Charly Favreau : Réponse physiologique de l’haloarchée Halobacterium salinarum piégée au sein des cristaux d’halite : Développements méthodologiques et étude moléculaire ex situ.

La soutenance se déroulera le mercredi 5 avril à 14h, dans l’amphithéatre Rouelle (MNHN, Paris) devant le jury composé de :

Dr Jocelyne DIRUGGIERO, Associate Research Professor, John Hopkins University, MD, USA (Rapporteur)

Dr Bruno FRANZETTI, Directeur de Recherche CNRS, Université́ Grenoble Alpes, France (Rapporteur)

Dr Karim BENZERARA, Directeur de Recherche CNRS, Sorbonne Université́, France (Examinateur)

Dr Sébastien FERREIRA-CERCA, Directeur de Recherche CNRS, École Polytechnique, France (Examinateur)

Dr Séverine ZIRAH, Maître de Conférences, Muséum National d’Histoire, HDR (Co-Directrice)

Dr Arnaud HUGUET, Chargé de Recherche, CNRS, HDR (Co-Directeur)

Dr Adrienne KISH, Maître de Conférences, Muséum National d’Histoire Naturelle (Co-Encadrante)

Résumé :

C’est au début du XXe siècle que des microorganismes sont découverts au sein des cristaux de sel appelés halites (NaCl). Ils ont été piégés dans les inclusions fluides durant la formation des cristaux par évaporation de l’environnement liquide. Ces microorganismes halophiles sont supposés être préservés et même rester viables après plusieurs millions d’années, même si la durée exacte de viabilité est encore sujette à controverse. Les mécanismes moléculaires permettant l’acclimatation des halophiles au sein des halites restent une question ouverte depuis des décennies. L’absence d’étude « -omiques » s’explique par le challenge analytique que représente les cristaux de sel en raison de la forte quantité de NaCl et de l’aspect présumé hermétique du système cristallin. Les principales interrogations associées à la réponse moléculaire concernent la viabilité, l’activité, le métabolisme et les modifications structurelles des cellules après leur piégeage. Répondre à ces questions requiert en premier lieu la résolution des problèmes analytiques qui se focalisent sur deux aspects majeurs : l’élimination de toutes cellules et biomolécules organiques contaminantes (y compris les protéines) des surfaces cristallines et la réalisation d’extractions sélectives des biomolécules directement à partir des cellules contenues dans les inclusions fluides d’halite avec une rapidité suffisante pour éviter le changement de la physiologie lors de l’extraction.

Ce projet doctoral s’est d’abord intéressé à la production en laboratoire et à la caractérisation d’un modèle d’halite contenant l’haloarchée modèle Halobacterium salinarum NRC-1. Ces cristaux ont ensuite servi au développement d’une nouvelle boîte à outils moléculaire, applicable aux cristaux d’halites et compatible avec leur forte teneur en sel. Ces méthodes permettent le nettoyage de la surface cristalline de toutes cellules et protéines résiduelles ainsi que l’extraction des protéines directement contenues dans les inclusions fluides sans impacter la physiologie cellulaire. L’utilisation de ces méthodes sur le modèle d’halite de laboratoire a ensuite permis d’effectuer le premier examen moléculaire de l’acclimatation précoce d’H. salinarum contenue dans les inclusions fluides. L’analyse de son protéome après deux mois de piégeage a révélé un haut degré de similitude avec celui des cultures liquides en phase stationnaire. Alors que les protéines du métabolisme central font partie du protéome partagé entre les extraits de cultures liquides et des inclusions fluides d’halite, les protéines ribosomales présentent une forte régulation à la baisse. Concernant la mobilité cellulaire, les protéines de l’archaellum et des vésicules de gaz sont soit absentes, soit moins abondantes dans les échantillons d’halite. Dans les inclusions fluides, certains transporteurs diffèrent par rapport à ceux des cultures liquides, suggérant ainsi une modification des interactions entre les cellules et le microenvironnement fluidique au sein des cristaux.

L’étude moléculaire de la réponse physiologique au piégeage précoce a permis de générer un certain nombre d’hypothèses relatives à l’acclimatation précoce de H. salinarum au sein des cristaux d’halites bien que celles-ci doivent encore être vérifiées sur modèle naturel. Les méthodologies développées dans ce projet doctoral représentent une réelle avancée pour la communauté scientifique avec la production des outils nécessaires à l’étude de la physiologie des microorganismes inclus dans les cristaux d’halite que ce soit sur des modèles de laboratoire ou sur des échantillons naturels terrestres. Ces méthodes présentent également un intérêt dans la recherche de potentielles biosignatures préservées dans les inclusions fluides d’halites sur d’autres planètes comme Mars.