse de la diversité présente. L'étude des activités métaboliques de souches de subsurface en conditions profondes ouvre la voie à une meilleure compréhension des rôles joués par les communautés microbiennes en milieu extrême.