Étude de la dynamique de dénitrification et de la diversité bactérienne d’un biofilm dénitrifiant en conditions salines

La transcription des symboles et des caractères spéciaux utilisés dans la version originale de ce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce résumé peut être lue en PDF.En grande concentration, le nitrate est toxique pour la faune aquatique. Le Biodôme de Montréal utilisait une filière de dénitrification opérée en mode continu pour abaisser la concentration de cet ion dans le mésocosme du St-Laurent marin. La filière était supplémentée en méthanol et contenait des supports colonisés par un biofilm formé d’une quinzaine d’espèces bactériennes endogènes. Deux bactéries méthylotrophes, Hyphomicrobium nitrativorans NL23 et Methylophaga nitratireducenticrescens JAM1, ont été identifiées comme dominantes et responsables de la majeure partie de l’activité dénitrifiante. La souche JAM1 peut réduire le nitrate jusqu’en nitrite alors que la souche NL23 est un dénitrificateur complet. Le dynamisme régissant l’activité dénitrifiante dans le mode d’opération continu se définit comme étant principalement la réduction du nitrate en nitrite par Methylophaga nitratireducenticrescens JAM1 et la réduction du nitrite produit jusqu’en azote gazeux par Hyphomicrobium nitrativorans NL23.
\nMalgré l’utilisation du bioréacteur, les concentrations en nitrate retrouvées dans le mésocosme se maintenaient au-dessus du seuil de toxicité, le biofilm n’offrant pas une performance suffisante. Les membres du laboratoire du Prof. Villemur avec des partenaires de recherche avaient proposé au Biodôme de convertir le mode opératoire de la filière de continu en mode cuvée. Ce projet visait donc à évaluer l'impact du mode cuvée sur la diversité bactérienne et sur la dynamique de dénitrification du biofilm afin de caractériser la dynamique bactérienne régissant le processus de dénitrification et d’optimiser le procédé dénitrifiant.
\nPour ce faire, le biofilm récupéré du bioréacteur a été dispersé et cultivé en mode cuvée. Le biofilm a également été confronté aux facteurs physicochimiques suivants présentant un potentiel d’optimisation de l’activité dénitrifiante: des concentrations plus importantes en nitrate (C/N = 1,5), une température d’incubation plus élevée et des concentrations fortes ou faibles en NaCl.Le taux de dénitrification spécifique s’est avéré être plus de 70 % supérieur lorsque le biofilm s'est développé à 30 ⁰C ou à 0,0 % NaCl, et à près de 35 % supérieur lorsqu’il s'est développé à 0,5 % NaCl. Concernant les hautes concentrations en NaCl, le développement du biofilm et son taux de dénitrification ont été dramatiquement affectés pour des expositions à 5,0 et 8,0 % NaCl. Cependant, un biofilm déjà adapté en concentration d'eau de mer (2,75 % NaCl) n’a démontré aucun ralentissement au niveau de son taux de dénitrification spécifique et aucun changement dans sa communauté bactérienne. Concernant la quantité de nitrate, le taux de dénitrification spécifique est demeuré stable pour une exposition en nitrate (C/N = 1,5) trois fois supérieure.
\nDans toutes les conditions de culture du biofilm, des analyses de qPCR ont indiqué que Methylophaga nitratireducenticrescens JAM1 s'est maintenu à un niveau élevé alors qu’Hyphomicrobium nitrativorans NL23 s'est retrouvé en concentration élevée uniquement lorsque le biofilm a été cultivé dans un milieu pauvre en NaCl (0,0 et 0,5 %) ou dans le milieu Instant Ocean® salt mix. L’espèce s'est retrouvée en concentration drastiquement plus faible lorsque le biofilm a été cultivé dans les autres conditions. Malgré sa quasi-absence, une dénitrification complète s'est opérée dans toutes les conditions étudiées, supposant que la réduction du nitrite a pu être prise en charge par au moins une autre espèce de la communauté.
\nPour toutes les conditions testées, hormis la culture dans de fortes concentrations en NaCl, des études de pyroséquençage ciblant le biofilm adapté au mode cuvée ont révélé que de 20 à 40 espèces composaient le biofilm selon la condition de culture et que la souche JAM1 dominait dans toutes les conditions analysées en représentant de 85 à 97 % des séquences associées à la population du biofilm. Également, hormis la culture à 0,0 % NaCl où il représente 0,24 % des séquences, le genre Marinicella s'est avéré présent dans toutes les conditions testées en concentration plus élevée que les autres espèces mineures, passant de 1 à 5 % des séquences issues de la communauté selon les paramètres de culture. Des séquences affiliées à des genres dont certains de leurs membres ont été associés au processus de dénitirifcation ont été retrouvées tels Winogradskyella, Pseudomonas et Stappia. Le biofilm a été ensuite cultivé sur différents milieux de culture pour obtenir des isolats ayant une activité dénitrifiante. Ainsi, des isolats appartenant aux genres Marinobacter, Paracoccus, Rhodovulum et Roseobacter ont été obtenus avec la capacité de dénitrification complète. Également, un isolat associé à la souche Methylophaga nitratireducenticrescens JAM1 qui a un pouvoir de dénitrification complète a été isolé.

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