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الجمهورية الجزائرية الديمقراطية الشعبية République Algérienne Démocratique et P

الجمهورية الجزائرية الديمقراطية الشعبية République Algérienne Démocratique et Populaire وزارة التعليم العالي والبحث العلمي Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Ecole Nationale Supérieure de Biotechnologie ـ الوطـنـية الـمـدرسـة ـ فـي الـعــلـيـا البــيـوتـكـنـول ــ وجـيـ ـا MINI PROJET : IDENTIFICATION DE LA POPULATION MICROBIENNE METALLO-TOLÉRANTE DE L’ANCIENNE MINE DE FER DE SIDI MAAROUF –JIJEL- PAR ANALYSE MÉTAGÉNOMIQUE ___________________________________________ 1 Mini projet Thème : Identification de la population microbienne métallo-tolérante de l’ancienne mine de fer de Sidi maarouf –Jijel- par analyse méta génomique Binôme : 1) Nom : Gouder Prénom : Yamina 2) Nom : Kismoune Prénom : Meriem Année d’étude : 4ème année Enseignant référant : Mr K.Chekroud MINI PROJET : IDENTIFICATION DE LA POPULATION MICROBIENNE METALLO-TOLÉRANTE DE L’ANCIENNE MINE DE FER DE SIDI MAAROUF –JIJEL- PAR ANALYSE MÉTAGÉNOMIQUE Table des matières Remerciement........................................................................................................................................4 Table des figures :..................................................................................................................................5 Introduction :.........................................................................................................................................6 Chapitre I : Les milieux extrêmes et les extrêmophiles..........................................................................7 1. Qu’est-ce qu’un milieu extrême ?..............................................................................................7 2. Qu’est-ce qu’un extrêmophile ?.................................................................................................7 3. Propriétés des extrêmophiles.....................................................................................................7 3.1. Stabilité des constituants cellulaires...................................................................................8 3.2. Osmoadaptation.................................................................................................................9 3.3. Adaptation aux pH extrêmes..............................................................................................9 4. Quelques exemples de milieux extrêmes :...............................................................................10 4.1 Les milieux chauds :..........................................................................................................10 4.2 Les milieux froids :............................................................................................................11 4.3 Les milieux sous haute pression :......................................................................................12 4.4 Les milieux rocheux..........................................................................................................12 4.5 Les milieux acides.............................................................................................................13 4.6 Les milieux basiques :.......................................................................................................14 4.7 Les milieux salés :.............................................................................................................14 4.8 Les milieux à fort rayonnement........................................................................................15 Chapitre II : les métaux lourds et les micro-organismes métallo-tolérants..........................................16 1. Définition des métaux lourds....................................................................................................16 2. Effet des métaux lourds sur l’environnement..........................................................................16 3. Effet toxique des métaux lourds sur les microorganismes.......................................................16 4. Tolérance des métaux lourds par les micro-organismes :.........................................................17 Chapitre III : Techniques d’identification des microorganismes extrêmophiles...................................19 1. Méthodes d’identification phénotypiques...................................................................................19 1.1. L’examen direct.....................................................................................................................19 1.2. L’examen après coloration....................................................................................................19 1.3. Identification après mise en culture......................................................................................20 1.4. Les limites de l’identification phénotypique..........................................................................21 2. Méthodes d’identification protéomique et génotypique.............................................................21 2.1. Méthodes d’identification protéomique...............................................................................22 2.2. Méthodes d’identification génomiques.................................................................................22 2.3 Approche Meta-génomique...................................................................................................25 2 MINI PROJET : IDENTIFICATION DE LA POPULATION MICROBIENNE METALLO-TOLÉRANTE DE L’ANCIENNE MINE DE FER DE SIDI MAAROUF –JIJEL- PAR ANALYSE MÉTAGÉNOMIQUE Conclusion :..........................................................................................................................................28 Références :..........................................................................................................................................29 3 MINI PROJET : IDENTIFICATION DE LA POPULATION MICROBIENNE METALLO-TOLÉRANTE DE L’ANCIENNE MINE DE FER DE SIDI MAAROUF –JIJEL- PAR ANALYSE MÉTAGÉNOMIQUE Remerciement C'est avec un grand plaisir que nous adressons nos profondes et extrêmes gratitudes à l'égard de Mr K.Chekroud, notre encadrant pédagogique pour nous avoir aidé à la réalisation de ce modeste travail, pour nous avoir accordé du temps à nous guider, pour ses conseils et ses recommandations précieux qui nous ont aidé tout au long de la réalisation de ce présent travail. Nous le remercions également d'être toujours disponible, à l'écoute de nos nombreuses questions, et d'être purement intéressé par l'avancement et l'évolution de ce travail. Nous remercions également les membres de Jury pour l'attention qu'ils ont bien voulu accorder à la lecture et l'évaluation de ce mini projet. 4 MINI PROJET : IDENTIFICATION DE LA POPULATION MICROBIENNE METALLO-TOLÉRANTE DE L’ANCIENNE MINE DE FER DE SIDI MAAROUF –JIJEL- PAR ANALYSE MÉTAGÉNOMIQUE Table des figures : Figure1 : Castle Geyser en éruption, Parc national de Yellowstone, Wyoming, USA. //fr.wikipedia.org/wiki/Parc_national_de_Yellowstone……………………………………………………………………10 Figure2 : Thomas Brock, Thermus aquaticus, Bactérie thermophile grossie au microscope électronique, 1969……………………………………………………………………………………………………………………………11 Figure3 : Guillaume Dargaud, Le lichen de l'Antarctique, 2005. avec l'autorisation de l'auteur. www.gdargaud.net/Antarctica/Animals.html.......................................................................................11 Figure5 : [39a] > Martin Fisk, Microbes in oceanic basalt, Oregon State Univ. //oceanexplorer.noaa.gov/explorations/02alaska/background/microbes/microbes.html > Monica Bruckner, Montana State Univ…………………………………………………………………………………………..12 Figure 6 : Kathy Sheelan, David Patterson et al., L'algue rouge cyanidium, Nymph Creek, Parc Lemonade du Yellowstone National Park, Montana State Univ., Wyoming, 2001. et La bactérie Beggiatoa sur les sédiments du site marin Eel Pond, Woods Hole, Massachusetts, 2001. //serc.carleton.edu/microbelife/extreme/acidic/index.html ……………………………………………………………13 Figure 7 : Wilehlm Nultsch, Botanique générale,de Boeck, p.290, 1998…………………………………………….13 Figure8 : Brett Leigh Dick, Microbial life in alkaline environments, http://serc.carleton.edu/microbelife/extreme/alkaline/index.html......................................................1 4 figure9 : Guillaume Calu, L'écophysiologie des bactéries, 2008 www.spectrosciences.com/spip.php? article59 > Didier Pol, Halobacterium salinarum, Biologie-Géologie, 1, 2008 //www.didierpol.net/3halobact.htm………………………………………………………..…………..14 figure10 : Michael Daly, ITEM image de Deinococcus radiodurans, USUHS, Bethesda, Maryland, USA. http://www.usuhs.mil/pat/deinococcus/index_20.htm........................................................................15 Figure 11 : Ederer M.M. (2011). Metagenomics: methods, applications and challenges. In: Li R.W. (ed.) Metagenomics and its Applications in Agriculture, Biomedicine, and Environmental Studies.Nova. Sci. Inc. New York, USA……………………………………..25 5 MINI PROJET : IDENTIFICATION DE LA POPULATION MICROBIENNE METALLO-TOLÉRANTE DE L’ANCIENNE MINE DE FER DE SIDI MAAROUF –JIJEL- PAR ANALYSE MÉTAGÉNOMIQUE Introduction : Les formes de vie sur Terre sont innombrables, comme les environnements qui les abritent. Jusqu’au 20ème siècle, on pensait que la vie n’était possible que dans un environnement «normal», c’est-à-dire là où les conditions sont compatibles avec la vie de l’homme. Puis, les chercheurs ont commencé à découvrir des organismes qui survivent dans des conditions hors de ces normes, dans des milieux caractérisés par des conditions physiques et/ou chimiques extrêmes [1]. Ces êtres exceptionnels qui défient les lois de la biologie et créent la vie ou l’homme n’osait l’imaginer sont qualifiées d’extrêmophiles [2] et ils ne sont pas seulement tolérants a ces condition extrêmes mais celles-ci sont requises pour leur croissance et développement [3]. Il existe des extrêmophiles qui prospèrent dans des biotopes combinant plusieurs conditions extrêmes, ils sont baptisés polyextrêmophiles ce qualificatif englobe la résistance à des conditions physiques (par exemple la température, la pression, les radiations) et géochimiques (par exemple la dessiccation, la salinité, le pH) [4]. Selon les conditions extrêmes auxquelles les microorganismes extrêmophiles sont confrontés, ils peuvent être thermophiles, psychrophiles, alcalophiles, acidophiles, piézophiles, halophiles ou halotolérants… [5]. L’existence de la vie dans les écosystèmes extrêmes a conduit à s’interroger sur les stratégies et les mécanismes cellulaires, moléculaires et génétiques mis en jeu pas ces microorganismes atypiques pour se maintenir dans de tels milieux, et la mise en évidence d’une extraordinaire biodiversité de ces formes de vie montre. Les capacités étonnantes d’adaptation des microorganismes extrêmophiles au stress physico- chimique offrent des perspectives en termes d’application biotechnologiques et conduit également à s’interroger sur leur capacité de produire de nouvelles substances exceptionnelles [5]. L’objectif de ce présent travail est de mettre en évidence l’étude du mode de vie extrêmophile des bactéries métallo-résistantes dans les anciennes mines de Fer et l’application des méthodes méta génomiques à leur découverte. 6 MINI PROJET : IDENTIFICATION DE LA POPULATION MICROBIENNE METALLO-TOLÉRANTE DE L’ANCIENNE MINE DE FER DE SIDI MAAROUF –JIJEL- PAR ANALYSE MÉTAGÉNOMIQUE Chapitre I : Les milieux extrêmes et les extrêmophiles 1. Qu’est-ce qu’un milieu extrême ? Pour pouvoir définir un environnement extrême, il faudrait d'abord définir ce qu'est un environnement non-extrême ou normal. Pour cela, un consensus général établit les facteurs physiques et chimiques les plus importants pour un environnement normal. Ces facteurs se situeraient approximativement à des valeurs de température de 4 à 50°C, de pH de 5 à 8,5 et de salinité entre celle de l'eau douce et celle de l'eau de mer (3,5%, p/v). Loin des environnements normaux, la diversité des espèces diminue et le stress environnemental augmente. Les facteurs de stress environnementaux sont habituellement additifs, l'augmentation d'un facteur, augmente la susceptibilité du microorganisme envers d'autres facteurs [6]. 2. Qu’est-ce qu’un extrêmophile ? Les extrêmophiles sont des micro-organismes qui se développent de manière optimale dans des conditions de milieux mortelles pour la quasi-totalité des autres espèces. Le concept d’extrêmophile a été forgé à partir des travaux de microbiologistes qui ont eu un rôle de pionnier en découvrant de nouvelles espèces de micro-organismes dans des milieux considérés jusque-là comme stériles. C’est le cas de T. Brock qui, à la fin des années soixante, découvrit les premières espèces se développant à des températures de l’ordre de 70°C dans des sources thermales du parc de Yellowstone aux États-Unis. En 1969, il isola en particulier Thermus aquaticus qui sera à la base de la découverte des ADN polymérases thermostables [7]. À la même période, K. Horikoshi, au Japon, mettait en évidence l’existence de microbes ne se développant qu’à des pH alcalins et passés presque totalement inaperçus auparavant [8]. Puis les microbiologistes allemands W. Zillig et K. Stetter allaient donner une impulsion déterminante en explorant systématiquement les milieux extrêmes de la planète, avec une prédilection marquée pour le chaud et la mise en évidence d’espèces ayant un optimum de croissance supérieur à 100°C. Pyrolobus fumari est notamment capable de survivre à 121°C, température à laquelle sont effectuées les opérations de stérilisation courantes en laboratoire et dans l’industrie. De 1980 à 2000, le laboratoire de K. Stetter isola plus de 50 nouvelles espèces appartenant à de nouveaux genres, voire de nouvelles familles [9]. De ces travaux et de ceux consacrés à d’autres types d’environnements émergea le concept d’extrêmophile. 3. Propriétés des extrêmophiles Le concept d’extrêmophilie, à la différence de celui de résistance aux conditions extrêmes, implique que l’ensemble de la machinerie cellulaire soit adapté aux conditions extrêmes et que les cellules fonctionnent de manière optimale dans ces conditions. Pour autant, chaque constituant cellulaire ne fonctionne pas nécessairement à l’optimum dans les conditions du milieu extérieur. Les cellules sont capables de contrôler jusqu’à un certain point les conditions intracellulaires pour certains paramètres comme l’osmolarité. De ce fait, le pH intracellulaire de souches alcaliphiles sera inférieur à celui du milieu extérieur et inversement pour les espèces acidophiles. En uploads/Geographie/ mini-projet-version-finale.pdf