Physiological and molecular study of Sphaerotilus natans filamentous growth, model bacteria for activated sludge bulking - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2008

Physiological and molecular study of Sphaerotilus natans filamentous growth, model bacteria for activated sludge bulking

Étude des mécanismes physiologiques et moléculaires de la filamentation de Sphaerotilus natans, bactérie modèle du foisonnement invasif en boues activées

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Sébastien Lacroix
  • Function : Author
  • PersonId : 910110

Abstract

Filamentous bulking is a widespread problem in many activated sludge wastewater treatment plants. The objective of this study is to improve the understanding of physiological and molecular mechanisms of filamentation, in order to define strategies for future treatments against bulking. Sphaerotilus natans, which is able to grow reversibly as single-cell or filament, has been used as a model within this work. Different types of culture experiments, as well as cFDA/SE staining and flow cytometry analysis have showed that different strains of S. natans have various behaviours and that filaments grow by a chain of cell divisions instead of a reassembly of single cells. RT-QPCR analysis shows that sthA gene expression increases strongly after induction of filamentation and then stays at high level. LC-MS-MS analysis of protein expression from filamentous and single-cell forms of S. natans allows the identification of enzymes involved in filamentation and especially in sheath synthesis. Intracellular rRNA concentration, measured by RT-QPCR, varies strongly during S. natans and other microorganism growth, leading to an important decrease in the FISH signal intensity, measured by flow cytometry. The efficiency of bacterial quantification using FISH, especially in complex matrix such as activated sludge is therefore questioned. The hypothesis of filament lysis when growth conditions return to normal, deduced from FISH quantification, is also weakened.
Le foisonnement filamenteux est un problème récurant dans de nombreuses stations d'épuration à boues activées. L'objectif de ces travaux est d'améliorer la compréhension des mécanismes physiologiques et moléculaires impliqués dans la filamentation des microorganismes, afin de pouvoir orienter de futures stratégies de lutte contre le phénomène de bulking. Sphaerotilus natans, qui peut croître réversiblement sous forme monocellulaire ou filamenteuse, a été utilisée comme bactérie modèle pour cette étude. Différents types de cultures, ainsi que des suivis par cytométrie en flux et marquage au cFDA/SE, ont montré que les diverses souches de S. natans adoptent des morphologies différentes et que les filaments croissent par divisions cellulaires successives et non par un chaînage des bactéries. Une analyse par RT-QPCR a mis en évidence que l'expression du gène sthA augmente fortement après induction de la filamentation et reste ensuite à un niveau élevé. Une comparaison de l'expression protéique des formes monocellulaire et filamenteuse, par LC-MS-MS, a permis d'identifier des protéines impliquées dans la filamentation, et notamment dans la synthèse de la gaine. La concentration intracellulaire en ARNr, mesurée par RT-QPCR, varie durant la croissance de S. natans et d'autres microorganismes, entraînant une diminution importante de l'intensité du marquage FISH, mesurée par cytométrie en flux. L'utilisation de la technique FISH pour quantifier des microorganismes est donc remise en question, d'autant plus dans des matrices aussi complexes que les boues activées. Ces observations mettent également en doute l'hypothèse, émise en utilisant ce mode de quantification, d'une déstructuration des filaments consécutive à un retour à des conditions de culture plus favorables.
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Dates and versions

pastel-00623223 , version 1 (13-09-2011)

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  • HAL Id : pastel-00623223 , version 1

Cite

Sébastien Lacroix. Étude des mécanismes physiologiques et moléculaires de la filamentation de Sphaerotilus natans, bactérie modèle du foisonnement invasif en boues activées. Microbiologie et Parasitologie. AgroParisTech, 2008. Français. ⟨NNT : 2008AGPT0022⟩. ⟨pastel-00623223⟩
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