Academic literature on the topic 'Bactérie méthanogène'

Le méthane entérique est formé par les Archea méthanogènes au cours de la dégradation microbienne des aliments dans le rumen, cequi implique que toute variation dans sa production est le résultat d'un changement dans la chaîne alimentaire microbienne. En effetla structure et/ou l'activité de la communauté microbienne fermentaire (bactéries et protozoaires) détermine la quantité et,partiellement, l'utilisation de l'hydrogène, substrat limitant de la méthanogenèse. Les microorganismes méthanogènes ne constituentqu'une petite partie de la biomasse et de la diversité microbienne dans le rumen. Aujourd'hui, l'absence de lien entre la productionde méthane et le nombre des méthanogènes est bien établie sauf lorsque des inhibiteurs spécifiques des Archaea sont employés (vaccin,additifs chimiques). Les variations dans la production de méthane, observées suite à des modifications de l'écosystème microbienou d'un des constituants de la ration, s'expliquent par des changements de diversité et/ou d'activité des Archaea par suite d'unemoindre disponibilité en hydrogène. En effet, les études récentes relient les variations observées dans la production de méthane à desvariations dans l'activité métabolique des méthanogènes et/ou à des changements fins dans leur diversité au niveau de l'espèce oumême de la souche. Ainsi, le développement des stratégies efficaces à long terme pour réduire les émissions de méthane, impliqueinévitablement la bonne compréhension des mécanismes impliqués en considérant l'écosystème microbien dans son ensemble.

Les extraits de plantes représentent un groupe complexe de substances dont les propriétés peuvent être utilisées pour manipuler le fonctionnement du rumen. Parmi eux, les tannins condensés, les huiles essentielles et les saponines ont été largement évalués pour leurs effets bactéricides/bactériostatiques. La variété de structure chimique des tannins condensés est, sans doute, à l’origine de leur différence de réactivité mais aussi d’une activité différente vis-à-vis des microorganismes du rumen. De façon générale, la croissance bactérienne est d’autant plus inhibée que la concentration en tannins condensés dans le milieu est élevée. Si les tannins condensés inhibent l'activité des archées méthanogènes, ils seraient sans effet sur les protozoaires. Généralement, les tannins condensés conduisent à une diminution de la concentration en azote ammoniacal dans le milieu ruminal mais n’affectent pas la concentration en acides gras volatils totaux. Si à dose élevée, l’effet est plus marqué in vitro qu’in vivo, à dose identique, l’amplitude de la réponse est différente selon la source de tannins condensés. En ce qui concerne l’action des tannins condensés sur la méthanogenèse, l’effet généralement observé, tant in vitro qu'in vivo, est une diminution de la production de CH4 bien que l’amplitude de la réponse soit variable et dépende de plusieurs facteurs que les études in vitro permettent de mieux cerner. Les effets principaux des huiles essentielles dans le rumen consistent en une réduction de la dégradation des protéines et de l'amidon et une inhibition de la dégradation des acides aminés, en raison de l'action sélective sur certains micro-organismes du rumen. Le pouvoir bactéricide des huiles essentielles vis-à-vis des bactéries (pathogènes ou ruminales) est lié à la structure chimique des molécules aromatiques qui les composent. Elles inhibent la croissance de la plupart des cultures pures bactériennes du rumen à des concentrations inférieures à 100 ppm ; certaines espèces pouvant s'adapter, ce qui explique la diminution voire l’absence d’effet souvent observé in vivo. Certains composés aromatiques ont la capacité de réduire la production de méthane dans le rumen. En revanche, les effets des saponines dans le rumen sont moins nets, en raison probablement du développement de populations microbiennes capables de les dégrader et/ou de l'adaptation des microorganismes à ces extraits de plante. Par ailleurs, en l’état actuel des connaissances, il est impossible de conclure quant à l’effet des extraits végétaux sur la qualité lipidique des produits animaux. Des essais complémentaires conduits in vivo et à long terme restent indispensables pour vérifier les effets observés, dans des conditions d'utilisation plus variées, mais aussi pour s'assurer de l'absence de résidus dans les produits animaux et de leur innocuité pour le consommateur.

We investigate, in this work, the effects of hydrolysis on the behavior of the anaero- bic digestion process and the production of biogas (namely, the methane and the hydrogen). Two modelisations of the hydrolysis process are involved. We consider, first, that the microbial enzymatic activity is constant, then we take into consideration an explicit hydrolytic microbial compartiment for the substrate biodegradation. The considered models include the inhibition of acetoclastic and hy- drogenotrophic methanogens. To examine the effects of these inhibitions in presence of a hydrolysis step, we first study an inhibition-free model. We determine the steady states and give sufficient and necessary conditions for their stability. The existence and stability of the steady states are illustrated by operating diagrams. We prove that modelling the hydrolysis phase by a constant enzymatic activity affects the production of methane and hydrogen. Furthermore, introducing the hydrolytic microbial compartment makes appear new steady states and affects the stability regions. We prove that the biogas production occurs at only one of the steady states according to the operating parameters and state variables and we determine the maximal rate of biogas produced, in each case. Nous analysons, dans ce travail, l’effet de l’hydrolyse sur le comportement du processus de la digestion anaérobie et sur la production du biogas (méthane et hydrogène). Nous considé- rons deux modélisations possibles de l’hydrolyse. Nous supposons, dans un premier temps, que l’hydrolyse se fait d’une manière purement enzymatique puis nous faisons intervenir un compar- timent microbien hydrolytique dans le modèle. Les modèles considérés font intervenir l’inhibition de la croissance des bactéries acétogènes (respectivement méthanogènes hydrogénétrophes) par l’hydrogène (respectivement, par l’acétate). Pour analyser l’effet de ces inhibitions, en présence de l’étape d’hydrolyse, nous faisons, dans un premier temps, l’étude d’un modèle sans inhibition. Nous déterminons les équilibres des modèles étudiés et nous donnons des conditions nécessaires et suffi- santes pour leur stabilité. Les régions d’existence et de stabilité des équilibres sont illustrées par des diagrammes opératoires. Nous montrons que la modélisation de la phase d’hydrolyse par une activité enzymatique constante affecte la production du méthane et de l’hydrogène. En outre, l’introduction du compartiment microbien hydrolytique fait apparaître de nouveaux équilibres et affecte les régions de stabilité. Nous prouvons que la production de biogaz se produit en un seul équilibre, selon les paramètres opératoires et les variables d’état et nous déterminons le taux maximal de biogaz produit.

La fermentation de l'acetate par une bacterie methanogene thermophile acetoclaste, methanosarcina sp. Msta-1, est etudiee. L'etude de l'influence des parametres physico-chimiques sur la cinetique et la stchiometrie de la fermentation de l'acetate montre que la souche presente un optimum de croissance #m#a#x=vitesse specifique maximale de croissance (#m#a#x=0,050-0,055 h##1) a 55#oc, dans une zone de ph de 6,5-7,5 unites et pour une concentration initiale en acetate comprise entre 50 et 100 mm. Contrairement au rendement de methane, les rendements cellulaires sont dependants des conditions physico-chimiques. La consommation energetique de maintenance apparait etre a l'origine de ce decouplage entre la croissance et la methanogenese. Contrairement a d'autres bacteries methanogenes. Methanosarcina sp. Msta-1 ne peut assimiler l'azote moleculaire. Une etude comparee entre la fermentation de l'acetate et celle du methanol au niveau cinetique et au niveau des teneurs intracellulaires en nucleotides adenyliques indique que la charge energetique de la cellule est independante des activites specifiques et du caractere energetique du substrat

Dans la première partie de notre Thèse, nous avons revu la littérature sur les méthanogènes retrouvés dans les différents microbiotes de l’Homme. Nous avons également fait un point sur les diverses méthodes utilisées pour la détection de ces microorganismes au laboratoire de microbiologie clinique.Dans une seconde partie de notre travail de Thèse, nous avons testé la production d’hydrogène par les bactéries anaérobies facultatives d’intérêt clinique, plus particulièrement les bactéries précédemment retrouvées associées avec les méthanogènes dans les échantillons cliniques. Nous avons observé que toutes les bactéries anaérobies facultatives n’ont pas la capacité de produire de l’hydrogène gazeux et nous avons rapporté trois bactéries qui n’étaient pas connues en littérature pour la production d’hydrogène. Dans la troisième partie de notre Thèse, nous avons exploré la flore sinusale à la recherche de méthanogènes. Nous avons pu mettre en évidence par des méthodes de biologie moléculaire, d’hybridation fluorescente in situ et de culture microbienne, des méthanogènes chez neuf patients différents présentant des infections sinusales. Nous nous sommes intéressées à rechercher les méthanogènes dans la cavité orale chez un autre type de population plus précisément dans un centre d’odonto-stomatologie au Mali. Au total, nous avons obtenu huit échantillons positifs pour les méthanogènes. Dans la dernière partie de notre Thèse, nous avons étudié le répertoire des archaea et bactéries associées à quinze espèces de plantes différentes utilisées comme brosses à dents naturelles à Bamako, au Mali
In the first part of our thesis, we reviewed the literature on the methanogens found in the different microbiota of humans. We also reviewed the various methods used for the detection of these microorganisms in the clinical microbiology laboratory. In a second part of our Thesis work, we tested the hydrogen production by facultative anaerobic bacteria of clinical interest. , especially bacteria previously found associated with methanogens in clinical samples. We have observed that not all facultative anaerobic bacteria have the capacity to produce hydrogen gas and we have reported three bacteria that were not known in the literature for the production of hydrogen. In the third part of our Thesis, we explored the sinus flora in search of methanogens. Molecular biology, fluorescent in situ hybridization and microbial culture demonstrated methanogens in nine different patients with sinus infections. We were interested in looking for methanogens in the oral cavity in another type of population more specifically in a center of odonto-stomatology in Mali. In total, we obtained eight positive samples for methanogens. In the last part of our Thesis, we studied the archaea and bacteria repertoire associated with fifteen different plant species used as natural toothbrushes in Bamako, Mali

L’étude de communautés microbiennes de sources hydrothermales profondes de la dorsale medio-atlantique et de réservoirs pétroliers du bassin parisien a été entreprise par des approches culturales et moléculaires. Ces approches ont consisté d'une part en une analyse directe des ARNr 16S par amplification et hybridation in situ, d'autre part dans l'enrichissement de différents types métaboliques à haute température, et enfin dans la caractérisation de souches isolées d'environnements hydrothermaux. Des séquences d'archaea méthanogènes, halophiles ou hyperthermophiles affiliées aux méthanosarcinales ou aux thermococcales ont été détectées dans deux échantillons d'eau de production. Les séquences de bacteria étaient associées à des thermotogales, des proteobacteria delta et des firmicutes à bas G+C% généralement impliqués dans des processus thermophiles et mésophiles de sulfato- ou thiosulfato-reduction. Des séquences associées au genre arcobacter pouvant intervenir dans le cycle des composés soufrés au sein du réservoir ont également été détectées. Enfin des séquences associées au genre herbaspirillum ont été observées mais proviennent probablement d'une contamination du réservoir. Au sein des fluides hydrothermaux, des enrichissements de différents types métaboliques associés au métabolisme du soufre et du méthane ont été positifs à 65 et 80°C. Une grande diversité de séquences a par ailleurs été observée. Les proteobacteria epsilon dominent généralement les banques de séquences bactériennes et sont détectées en forte proportion par hybridation in situ avec les desulfurobacteriales. Des séquences d'archaea (thermococcales, methanococcales et archaeoglobales) ont également été détectées. L’utilisation combinée de méthodes moléculaires et culturales nous a permis de dépasser les limitations inhérentes à chacune de ces méthodes et de proposer une image des relations s'établissant entre les différentes communautés de micro-organismes présents dans ces deux environnements.

Solvant de degraissage des metaux et de nettoyage a sec des textiles, le perchloroethylene (pce), molecule cancerigene, est frequemment detecte comme polluant du sol, de l'air et des eaux. Une culture mixte methanogene et sulfatoreductrice, isolee de boues de digestat de station d'epuration (bourg-en-bresse), degrade ce compose a des concentrations importantes comprises entre 10 et 50 m. Seules les bacteries methanogenes sont responsables de cette transformation en sous-produits, qui sont le trichloroethylene (tce) et le chlorure de vinyle (vc), grace a un co-metabolisme par deviation des pouvoirs reducteurs produits au cours de leur methanogenese. Toutefois, les bacteries sulfatoreductrices (bsr) interviennent dans la degradation d'autres composes aliphatiques chlores, tels que le 1,1-dichloroethylene (1,1-dce). L'acclimatation du consortium microbien permet l'amelioration des performances de dechloration. Les bacteries methanogenes sont toujours responsables de cette deshalogenation plus rapide grace a un double mecanisme. Methanosarcina sp fr, isolee de ce consortium, dechlore en effet le pce en tce par co-metabolisme faisant intervenir les cofacteurs suivants : les cobamides, f#4#3#0 et/ou f#4#2#0. Le tce est alors degrade en un produit non chlore p par un autre mecanisme. Dans la culture mixte, ce compose serait ensuite metabolise par les bsr. En absence de sulfate, l'apport de lactate permet une syntrophie entre les bsr et les bacteries methanogenes hydrogenophiles qui se traduit par une amelioration de la dechloration. Par contre, en presence de sulfate et en condition de culture discontinue, une competition interspecifique existe entre la dechloration, la sulfatoreduction et la methanogenese hydrogenophile. Elle disparait dans le reacteur anaerobie semi-continu a cellules fixees. Le consortium acclimate est capable de dechlorer des concentrations en pce de l'ordre de 560 m. Le reacteur anaerobie a cellules fixees presente un interet pour la depollution de milieux aqueux pollues, les teneurs en pce residuel dans l'effluent liquide et gazeux etant inferieures a celles autorisees par l'arrete du 1#e#r mars 1993 modifie par l'arrete du 21 decembre 1995.

La digestion anaérobie est un processus de transformation de la matière organique en biogaz riche en méthane. Les déchets solides sont le plus souvent traités par une technologie par voie sèche qui est caractérisée par des teneurs en matières sèches supérieures à 20%. Du fait de la faible teneur en eau, la digestion sèche présente de nombreuses inconnus scientifiques, tant au niveau microbiologique et physico-chimique. Le but de cette thèse est de comprendre l'influence des parametres opératoires spécifiques à la digestion anaérobie par voie sèche sur les performances et le comportement des communautés microbiennes de ce processus. Les résultats obtenus montrent que l'augmentation de la teneur en matières sèches au-delà de 30% et la diminution de la surface spécifique d'échange ont un effet négatif sur le processus de digestion anaérobie. En effet lorsque la teneur en matière sèche est supérieure à 30%, le transfert des gaz dissous du milieu réactionnel vers le ciel gazeux peut limiter la méthanisation. L'analyse des populations microbiennes montre la présence de bio-indicateurs bactériens liés au non fonctionnement de la digestion anaérobie. Ces bio-indicateurs sont des clostridium et sont présents quel que soit l'inoculum utilisé. L'étude des populations méthanogènes montre une sensibilité de ces microorganismes à leur environnement : des shifts de populations méthanogènes ont été observés en fonction de la concentration en matières sèches. Ce travail a permis d'accroître les connaissances dans le domaine de la digestion anaérobie sèche, ces connaissances pouvant contribuer à améliorer les performances des procédés
Anaerobic digestion is the transformation of organic matter into biogas rich in methane. Solid waste is treated by dry anaerobic digestion process with a total solid content higher than 20%. The high solids content make the process difficult to control. The aim of this work is to study the influence of operating parameters specific to dry anaerobic digestion on performances and behavior of microbial communities. The results show that increasing the solids content higher than 30% and decreasing the specific surface area of change have a negative effect on the anaerobic digestion process. Indeed, when the solids content exceeds 30%, the transfer of dissolved gas from the reaction mixture to the headspace can limit anaerobic digestion. The analysis of microbial populations demonstrates the presence of bacterial bio-indicators related to no-functioning anaerobic digestion. These bio-indicators correspond to the clostridium genus and are present regardless of the inoculum source. The study of methanogenic Archaea shows a sensitivity of these microorganisms. Shifts in the methanogenic populations related to the concentration of total solids were observed. This work has improved the fundamental knowledge of dry anaerobic digestion which can help improve the performance of this process

Les etudes microbiologiques visant a mettre en evidence les populations microbiennes impliquees dans la degradation anaerobie de la matiere organique, et plus particulierement des composes aromatiques lors de la digestion anaerobies des margines d'huileries d'olives, ont ete jusqu'a ce jour limitees aux consortiums methanogenes. Le but de ce travail est d'isoler des nouvelles bacteries anaerobies et les caracteriser par la suite sur le plan physiologique, biochimique et phylogenetique. Cette etude est la premiere a decrire l'isolement de cultures pures de bacteries anaerobies strictes, capables de degrader les composes aromatiques avec (souche sr1) ou sans clivage du cycle aromatique (souches sr3 et sr12) a partir de ce type d'effluent agro-industriel. Nous avons isole egalement du meme environnement, deux bacteries anaerobies strictes qui degradent respectivement le xylane (clostridium xylanovorans) et les acides amines (clostridium peptidovorans). Les transformations des composes aromatiques par les souches sr3 (clostridium methoxybenzovorans) et sr12 (eubacterium aggregans) sont des reactions de demethoxylation. L'activite demethoxylase a ete mise en evidence dans des suspensions et dans les extraits cellulaires de ces deux souches. La souche sr3 a la particularite de demethoxyler une large gamme de composes aromatiques methoxyles, sans tenir compte du nombre ou de la position des groupements methoxyles sur le cycle aromatique, alors que la souche sr12 realise des demethoxylations specifiques des composes possedant des groupements methoxyles en position ortho sur le cycle aromatique, par rapport a un autre groupement methoxyle ou hydroxyle. Les composes hydroxyles obtenus apres demethoxylation ne sont pas utilises par les deux bacteries. La souche sr1 (sporobacterium olearium) qui appartient a un nouveau genre, a la capacite de demethoxyler les composes aromatiques trimethoxyles et de cliver le cycle aromatique des composes trihydroxyles formes. Nous avons egalement montre que l'ouverture du cycle aromatique est realisee via la voie du phloroglucinol. L'activite demethoxylase a ete mesuree dans les extraits cellulaires et dans des suspensions cellulaires. Cette demethoxylase n'est active qu'en presence d'atp et d'un milieu tres reduit. Les resultats de ce travail ont contribue a ameliorer les connaissances sur la population bacterienne impliquee dans la degradation des margines d'olive. Les nouvelles bacteries isolees pourraient etre utilisees pour ameliorer l'efficacite de la degradation des margines dans le digesteur ou dans le sol. L'o-demethylase presente chez les souches sr1, sr3 et sr12 pourrait etre utilisee dans l'industrie pour la biotransformation de composes aromatiques d'origine naturelle.

L'adhésion bactérienne aux surfaces inertes représente le paramètre déterminant qui gouverne à la fois la vitesse de démarrage et les performances finales des digesteurs de méthanisation. Ce travail constitue une étude des mécanismes impliqués dans l'adhésion initiale de bactéries méthanogènes, ou autres anaérobies, aux matériaux plastiques. Dans cette optique, nous avons caractérisé les propriétés des surfaces bactériennes et polymériques en terme de charge, d'hydrophobicité et de composition chimique à l'aide de méthodologies originales. Nous avons montré que les bactéries méthanogènes filamenteuses, de nature hydrophile, adhéraient 3 a 4 fois moins à l'ensemble des supports que les autres bactéries anaérobies et, dans tous les cas, nous avons observé une adhésion maximale au pvc. Nos essais ont montre l'intervention de l'hydrophobicité et de la charge des surfaces dans la colonisation initiale. Cependant, nos travaux sur supports de faible énergie de surface répondent à la théorie D. L. V. O. Des interactions à longue distance, les bactéries absorbant réversiblement dans le minimum secondaire alors qu'elles adhèrent de façon plus homogène et plus ferme aux supports hydrophiles et aux surfaces traitées par des cations trivalents, à des distances de séparation inférieures. Nous avons par ailleurs observé l'importance de polymères de surface, tels que le lipopolysaccharide ou l'acide lipotéichoide qui interviennent indirectement dans l'adhesion par l'intermédiaire de leurs propriétés de surface. Enfin, nous avons montré qu'il existait une compétition pour l'attachement qui varie en fonction des populations en présence et que la séquence de présentation des bactéries au support intervenait souvent dans l'adhésion subséquente

L'hydrogene est un intermediaire important de la degradation microbienne anaerobie de la matiere organique. Dans les ecosystemes digestifs, l'hydrogene produit par des microorganismes hydrolytiques et fermentaires peut etre potentiellement reutilise par trois groupes microbiens majeurs: les archa methanogenes, les bacteries sulfato-reductrices et les bacteries acetogenes. Nous avons compare le niveau de population de ces hydrogenotrophes dans divers ecosystemes digestifs, caracterise quelques souches et etudie les interactions entre ces microorganismes et ceux producteurs d'h#2. Les methanogenes representent la population hydrogenotrophe dominante dans la plupart des ecosystemes digestifs etudies. Les sulfato-reductrices sont toujours presentes quel que soit l'ecosysteme avec un niveau de population similaire. La flore acetogene, bien que premiere a s'etablir dans le rumen, est presente en plus grand nombre chez les non-ruminants. Les acetogenes, mixotrophes, sont capables d'utiliser un plus grand nombre de substrat que les methanogenes mais l'affinite de ces dernieres pour l'hydrogene est plus elevee. Des cocultures in vitro ont montre que les acetogenes sont capables, comme les methanogenes d'influencer le metabolisme des producteurs d'h#2. Les sulfato-reductrices detournent egalement le metabolisme des producteurs d'h#2 bien que le sulfure produit soit toxique pour certains microbes. A l'aide d'agneaux gnotobiotiques, nous avons montre que les methanogenes peuvent, in vivo, augmenter l'activite metabolique des souches productrices d'h#2 et nous avons mis au point un modele exempt d'acetogenes pour etudier leur role in vivo

Les microorganismes anaérobies représentent la population majoritaire de notre tube digestif et ont un impact remarquable sur notre santé. Leur culture demeure à ce jour longue, fastidieuse et coûteuse et nombreux sont ceux qui restent incultivables. Or la culture est un outil indispensable pour l'étude du microbiote digestif. Ainsi, le laboratoire dans lequel ma thèse s’est déroulée a créé un nouveau concept de culture « Microbial Culturomics » qui a permis d’isoler 193 nouvelles espèces bactériennes anaérobies. Un travail sur l’utilisation des antioxydants pour permettre la culture aérobie des bactéries anaérobies a également été amorcé : une optimisation des techniques de culture prometteuse autour de laquelle mes travaux ont vu le jour. Notre premier projet a consisté à développer un dispositif de culture innovant permettant la culture des archaea méthanogènes en aérobiose et en absence de source externe de dihydrogène. Notre deuxième projet a consisté à élaborer un flacon d’hémoculture unique dans lequel la croissance de toutes les bactéries, aérobies et anaérobies, pouvaient être détectées. Notre troisième projet quant à lui repose sur la comparaison du mode de culture anaérobie et de celui en aérobie avec les antioxydants à travers l’exemple de trois souches bactériennes strictement anaérobies. L’utilisation des antioxydants pour faciliter la culture des microorganismes anaérobies a donc apporter des résultats très prometteurs qui pourrait être utilisés, après validation par des études multicentriques dans les laboratoires de microbiologie clinique et environnementaux
Anaerobic microorganisms are characterized by their ability to grow and survive in the absence of oxygen. Indeed free oxygen molecules are not used for their metabolism and can be toxic to varying degrees, sometimes leading to cell death. Although it is known that these microorganisms are the predominant in our digestive microbiota and that they have a great impact on our health, their culture remain long, fastidious, costly, and in most cases impossible. Becteria culture is an indispensable tool for isolating strains, performing studies from living models, and identifying new ones. Thus, the laboratory in which my thesis tooks place created a new concept of culture "Microbial Culturomics" which made it possible to isolate 193 new anaerobic bacterial species. A work based on the use of antioxidants to enable the aerobic culture of anaerobic bacteria was also initiated: a promising optimization of the culture techniques from which my work was born. Our first project consisted in developing an innovative culture device allowing the cultivation of methanogenic archaea in aerobic and without an external source of dihydrogen. In our second project, we performed a single culture bottle in which the growth of all bacteria, aerobic and anaerobic, could be detected. Our third project was based on the comparison of anaerobic and aerobic culture with antioxidants through the example of three strictly anaerobic bacterial strains.Therefore the use of antioxidants enable to facilitate anaerobic bacteria cultivation. These results are very encouraging for clinical and environmental microbiology laboratories