Impact de l’urbanisation sur la structuration des communautés bactériennes construites à partir de phénomènes de spillovers et de coalescence conduisant à l’émergence de souches synurbiques
L'urbanisation est un processus grandissant qui conduit à une grande variété de morphologies et de typologies urbaines qui correspondent à des fonctions sociales. L'incidence de ces organisations sur la microbiologie des surfaces urbaines extérieures reste à caractériser. En fait, les proc...
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L'incidence de ces organisations sur la microbiologie des surfaces urbaines extérieures reste à caractériser. En fait, les processus de structuration des communautés bactériennes colonisant les surfaces urbaines restent mal compris, notamment l'identification des propriétés métaboliques à l'origine du succès de certains taxons bactériens capables de faire face aux fortes pressions sélectives induites par les conditions de vie urbaines. Cette thèse a exploré l'hypothèse de communautés bactériennes qui coloniseraient les surfaces urbaines de façon reproductible et qui seraient structurés par des paramètres socio-urbanistiques conduisant à l'émergence de souches bactériennes synurbiques (i.e. adaptées aux conditions de vie urbaines). Des études socio-urbanistiques approfondies de deux morphologies (industrielle et centre-ville) ont été réalisées afin de caractériser les paramètres urbains et les activités humaines ayant un fort impact sur les processus de structuration des communautés bactériennes. En parallèle, les communautés bactériennes des surfaces urbaines ont été étudiées par des approches basées sur les formes cultivables et sur l'ADN (qPCR et métabarcoding), les eaux de ruissellement étant utilisées comme indicateurs de la diversité trouvée dans les sous-bassins versants urbains étudiés. Des analyses de métabarcoding ont été réalisées en utilisant le gène universel de l'ARNr 16S (classification au niveau du genre) et le marqueur tpm (développé au cours de cette thèse) permettant la discrimination des espèces et sous-espèces de genres appartenant aux gamma-protéobactéries, en particulier les Pseudomonas et Aeromonas. Les communautés bactériennes inférées colonisant les surfaces urbaines se sont avérées être structurées selon le principe écologique r/K avec (1) des stratèges K formant le microbiome core (c'est-à-dire hautement récurrents parmi les villes) et flexible (c'est-à-dire spécialistes d'une forme urbaine), et (2) des stratèges r représentant des taxons opportunistes dont l'abondance est liée à des déversements particuliers de nutriments ou de produits chimiques. Le microbiome core (stratèges K) s'est avéré être composé d'une trentaine de genres, dont les Pseudomonas. Le développement du gène tpm comme marqueur métabarcoding a permis d'affiner la compréhension des distributions bactériennes observées et d'identifier des espèces synurbiques clés comme P. koreensis et le pathogène opportuniste humain P. aeruginosa. La structure des communautés bactériennes des surfaces urbaines extérieures s'est avérée liée à certains paramètres socio-urbanistiques (par exemple le trafic élevé, la présence de déchets). Pour illustrer, les taxons à stratégie r tels que Novosphingobium ou Sulfurospirillum ont montré des flambées environnementales (presque la moitié des bactéries totales) en rapport avec un déversement de produits chimiques près de leurs sites d'échantillonnage. Les zones fortement impactées par les moteurs à essence ont montré des taux plus élevés de plusieurs genres d'Actinobactérie, et les espèces P. stutzeri et P. extremaustralis qui sont toutes connues pour être impliquées dans le processus de dégradation des hydrocarbures. Des nombres élevés de reads tpm affiliés aux P. aeruginosa PA7, un clade très virulent, ont également été enregistrés sur les surfaces urbaines impactées par le trafic motorisé. Les schémas de distribution particuliers de P. aeruginosa ont conduit à l'isolement et au séquençage de près de 100 génomes d'isolats urbains. Cela a permis de caractériser un élément génétique mobile impliqué dans la dégradation des alcanes parmi les génomes de P. aeruginosa synurbique. Les isolats de ces P. aeruginosa synurbiques et ceux du clade PA7 se sont révélés cytotoxiques envers les cellules pulmonaires de type A549.
Urbanization is an expanding process leading to a wide variety of urban morphologies and typologies which are matching social functions. The incidence of these organizations on the urban microbiology of outdoor surface environments remains to be characterized. A few reports presented recurrent bacterial taxa among cities and highlighted the presence of some human pathogens. However, the structuring processes of bacterial communities colonizing city surfaces remain poorly understood including the identification of the metabolic properties at the origin of the success of some bacterial taxa able to face the strong selective pressures induced by urban living conditions. This thesis explored the hypothesis of an emergence of reproducible urban outdoor surface microbiomes structured by socio-urbanistic parameters that would lead to the emergence of synurbic bacterial strains (i.e. adapted to urban living conditions). Deep socio-urbanistic surveys of two morphologies (industrial and city-center) were performed in order to characterize urban parameters and human activities that had a strong impact on the bacterial community structuring processes. In parallel, the bacterial communities of city surfaces were investigated by culture dependent and DNA-based approaches (qPCR and metabarcoding) with runoff waters used as proxies of the diversity found over delineated urban sub-catchments. Metabarcoding analyses were carried out using the universal 16S rRNA gene (classification at the genus level) and the tpm marker (developed during this thesis) allowing the discrimination of species and subspecie of genera belonging the gamma-proteobacteria, especially the Pseudomonas and Aeromonas. The inferred urban surface bacterial communities were found to be structured following the r/K ecological principle with (1) K-strategists forming core (i.e. highly recurrent among cities) and flexible sub-cores (i.e. specialists of one urban form) microbiomes, and (2) r-strategists representing opportunistic taxa whose the abundance was related to particular nutrient or chemical spillovers. The inferred core microbiome (K-strategists) was found to be made by about thirty genera including the Pseudomonas. The development of the tpm gene as a metabarcoding marker allowed to refine the understanding of these distribution patterns and to identify key synurbic species like P. koreensis and the human opportunistic pathogen P. aeruginosa. Structure of urban outdoor surface bacterial communities was found related to some socio-urbanistic parameters (e.g. high traffic, occurrences of wastes). To illustrate, r-strategists taxa such as Novosphingobium or Sulfurospirillum showed environmental bursts (almost half of the total bacteria) in line with a chemical spill near their sampling sites. Areas highly impacted by petroled engines showed higher rates of several genera of Actinobacteria, and of the P. stutzeri and P. extremaustralis species which are all known to be implicated in hydrocarbon degradation process. High tpm read numbers affiliated to the highly virulent P. aeruginosa PA7 clade were also recorded over city surfaces impacted by motorized trafic. The peculiar distribution patterns of P. aeruginosa led to the isolation and sequencing of almost 100 genomes of urban isolates. This allowed the characterization of a mobile genetic element involved in the degradation of alkanes among genomes of synurbic P. aeruginosa. Isolates of these synurbic P. aeruginosa and those of the PA7 clade were found cytotoxic towards A549 pulmonary cells.</description><language>eng</language><subject>Bactéries synurbiques ; Ecological strategy r/K ; Health risk assessments ; Metabarcoding ; Microbiologie urbaine ; Métabarcoding ; Pseudomonas aeruginosa ; Socio-urbanism ; Socio-urbanisme ; Stratégie écologique r/K ; Synurbic bacteria ; Urban microbiology ; Urbanisation ; Urbanization ; Évaluations des risques pour la santé</subject><creationdate>2022</creationdate><oa>free_for_read</oa><woscitedreferencessubscribed>false</woscitedreferencessubscribed></display><links><openurl>$$Topenurl_article</openurl><openurlfulltext>$$Topenurlfull_article</openurlfulltext><thumbnail>$$Tsyndetics_thumb_exl</thumbnail><link.rule.ids>230,311,776,881,26958</link.rule.ids><linktorsrc>$$Uhttps://www.theses.fr/2022LYO10052/document$$EView_record_in_ABES$$FView_record_in_$$GABES$$Hfree_for_read</linktorsrc></links><search><creatorcontrib>Bouchali, Rayan</creatorcontrib><title>Impact de l’urbanisation sur la structuration des communautés bactériennes construites à partir de phénomènes de spillovers et de coalescence conduisant à l’émergence de souches synurbiques</title><description>L'urbanisation est un processus grandissant qui conduit à une grande variété de morphologies et de typologies urbaines qui correspondent à des fonctions sociales. L'incidence de ces organisations sur la microbiologie des surfaces urbaines extérieures reste à caractériser. En fait, les processus de structuration des communautés bactériennes colonisant les surfaces urbaines restent mal compris, notamment l'identification des propriétés métaboliques à l'origine du succès de certains taxons bactériens capables de faire face aux fortes pressions sélectives induites par les conditions de vie urbaines. Cette thèse a exploré l'hypothèse de communautés bactériennes qui coloniseraient les surfaces urbaines de façon reproductible et qui seraient structurés par des paramètres socio-urbanistiques conduisant à l'émergence de souches bactériennes synurbiques (i.e. adaptées aux conditions de vie urbaines). Des études socio-urbanistiques approfondies de deux morphologies (industrielle et centre-ville) ont été réalisées afin de caractériser les paramètres urbains et les activités humaines ayant un fort impact sur les processus de structuration des communautés bactériennes. En parallèle, les communautés bactériennes des surfaces urbaines ont été étudiées par des approches basées sur les formes cultivables et sur l'ADN (qPCR et métabarcoding), les eaux de ruissellement étant utilisées comme indicateurs de la diversité trouvée dans les sous-bassins versants urbains étudiés. Des analyses de métabarcoding ont été réalisées en utilisant le gène universel de l'ARNr 16S (classification au niveau du genre) et le marqueur tpm (développé au cours de cette thèse) permettant la discrimination des espèces et sous-espèces de genres appartenant aux gamma-protéobactéries, en particulier les Pseudomonas et Aeromonas. Les communautés bactériennes inférées colonisant les surfaces urbaines se sont avérées être structurées selon le principe écologique r/K avec (1) des stratèges K formant le microbiome core (c'est-à-dire hautement récurrents parmi les villes) et flexible (c'est-à-dire spécialistes d'une forme urbaine), et (2) des stratèges r représentant des taxons opportunistes dont l'abondance est liée à des déversements particuliers de nutriments ou de produits chimiques. Le microbiome core (stratèges K) s'est avéré être composé d'une trentaine de genres, dont les Pseudomonas. Le développement du gène tpm comme marqueur métabarcoding a permis d'affiner la compréhension des distributions bactériennes observées et d'identifier des espèces synurbiques clés comme P. koreensis et le pathogène opportuniste humain P. aeruginosa. La structure des communautés bactériennes des surfaces urbaines extérieures s'est avérée liée à certains paramètres socio-urbanistiques (par exemple le trafic élevé, la présence de déchets). Pour illustrer, les taxons à stratégie r tels que Novosphingobium ou Sulfurospirillum ont montré des flambées environnementales (presque la moitié des bactéries totales) en rapport avec un déversement de produits chimiques près de leurs sites d'échantillonnage. Les zones fortement impactées par les moteurs à essence ont montré des taux plus élevés de plusieurs genres d'Actinobactérie, et les espèces P. stutzeri et P. extremaustralis qui sont toutes connues pour être impliquées dans le processus de dégradation des hydrocarbures. Des nombres élevés de reads tpm affiliés aux P. aeruginosa PA7, un clade très virulent, ont également été enregistrés sur les surfaces urbaines impactées par le trafic motorisé. Les schémas de distribution particuliers de P. aeruginosa ont conduit à l'isolement et au séquençage de près de 100 génomes d'isolats urbains. Cela a permis de caractériser un élément génétique mobile impliqué dans la dégradation des alcanes parmi les génomes de P. aeruginosa synurbique. Les isolats de ces P. aeruginosa synurbiques et ceux du clade PA7 se sont révélés cytotoxiques envers les cellules pulmonaires de type A549.
Urbanization is an expanding process leading to a wide variety of urban morphologies and typologies which are matching social functions. The incidence of these organizations on the urban microbiology of outdoor surface environments remains to be characterized. A few reports presented recurrent bacterial taxa among cities and highlighted the presence of some human pathogens. However, the structuring processes of bacterial communities colonizing city surfaces remain poorly understood including the identification of the metabolic properties at the origin of the success of some bacterial taxa able to face the strong selective pressures induced by urban living conditions. This thesis explored the hypothesis of an emergence of reproducible urban outdoor surface microbiomes structured by socio-urbanistic parameters that would lead to the emergence of synurbic bacterial strains (i.e. adapted to urban living conditions). Deep socio-urbanistic surveys of two morphologies (industrial and city-center) were performed in order to characterize urban parameters and human activities that had a strong impact on the bacterial community structuring processes. In parallel, the bacterial communities of city surfaces were investigated by culture dependent and DNA-based approaches (qPCR and metabarcoding) with runoff waters used as proxies of the diversity found over delineated urban sub-catchments. Metabarcoding analyses were carried out using the universal 16S rRNA gene (classification at the genus level) and the tpm marker (developed during this thesis) allowing the discrimination of species and subspecie of genera belonging the gamma-proteobacteria, especially the Pseudomonas and Aeromonas. The inferred urban surface bacterial communities were found to be structured following the r/K ecological principle with (1) K-strategists forming core (i.e. highly recurrent among cities) and flexible sub-cores (i.e. specialists of one urban form) microbiomes, and (2) r-strategists representing opportunistic taxa whose the abundance was related to particular nutrient or chemical spillovers. The inferred core microbiome (K-strategists) was found to be made by about thirty genera including the Pseudomonas. The development of the tpm gene as a metabarcoding marker allowed to refine the understanding of these distribution patterns and to identify key synurbic species like P. koreensis and the human opportunistic pathogen P. aeruginosa. Structure of urban outdoor surface bacterial communities was found related to some socio-urbanistic parameters (e.g. high traffic, occurrences of wastes). To illustrate, r-strategists taxa such as Novosphingobium or Sulfurospirillum showed environmental bursts (almost half of the total bacteria) in line with a chemical spill near their sampling sites. Areas highly impacted by petroled engines showed higher rates of several genera of Actinobacteria, and of the P. stutzeri and P. extremaustralis species which are all known to be implicated in hydrocarbon degradation process. High tpm read numbers affiliated to the highly virulent P. aeruginosa PA7 clade were also recorded over city surfaces impacted by motorized trafic. The peculiar distribution patterns of P. aeruginosa led to the isolation and sequencing of almost 100 genomes of urban isolates. This allowed the characterization of a mobile genetic element involved in the degradation of alkanes among genomes of synurbic P. aeruginosa. Isolates of these synurbic P. aeruginosa and those of the PA7 clade were found cytotoxic towards A549 pulmonary cells.</description><subject>Bactéries synurbiques</subject><subject>Ecological strategy r/K</subject><subject>Health risk assessments</subject><subject>Metabarcoding</subject><subject>Microbiologie urbaine</subject><subject>Métabarcoding</subject><subject>Pseudomonas aeruginosa</subject><subject>Socio-urbanism</subject><subject>Socio-urbanisme</subject><subject>Stratégie écologique r/K</subject><subject>Synurbic bacteria</subject><subject>Urban microbiology</subject><subject>Urbanisation</subject><subject>Urbanization</subject><subject>Évaluations des risques pour la santé</subject><fulltext>true</fulltext><rsrctype>dissertation</rsrctype><creationdate>2022</creationdate><recordtype>dissertation</recordtype><sourceid>RS3</sourceid><recordid>eNqFTjtOBDEMnYYCsZwBXwBpdhAnQItAQqKhoUKejGEjJc4Q20h0XIOOkjlHGs7BSUgGeio_-338Druv6zijU5gIwvfbu-UR2QuqTwxiGQKCaDanln-PEwm4FKMxmpZFYKz2smRPzCvFTe-14vIBM2b1uaXP-7JwiuWzqeousw8hvVAWoPW9SxhIHLFrmCerNVhbSCtWlkj5aSWbOZnb1xx55drYPxvJpjt4xCB0_DePupPL3d3F1SmOJA9a1XUM_TDc3N9u-_58OPtf8QMdOGqu</recordid><startdate>20220915</startdate><enddate>20220915</enddate><creator>Bouchali, Rayan</creator><scope>AOWWY</scope><scope>RS3</scope><scope>~IT</scope></search><sort><creationdate>20220915</creationdate><title>Impact de l’urbanisation sur la structuration des communautés bactériennes construites à partir de phénomènes de spillovers et de coalescence conduisant à l’émergence de souches synurbiques</title><author>Bouchali, Rayan</author></sort><facets><frbrtype>5</frbrtype><frbrgroupid>cdi_FETCH-abes_theses_2022LYO100523</frbrgroupid><rsrctype>dissertations</rsrctype><prefilter>dissertations</prefilter><language>eng</language><creationdate>2022</creationdate><topic>Bactéries synurbiques</topic><topic>Ecological strategy r/K</topic><topic>Health risk assessments</topic><topic>Metabarcoding</topic><topic>Microbiologie urbaine</topic><topic>Métabarcoding</topic><topic>Pseudomonas aeruginosa</topic><topic>Socio-urbanism</topic><topic>Socio-urbanisme</topic><topic>Stratégie écologique r/K</topic><topic>Synurbic bacteria</topic><topic>Urban microbiology</topic><topic>Urbanisation</topic><topic>Urbanization</topic><topic>Évaluations des risques pour la santé</topic><toplevel>online_resources</toplevel><creatorcontrib>Bouchali, Rayan</creatorcontrib><collection>Theses.fr (Open Access)</collection><collection>Theses.fr</collection><collection>Thèses.fr</collection></facets><delivery><delcategory>Remote Search Resource</delcategory><fulltext>fulltext_linktorsrc</fulltext></delivery><addata><au>Bouchali, Rayan</au><format>dissertation</format><genre>dissertation</genre><ristype>THES</ristype><btitle>Impact de l’urbanisation sur la structuration des communautés bactériennes construites à partir de phénomènes de spillovers et de coalescence conduisant à l’émergence de souches synurbiques</btitle><date>2022-09-15</date><risdate>2022</risdate><abstract>L'urbanisation est un processus grandissant qui conduit à une grande variété de morphologies et de typologies urbaines qui correspondent à des fonctions sociales. L'incidence de ces organisations sur la microbiologie des surfaces urbaines extérieures reste à caractériser. En fait, les processus de structuration des communautés bactériennes colonisant les surfaces urbaines restent mal compris, notamment l'identification des propriétés métaboliques à l'origine du succès de certains taxons bactériens capables de faire face aux fortes pressions sélectives induites par les conditions de vie urbaines. Cette thèse a exploré l'hypothèse de communautés bactériennes qui coloniseraient les surfaces urbaines de façon reproductible et qui seraient structurés par des paramètres socio-urbanistiques conduisant à l'émergence de souches bactériennes synurbiques (i.e. adaptées aux conditions de vie urbaines). Des études socio-urbanistiques approfondies de deux morphologies (industrielle et centre-ville) ont été réalisées afin de caractériser les paramètres urbains et les activités humaines ayant un fort impact sur les processus de structuration des communautés bactériennes. En parallèle, les communautés bactériennes des surfaces urbaines ont été étudiées par des approches basées sur les formes cultivables et sur l'ADN (qPCR et métabarcoding), les eaux de ruissellement étant utilisées comme indicateurs de la diversité trouvée dans les sous-bassins versants urbains étudiés. Des analyses de métabarcoding ont été réalisées en utilisant le gène universel de l'ARNr 16S (classification au niveau du genre) et le marqueur tpm (développé au cours de cette thèse) permettant la discrimination des espèces et sous-espèces de genres appartenant aux gamma-protéobactéries, en particulier les Pseudomonas et Aeromonas. Les communautés bactériennes inférées colonisant les surfaces urbaines se sont avérées être structurées selon le principe écologique r/K avec (1) des stratèges K formant le microbiome core (c'est-à-dire hautement récurrents parmi les villes) et flexible (c'est-à-dire spécialistes d'une forme urbaine), et (2) des stratèges r représentant des taxons opportunistes dont l'abondance est liée à des déversements particuliers de nutriments ou de produits chimiques. Le microbiome core (stratèges K) s'est avéré être composé d'une trentaine de genres, dont les Pseudomonas. Le développement du gène tpm comme marqueur métabarcoding a permis d'affiner la compréhension des distributions bactériennes observées et d'identifier des espèces synurbiques clés comme P. koreensis et le pathogène opportuniste humain P. aeruginosa. La structure des communautés bactériennes des surfaces urbaines extérieures s'est avérée liée à certains paramètres socio-urbanistiques (par exemple le trafic élevé, la présence de déchets). Pour illustrer, les taxons à stratégie r tels que Novosphingobium ou Sulfurospirillum ont montré des flambées environnementales (presque la moitié des bactéries totales) en rapport avec un déversement de produits chimiques près de leurs sites d'échantillonnage. Les zones fortement impactées par les moteurs à essence ont montré des taux plus élevés de plusieurs genres d'Actinobactérie, et les espèces P. stutzeri et P. extremaustralis qui sont toutes connues pour être impliquées dans le processus de dégradation des hydrocarbures. Des nombres élevés de reads tpm affiliés aux P. aeruginosa PA7, un clade très virulent, ont également été enregistrés sur les surfaces urbaines impactées par le trafic motorisé. Les schémas de distribution particuliers de P. aeruginosa ont conduit à l'isolement et au séquençage de près de 100 génomes d'isolats urbains. Cela a permis de caractériser un élément génétique mobile impliqué dans la dégradation des alcanes parmi les génomes de P. aeruginosa synurbique. Les isolats de ces P. aeruginosa synurbiques et ceux du clade PA7 se sont révélés cytotoxiques envers les cellules pulmonaires de type A549.
Urbanization is an expanding process leading to a wide variety of urban morphologies and typologies which are matching social functions. The incidence of these organizations on the urban microbiology of outdoor surface environments remains to be characterized. A few reports presented recurrent bacterial taxa among cities and highlighted the presence of some human pathogens. However, the structuring processes of bacterial communities colonizing city surfaces remain poorly understood including the identification of the metabolic properties at the origin of the success of some bacterial taxa able to face the strong selective pressures induced by urban living conditions. This thesis explored the hypothesis of an emergence of reproducible urban outdoor surface microbiomes structured by socio-urbanistic parameters that would lead to the emergence of synurbic bacterial strains (i.e. adapted to urban living conditions). Deep socio-urbanistic surveys of two morphologies (industrial and city-center) were performed in order to characterize urban parameters and human activities that had a strong impact on the bacterial community structuring processes. In parallel, the bacterial communities of city surfaces were investigated by culture dependent and DNA-based approaches (qPCR and metabarcoding) with runoff waters used as proxies of the diversity found over delineated urban sub-catchments. Metabarcoding analyses were carried out using the universal 16S rRNA gene (classification at the genus level) and the tpm marker (developed during this thesis) allowing the discrimination of species and subspecie of genera belonging the gamma-proteobacteria, especially the Pseudomonas and Aeromonas. The inferred urban surface bacterial communities were found to be structured following the r/K ecological principle with (1) K-strategists forming core (i.e. highly recurrent among cities) and flexible sub-cores (i.e. specialists of one urban form) microbiomes, and (2) r-strategists representing opportunistic taxa whose the abundance was related to particular nutrient or chemical spillovers. The inferred core microbiome (K-strategists) was found to be made by about thirty genera including the Pseudomonas. The development of the tpm gene as a metabarcoding marker allowed to refine the understanding of these distribution patterns and to identify key synurbic species like P. koreensis and the human opportunistic pathogen P. aeruginosa. Structure of urban outdoor surface bacterial communities was found related to some socio-urbanistic parameters (e.g. high traffic, occurrences of wastes). To illustrate, r-strategists taxa such as Novosphingobium or Sulfurospirillum showed environmental bursts (almost half of the total bacteria) in line with a chemical spill near their sampling sites. Areas highly impacted by petroled engines showed higher rates of several genera of Actinobacteria, and of the P. stutzeri and P. extremaustralis species which are all known to be implicated in hydrocarbon degradation process. High tpm read numbers affiliated to the highly virulent P. aeruginosa PA7 clade were also recorded over city surfaces impacted by motorized trafic. The peculiar distribution patterns of P. aeruginosa led to the isolation and sequencing of almost 100 genomes of urban isolates. This allowed the characterization of a mobile genetic element involved in the degradation of alkanes among genomes of synurbic P. aeruginosa. Isolates of these synurbic P. aeruginosa and those of the PA7 clade were found cytotoxic towards A549 pulmonary cells.</abstract><oa>free_for_read</oa></addata></record> |
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