Offre de thèse Université Pierre et Marie Curie (UMR METIS, Paris)

Nous recherchons un candidat en M2 recherche ou ingénieur en chimie analytique/chimie de l’environnement/sciences de l’environnement pour un sujet de thèse qui débutera à la rentrée 2017 à l’Université Pierre et Marie Curie (allocation présidentielle dans le cadre du programme doctoral Interface pour le vivant).

Le sujet de thèse, en pièce jointe, porte sur le développement et l’application de nouveaux marqueurs d’environnement en milieu continental (acides gras hydroxylés d’origine bactérienne).

Le candidat, en Master 2 recherche ou ingénieur, devra avoir une expérience en sciences de l’environnement et/ou chimie analytique, et si possible des connaissances en biologie moléculaire.

Les candidats intéressés enverront leur CV, lettre de motivation et derniers relevés de notes (M1 et M2) à Arnaud Huguet (arnaud.huguet@upmc.fr), Jérôme Poulenard (jerome.poulenard@univ-smb.fr), Sylvie Collin (sylvie.collin@upmc.fr) et Pierre Sabatier (pierre.sabatier@univ-smb.fr) avant le 1er avril 2017.

Un résume du projet de thèse est proposé ci-dessous.

Résumé du projet  de thèse « Les acides gras hydroxylés d’origine bactérienne: développement et application de nouveaux marqueurs d’environnement en milieu continental »

Etudier les variations climatiques passées est essentiel et peut aider à prédire et à comprendre les changements environnementaux à venir. Les études paléoclimatiques sont beaucoup moins nombreuses en milieu continental qu’en milieu marin, car les marqueurs disponibles ont principalement été développés et utilisés dans les environnements océaniques. Il apparaît donc crucial de développer de nouveaux marqueurs applicables en milieu continental qui permettraient in fine d’améliorer notre compréhension de l’environnement et du climat mondial passé. Les lipides membranaires biosynthétisés par certains microorganismes peuvent être utilisés dans ce but. Les microorganismes sont en effet capables d’ajuster la composition lipidique de leurs membranes en fonction du milieu dans lequel ils vivent de manière à maintenir une fluidité appropriée. Ainsi, la structure des alkyl tetraéthers de glycérol, lipides présents dans la membrane des archées et de certaines bactéries encore non identifiées, est connue pour varier en fonction de paramètres environnementaux. Ces composés ont fait l’objet d’un intérêt grandissant ces dernières années, car ils constituent les seuls marqueurs microbiens applicables à ce jour aux reconstructions paléoclimatiques en milieu terrestre. Le développement de nouveaux marqueurs microbiens, indépendants et complémentaires des tetraéthers, est aujourd’hui essentiel pour améliorer la fiabilité et la précision des reconstructions paléoclimatiques en milieu continental. Très récemment, il a été montré que d’autres lipides d’origine bactérienne – les acides gras hydroxylés (AGH) – pourraient également servir de marqueurs environnementaux dans les sols. Cette famille de composés, qui contiennent 10 à 18 carbones et un groupement hydroxyle, sont les constituants principaux des membranes des bactéries à Gram négatif, microorganismes ubiquistes présents dans des environnements variés, aussi bien terrestres qu’aquatiques. Différentes corrélations entre l’abondance relative de ces molécules et la température de l’air ou le pH ont récemment été établies après analyse de 26 sols de surface prélevés le long du Mont Shennongjia (Chine ; Wang et al., 2016). Ces premiers résultats sont prometteurs, mais obtenus à partir d’un nombre de sols limités prélevés dans une seule région. Il reste désormais à savoir si les corrélations observées le long du Mont Shennongjia sont généralisables et si ces composés sont effectivement utilisables comme proxies de température et pH en milieu continental.

L’objectif de cette thèse sera de tester l’applicabilité de nouveaux lipides membranaires, les acides gras 3-hydroxylés, comme marqueurs de température et de pH dans les milieux continentaux. Nous chercherons tout d’abord à calibrer ces marqueurs potentiels via une double approche originale combinant échantillonnage sur le terrain et expériences en laboratoire. Nous tenterons ensuite de les appliquer à la reconstruction des changements environnementaux via l’étude de carottes lacustres.

Ainsi, dans un premier temps, les AGH seront analysés par chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse dans des sols de surface (0-10 cm) prélevés le long de transects altitudinaux  provenant du monde entier (Alpes françaises, suisses, italiennes, Amérique du Sud, Tibet, Afrique de l’Est) afin d’évaluer la réponse de ces composés  aux changements de température et de pH. Nous incuberons en parallèle trois sols prélevés dans les Alpes françaises en conditions contrôlées. Les incubations seront réalisées à quatre températures (10, 15, 20 et 25 °C) pendant 1 an et permettront de suivre l’effet d’une variation de température sur l’abondance relative des différents AGH. Les tetraéthers d’origine bactérienne seront également analysés dans ces sols afin de comparer la réponse des deux types de marqueurs organiques microbiens aux changements de température.

Par ailleurs, un suivi de la diversité microbienne par réaction en chaîne par polymérase couplée au séquençage sera réalisé en parallèle de l’étude lipidique afin de relier les variations de structure des AGH à celles des communautés microbiennes présentes dans les sols incubés en conditions contrôlées. A partir des sols des Alpes françaises, nous chercherons également à établir des cultures enrichies ou isolées de bactéries à Gram négatif. Ces cultures seront effectuées aux mêmes températures que les incubations de sols. Elles permettront d’évaluer la réponse de ces microorganismes et des AGH associés face aux variations de température. Au final, cette première partie du projet devrait conduire au développement de calibrations entre l’abondance relative des AGH dans les sols d’une part et la température de l’air / le  pH du sol d’autre part.

Dans un second temps, nous appliquerons les calibrations obtenues précédemment à la reconstruction des changements environnementaux en milieu continental. Les AGH ainsi que les tetraéthers seront analysés le long d’une carotte d’environ 10 m de long, couvrant les 15000 dernières années et prélevée au centre du lac La Thuile (Alpes françaises) ainsi que le long d’une carotte de 2,7 m de long couvrant les 4000 dernières années et prélevée au centre du lac Masoko (Tanzanie). Cette étude permettra d’examiner l’applicabilité des deux types de lipides comme marqueurs paléoenvironnementaux, et ce de manière indépendante à partir d’enregistrements sédimentaires ayant déjà fait l’objet de nombreuses études.

Référence : Wang C., Bendle J., Yang Y., Yang H., Sun H., Huang J., Xie S. (2016) Organic Geochemistry 94, 21-31.

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