High-throughput cultivation of heterotrophic bacteria during a north sea spring bloom and genomic insights into the genus winogradskyella

Résumé

Les aigües costaneres que envolten l'illa de Helgoland, situada a la cala alemanya al Mar de Nord, experimenten anualment una floració primaveral de fitoplàncton paral·lelament amb l'increment de la llum solar i la temperatura. Aquests fenòmens de florament indueixen floracions secundàries de bacteris planctònics que desencadenen una successió de diferents clades bacterians. En aquesta tesi, ens centrem en l'estudi de la diversitat i la dinàmica microbiana relacionada amb la floració mitjançant metodologies dependents de cultiu (enfocament en tàndem utilitzant Whole Cell MALDI-TOF MS i reconstrucció filogenètica del gen 16S rARN dels aïllats recuperats) i independents de l'cultiu (seqüenciació d’amplicons del gen 16S rARN, dades genòmiques i metagenómicos). L'enfocament dependent de cultiu va consistir en realitzar un cultiu d'alt rendiment en plaques d'agar sòlid per recuperar una col·lecció de més de 5.000 bacteris heteròtrofs vinculats a les aigües en floració primaveral de Helgoland durant l'any 2016. Per a això, es van emprar vuit medis de cultiu que es diferenciaven entre si principalment per la concentració i la font de carboni. La major part de les 4.136 soques identificades van afiliar amb Alphaproteobacteria (40,6%), Gammaproteobacteria (26,9%), Bacteroidetes (13,3%) i Actinobacteria (6,7%). L'esforç realitzat va resultar en una gran quantitat de nous aïllaments ja que a partir de les 271 unitats filogenètiques operatives (OPU) identificades, 13 van representar potencials nous gèneres i 143 potencials noves espècies. La col·lecció de cultius de la present tesi va conduir a l'aïllament de 41 soques afiliades a l'gènere Winogradskyella pertanyents a la classe Flavobacteriia del filum Bacteroidetes. És sabut que els flavobacteris tenen un paper important en la remineralització de la matèria orgànica dels oceans, especialment per la seva capacitat de degradació de la matèria orgànica complexa com la biomassa derivada d'algues de les floracions primaverals. Entre els aïllats de Winogradskyella abans esmentats, que representaven deu espècies, vàrem seqüenciar 15 genomes per investigar la seva taxonomia i ecologia. L'anàlisi filogenètic, genòmic i fenotípic dels aïllaments va revelar que, entre les deu espècies diferents que coexisteixen en les aigües de la Mar del Nord, vuit representaven noves espècies que vàrem descriure formalment. A més, es van recuperar quinze genomes acoblats de metagenomas (MAGs) de mostres preses en el mateix lloc en els anys 2010-2012 i 2016. Tots els MAGs pertanyien a una única espècie, però d'un llinatge filogenètic diferent a la dels cultius i va ser classificat com una nova espècie Candidatus. Amb la informació dels genomes i metagenomes vàrem analitzar les seves característiques genòmiques i metabòliques, amb especial èmfasi en la capacitat de degradar polisacàrids derivats d'algues. Les seqüències dels genomes van formar dos llinatges principals, el primer representat principalment per organismes cultivats caracteritzats per genomes més grans ~ 4,3 Mb (± 0,4 Mb) i amb una gran abundància i diversitat de Locis d'Utilització de Polisacàrids (PULs). Per contra, el segon llinatge va estar representat principalment per MAGs de ~ 2,3 Mb per genoma i alguns aïllats que van mostrar genomes entre ~ 3,0-3,5 Mb. Aquest llinatge, a més de tenir genomes més petits, va mostrar menys diversitat i nombre de PULs, revelant que tot i que els dos llinatges mostren capacitats de degradació, semblen ocupar diferents nínxols i tenir diferents rols en el medi ambient.