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Un monde encore méconnu

Le monde des microbes de l’environnement, tels ceux qui épurent les eaux usées ou dégradent les déchets, reste encore peu connu. Cependant, les progrès techniques d’analyse microbienne réalisés ces dernières années permettent aujourd’hui d’en explorer la complexité.

Les équipes du Cemagref et leurs partenaires du projet ANR ECCO¹ figurent, en France, parmi les équipes les plus en pointe dans ce domaine. Depuis 2003, elles déterminent la fonction des microorganismes impliqués dans les processus de dégradation en absence d’oxygène, en combinant des techniques de marquage isotopique et de microbiologie moléculaire.

Les chercheurs identifient les différentes bactéries impliquées dans la dégradation de la cellulose, choisie comme molécule modèle, au sein des installations de stockage de déchets ménagers et la production de méthane sous forme de biogaz potentiellement valorisable.

Deux techniques et un pas de géant vers la compréhension des fonctions microbiennes

La cellulose, marquée par un isotope stable, le carbone 13 (¹³C), est assimilée par les microbes qui la dégradent. Ce ¹³C entre ainsi dans la composition de leur ADN. Une fois isolé, celui-ci permet d’établir la carte d’identité des micro-organismes impliqués dans la dégradation. Les équipes du Cemagref déterminent ensuite plus précisément leur fonction en mesurant le taux de ¹³C absorbé, cellule par cellule. Couplée à des modèles mathématiques, cette mesure révèle le rôle de chaque groupe de microorganismes au sein du processus de dégradation de la cellulose. L’étape d’hydrolyse en particulier, relève des bactéries du groupe Acetivibrio². Le couplage maîtrisé entre les techniques isotopiques et moléculaires ouvre ainsi la perspective d’orienter les fonctions bactériennes au sein des systèmes.

Mimer le vivant ?

Il peut également s’appliquer à d’autres domaines, tels que l’épuration ou la biodégradation des sols... ou servir à mieux comprendre le vivant et le copier. Des milliers d’années de sélection naturelle ont en effet permis aux ruminants et aux termites de développer une flore intestinale 10 fois plus efficace qu’un digesteur industriel pour dégrader la cellulose ! Comparer les performances de ces deux systèmes et identifier ce qui explique ces différences est un autre pan du projet. Ces travaux, qui visent à améliorer le rendement de la dégradation des déchets, font déjà l’objet de collaboration avec les industriels de la filière.

1 : Projet ANR Ecosphere Continentale. Une partie méthodologie a été développée par le Cemagref et l’Institut Curie dans un projet en collaboration avec les Universités de Rennes I, Lyon I et l’unité mixte de recherche BIOEMCO. Les méthodologies développées ont été appliquées sur la dégradation de la cellulose dans les massifs de déchets par le Cemagref, sur l’étude de ces processus dans les sols par les universités de Rennes et de Lyon.

2 : L’implication au sein du processus de fermentation d’autres microorganismes jamais isolés et totalement inconnus a également été montrée, tels que les bactéries appartenant à un groupe dénommé ‘WWE1’, dont l’étude a fait l’objet d’une collaboration avec le CEA Génoscope d’Evry.

Références :

Tianlun Li, Laurent Mazéas, Abdelghani Sghir, Gérard Leblon and Théodore Bouchez -2009. Insights into networks of functional microbes catalysing methanization of cellulose under mesophilic conditions. Environmental Microbiology, vol. 11 n°4, p. 889-904.
X. Qu., L. Mazéas, V.A. Vavilin, J. Epissard, M. Lemunier, J-M.Mouchel, Pin-jing He & T. Bouchez -2009. Combined monitoring of changes in d13CH4 and archaeal community structure during mesophilic methanization of municipal solidwaste. FEMS Microbiol Ecol. 1-10.
Li T., Wu T.D., Mazeas L., Toffin L. Guerquin-Kern J.L., Leblon G. Bouchez T. - 2008. Simultaneous analysis of microbial identity and function using NanoSIMS. Environmental Microbiology, vol.10, n°3, p. 580-588.

Source : Cemagref