• Langue : Anglais
• Discipline : Géoscience, Ecologie, Paléontologie, Océanographie
• Identifiant : 2020LILUR036
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 10/12/2020

Résumé en langue originale

L'intérêt et la demande de nouveaux composés tels que les peptides antimicrobiens (PAMs) se sont accrus au cours des dernières décennies en raison de l'émergence de bactéries multi-drogues résistantes.Les PAMs sont en première ligne de la défense immunitaire innée de tous les organismes: elles apportent une réponse rapide à un large spectre de micro-organismes envahissants (bactéries, champignons, virus et parasites) et un moyen alternatif de les éliminer avec un développement lent de la résistance bactérienne, représentant des nouveaux médicaments potentiels. Ils contribuent également à la symbiose chez les vertébrés et les invertébrés en contrôlant, modelant et confinant la microflore symbiotique dans compartiments anatomiques spécifiques (intestin, bactériomes, peau).La majorité des PAMs ont été trouvées chez les animaux (environ 75%) dont seulement 2% appartiennent à des organismes marins.Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse était d'élargir les connaissances actuelles sur les PAMs chez les vers marins extrémophiles, en analysant comment les facteurs externes de l'habitat des vers affectent la structure et la bioactivité des peptides.Le premier chapitre donne un panorama de l'état de l'art sur les différentes structures et fonctions des PAMs chez les vers (annélides et nématodes), afin de souligner la grande diversité et l'originalité de leurs structures primaires, qui imitent les styles de vie et l'écologie très variés des vers.Le deuxième chapitre décrit la recherche de nouveaux groupes de PAMs provenant de trois espèces de nématodes méiobenthiques marins vivant dans sédiments anoxiques. La purification biochimique et l'identification de nouvelles PAMs produites par ces minuscules espèces ont été étudiées, fournissant des preuves que sont des sources intéressantes d'antibiotiques. Les limites de l'application de la méthode biochimique à des animaux aussi petits, non élevés en laboratoire avec une répartition géographique imprévue, ont également été discutées.Le troisième chapitre examine le cas unique de trois membres de la famille BRICHOS-PAM, la polaricine, l'arénicine et l'alvinellacine, issus de polychètes vivant dans des habitats très distincts (respectivement polaire, tempérée et hydrothermales). Nous avons étudié leur adaptation à divers facteurs abiotiques et biotiques, ce qui a permis de mettre en évidence l'adaptation des activités biologiques aux bactéries environnementales et l'influence des températures et du pH sur la sélection naturelle des PAMs. Comme le nombre de ponts disulfure augmente avec la sévérité de l'habitat du ver, nous avons réalisé la même étude sur les analogues PAMs sans ponts disulfure, montrant leur implication dans la stabilité des peptides.Enfin, les rôles du domaine BRICHOS du précurseur de l'alvinellacine ont été étudiés. Nous l’avons produit par recombinaison et avons mis en évidence une fonction de type chaperon dans l'immunité externe des vers, les aidant à affronter des habitats extrêmes.Cette thèse nous permet de conclure que les vers marins extrêmes constituent des sources précieuses de substances bioactives prometteuses, possédant des caractéristiques particulières (structure uniques, pH et thermotolérance). De plus, ils représentent un modèle intéressant pour étudier l'évolution des PAMs, en tant qu'acteurs de la défense immunitaire des vers dans des conditions environnementales extrêmes et fluctuantes.

Résumé traduit

There is a growing interest and demand of new compounds such as antimicrobial peptides (AMPs) during the last decades because of emerging Multi Drugs Resistant bacteria.AMPs are in the first line of innate immune defence of all organisms: they provide a rapid response to a broad spectrum of invading microorganisms (bacteria, fungi, viruses and parasites) and an alternative way to eliminate them (mostly by bacterial membrane disruption) with slow development of bacterial resistance, representing a potential class of new drugs. They also contribute to symbiostasis in vertebrates and invertebrates by controlling, shaping, and confining the symbiotic microflora in specific anatomical compartments (gut, bacteriomes, skin).Most of them (about 75%) come from animals among which only 2% of them belong to marine organisms. Marine AMPs are unique and structurally diverse presumably because they have evolved under the pressure of highly varying physicochemical conditions and high density of bacteria notably proteobacteria, the bacterial family generating the most problematic drug resistances in human at the present time.The recent discovery of abundant and well-adapted worms in several extreme marine environments (polar, hydrothermal, abyssal, polluted, etc.), in co-occurrence with a large number and variety of bacteria, provided the opportunity to study an interesting source of unknown molecules with high antimicrobial potential.In this context, the goal of this PhD was to expand the current knowledge on marine worms AMPs from extreme environments, analyzing how the external factors of worms habitat affect the structure and bioactivity of the peptides. The first chapter gives an overview on the state of the art about the different structures and functions of AMPs in worms (annelids and nematodes), to highlight the wide diversity and originality of their primary structures, that presumably mimics the highly diverse life styles and ecology of worms.The second chapter of this thesis describes the search of new groups of AMPs from three species of marine meiobenthic nematodes inhabiting the anoxic sediments. Biochemical purification and identification of novel AMPs produced by these tiny species were investigated, providing evidences that two of the three Oncholaimidae nematodes sp. constitute interesting sources of small sized antibiotics. The limitations of applying biochemical method to such small animals, not raised in the lab with an unexpectedly random distribution were also discussed. The third chapter examines the unique case of three members of BRICHOS-AMP family, polaricin, arenicin and alvinellacin from polychaetes living highly distinct habitats (polar, temperate and hot chimneys of hydrothermal vents respectively). We studied their adaptation to varying abiotic (thermal and pH variations) and biotic factors (environmental bacterial communities), providing a clear evidence of the adaptation of the biological activities to the environmental bacteria and the influence of the temperatures and the pH on the natural selection of AMPs. Because the number of disulfide bridges of the AMPs increases with the harshness of the worm habitat, we performed the same study with the AMPs devoid of disulfide bonds, showing their involvement in the thermal and pH stability of the peptides. Finally, roles of BRICHOS domain from alvinellacin precursor were investigated. We recombinantly produced it and provide evidences of a chaperone-like function in the external immunity of worms, helping them to face extreme habitats.From this thesis, we can conclude that extreme marine nematodes and annelids constitute valuable sources of promising bioactive substances, possessing peculiar characteristics (such as uncommon structure, pH- and thermo-tolerance). Moreover, they represent a remarkably attractive model to study AMPs evolution, as actors of worm’s immune defence in extreme and fluctuating environmental conditions.