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Métabolisme des microorganismes des nuages

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Notre objectif est d’étudier le rôle des microorganismes dans la chimie et la physique des nuages. Nous participons à l’analyse chimique et microbiologique d’eau de nuage prélevée au sommet du puy de Dôme. Un focus particulier concerne l’étude de la survie des microorganismes dans ce milieu extrême. Plus récemment une approche multi-« omiques » est développée pour décrire la biodiversité structurale et fonctionnelle du microbiote de l’atmosphère et des nuages. Enfin l’intégration de l’activité microbienne dans les modèles de chimie atmosphérique est en cours, notamment dans le cadre du programme ANR MOPGA « Make Our Planet Great Again ».

La station puy de Dôme, un site de prélèvement pour les nuages  :
La station du puy de Dôme est labellisée au niveau mondial comme une station GAW (Global Atmosphere Watch) (https://www.wmo.int/pages/prog/arep...). L’eau nuageuse est collectée au sommet de cette montagne avec un impacteur à gouttelettes et analysée pour son contenu microbien et chimique (http://wwwobs.univ-bpclermont.fr/SO...). Notre laboratoire a maintenant une collection unique de microorganismes isolés d’eau de nuage (plus de mille souches à ce jour).

Références :

L. DEGUILLAUME, T. CHARBOUILLOT, M. JOLY, M. VAÏTILINGOM, M. PARAZOLS, A. MARINONI, P. AMATO, A.-M. DELORT, V. VINATIER, A. FLOSSMANN, N. CHAUMERLIAC, J.-M. PICHON, S. HOUDIER, P. LAJ, K. SELLEGRI, A. COLOMB, M. BRIGANTE, G. MAILHOT. Classification of clouds sampled at the puy de Dôme (France) from 10-year monitoring : Mean features of their physico-chemical properties. Atmospheric Chemistry and Physics, 2014, 14, 1485-1506.

T. ŠANTL-TEMKIV, P. AMATO, U. GOSEWINKEL, R. THYRHAUG, A. CHARTON, B. CHICOT, K. FINSTER, G. BRATBAK, J. LÖNDAHL. A high-flow-rate impinger for the study of concentration, metabolic viability, and ice nucleation activity of airborne bacteria. Environmental Science and Technology, 2017, 51, 11224-11234.

A.T. LEBEDEV, O. V. POLYAKOVA, D. M. MAZUR, V. B. ARTAEV, I. CANET, A. LALLEMENT, M. VAITILINGOM, L. DEGUILLAUME, A.-M. DELORT. Detection of semi-volatile compounds in cloud waters by GCxGC-TOF-MS. Evidence of phenols and phthalates as priority pollutants. Environnmental Pollution, 2018, 241, 616-625.

Etude du rôle des microorganismes des nuages dans la chimie atmosphérique : l’objectif est de caractériser l’activité microbienne dans les nuages afin d’évaluer son impact sur la réactivité chimique de ces milieux et les grands cycles biogéochimiques. Pour cela, nous nous intéressons actuellement aux interactions entre les micro-organismes isolés de nuages et les acteurs connus de la chimie atmosphérique : radicaux libres (hydroxyles OH●, nitrates NO3●, superoxydes O2●-) et leurs précurseurs (H2O2, complexes de fer), ainsi que les complexants organiques du fer d’origine biologique (sidérophores…).

Microcosmes d’eau de nuage incubés en conditions contrôlees au laboratoire
Production de pyoverdine, un sidérophore fluorescent, par une bactérie isolée à partir d’eau de nuage collectée au Puy de Dôme

Références :

M. VAÏTILINGOM, L. DEGUILLAUME, V. VINATIER, M. SANCELME, P. AMATO, N. CHAUMERLIAC, A-M DELORT Potential impact of microbial activity on the oxidant capacity and organic carbon budget in clouds. Proceedings of the National Academy of Science USA, 2013, 110, 559-564.

V. VINATIER, N. WIRGOT, M. JOLY, M. SANCELME, M.ABRANTES, L. DEGUILLAUME, A.-M. DELORT. Siderophores in Cloud Waters and Potential Impact on Atmospheric Chemistry : Production by Microorganisms Isolated at the Puy de Dôme Station. Environmental Science and Technology, 2016, 50, 9315-9323.

N. WIRGOT, V. VINATIER, L. DEGUILLAUME, M. SANCELME, A.-M. DELORT H2O2 modulates the energetic metabolism of the cloud microbiome. Atmospheric Chemistry and Physics, 2017, 17, 14841-14851.

Microphysique atmosphérique : nous étudions les propriétés de nucléation des microorganismes (capacité glaçogène, production de biosurfactants) et leur impact sur la formation et le comportement des nuages (formation de cristaux, précipitation).

Tests de nucléation (20µL par gouttelette sur un bain cryostaté) pour étudier la capacité de certains microorganismes à induire la cristallisation de l’eau surfondue en cristaux de glace

Références :

M. JOLY, P. AMATO, L. DEGUILLAUME, M. MONIER, C. HOOSE, A.-M. DELORT Quantification of ice nuclei active at near 0°C temperatures in low-altitude clouds at the Puy de Dôme atmospheric station. Atmospheric Chemistry and Physics, 2014, 14, 8185-8195.

G. POUZET, E. PEGHAIRE, M. AGUÈS, J.-L. BARAY, F. CONEN, P. AMATO.Atmospheric processing and variability of biological ice nucleating particles in precipitation at Opme, France. Atmosphere, 2017, 8, 229.

P. RENARD, I. CANET, M. SANCELME, N. WIRGOT, L. DEGUILLAUME, A.-M. DELORT. Screening of cloud microorganisms isolated at the puy de Dôme (France) station for the production of biosurfactants. Atmospheric Chemistry and Physics, 2016, 16, 12347-12358 (highlight article).

Mesure de la tension de surface par des biosurfactants produits par des microorganismes des nuages par la méthode de la goutte pendante


Mécanisme de survie des microorganismes dans les nuages : nous cherchons à comprendre comment certains microorganismes survivent dans les nuages en étudiant leur réponse face aux conditions rencontrées dans ces milieux (taux d’UV élevés, basses températures, chocs osmotiques répétés, etc.…).

Représentation schématique du cycle de vie des microorganisms dans l’atmosphère. Les microorganismes sont aérosolisés depuis les surfaces (eau, sol, végétation), puis transportés par les flux turbulents. Ils sont soumis à des conditions environnementales (indiquées dans les boites rouges) qui confèrent aux nuages un rôle vraisemblable de barrière à la dispersion microbienne par voie atmosphérique. Dans l’eau des nuages, les microorganismes viables peuvent participer à la transformation d’espèces chimiques, et pour certains contribuer à la formation de glace et, en théorie, induire des précipitations. Ils sont finalement redéposés à la surface par dépôt humide, et s’ils ont survécu pourront coloniser de nouveaux environnements. (Figure extraite d’un article signé par notre équipe et publié dans la revue Microbes Magazine en mars 2012).

Références :

M. JOLY, P. AMATO, M. SANCELME, V. VINATIER, M. ABRANTES, L. DEGUILLAUME, A.-M. DELORT Survival of microbial isolates from clouds toward simulated atmospheric stress factors. Atmospheric Environment, 2015, 117, 92-98.

P. AMATO, M. JOLY, C. SCHAUPP, E. ATTARD, O. MOEHLER, C. E ; MORRIS, Y. BRUNET, A.-M. DELORT Survival and ice nucleation activity of bacteria as aerosol in a cloud simulation chamber. Atmospheric Chemistry and Physics, 2015, 15, 6455-6465.

Biologie intégrative des nuages : “meta-omiques” : l’idée est de regarder directement in situ, dans l’eau de nuage, la biodiversité structurale et fonctionnelle des microorganismes (méta-génomique), ainsi que l’expression de leur fonctions (méta-transcriptomique). L’impact de l’environnement nuageux est également étudié sur le métabolome microbien par méta-mébolomique.

P. AMATO, M. JOLY, L. BESAURY, A. OUDART, N. TAIB, A. MONÉ, L. DEGUILLAUME, A.-M. DELORT, D. DEBROAS. Active microorganisms thrive among extremely diverse communities in cloud water. PLoS ONE, 2017, August 8, 1-22.

C. JOUSSE, C. DALLE, I. CANET, M. LAGRÉE, M. TRAIKIA, B. LYAN, C. MENDES, M. SANCELME, P. AMATO, A.-M. DELORT. Metabolomic study of the response to cold shock in a strain of Pseudomonas syringae isolated from cloud water. Metabolomics, 2018, 14, 11.

A. LALLEMENT, L. BESAURY, E. TIXIER, M. SANCELME, P. AMATO, V. VINATIER, I. CANET, O.V. POLYAKOVA,V.B ARTAEV, L. DEGUILLAUME, G. MAILHOT, A.-M. DELORT. Potential for phenol biodegradation in cloud waters. Biogeoscience, 2018, 15, 5733-5744, doi:10.5194/bg-15-1-2018.

Intégration de l’activité microbienne dans les modèles de chimie et physique atmosphérique  : cette activité combine de manière très originale l’expertise expérimentale du groupe pour collecter des données microbiologiques et le développement de modèles de chimie et physique atmosphériques. Les données in situ (dans le nuage) concernant les processus microbiologiques ainsi que les activités glaçogènes de particules biologiques seront utilisées pour créer de nouveaux modules pour des modèles numériques à différentes échelles (nuage, meso-échelle, régionale). Ces outils permettront de simuler et prédire le rôle de l’activité microbienne dans la composition des nuages.

B. ERVENS, A. SOROOSHIAN, A. M. ALDHAIF, T. SHINGLER, E. CROSBIE, L. ZIEMBA, P. CAMPUZANO-JOST, J. L. JIMENEZ, A. WISTHALER Is there an aerosol signature of cloud processing ?, Atmos. Chem. Phys. Discuss. 2018, doi.org/10.5194/acp-2018-475.

B. ERVENS Modeling the Processing of Aerosol and Trace Gases in Clouds and Fogs. Chemical Reviews 2015, 115, 4157−4198.

B. ERVENS, B. J. TURPIN, R. J. WEBER Secondary organic aerosol formation in cloud droplets and aqueous particles (aqSOA) : a review of laboratory, field and model studies, Atmos. Chem. Phys, 2011, 11 11069-11102.