Mots clés : métaviromes – stable isotope probing – CRISPR spacers – composition en k-mers – méthanisation –archées méthanogènes – méthanol

Laboratoire d’accueil : INRAE, unité Procédés biotechnologiques au service de l’environnement (PROSE 1461), Antony, France
Encadrante : Ariane Bize, chercheuse en écologie microbienne

Contexte scientifique
Les archées constituent l’un des trois domaines du vivant. Leurs virus présentent une exceptionnelle diversité de morphotypes et de contenu génétique, ce qui soulève des questions sur leur histoire évolutive. Cependant, les morphotypes les plus divers ont été jusqu’à présent observés chez les virus d’archées extrêmophiles (hyperthermophiles, acidothermophiles, halophiles), tandis que la diversité des virus des autres archées a été moins explorée.
Afin de découvrir des virus d’archées méthanogènes, il est intéressant de s’appuyer sur les écosystèmes des méthaniseurs. En effet, les installations de méthanisation permettent d’obtenir une énergie renouvelable, le biogaz, riche en méthane, à partir de déchets organiques ; et les archées méthanogènes y constituent un groupe fonctionnel clé très actif. Or, les virus présents dans les méthaniseurs ont été encore très peu étudiés (Calusinska et al, 2016), d’où un important potentiel de découverte. Récemment, un virus sphérique infectant des archées du genre Methanosarcina a par exemple été isolé à partir d’une boue de méthaniseur (Weidenbach et al, 2017). Il représente a priori une nouvelle famille virale.
Le stage proposé s’inscrit dans le cadre d’un projet visant à identifier in situ des virus d’archées méthanogènes, au sein d’installations de méthanisation et de microcosmes de méthanisation. Ce sujet devrait permettre d’explorer des pans encore peu connus de la diversité biologique.

Programme de travail
Le projet proposé comporte deux volets, qui permettront au stagiaire de participer à des approches in silico (volet 1) et expérimentales (volet 2).
En première partie de stage, il s’agira d’identifier et d’analyser des contigs provenant de virus d’archées méthanogènes au sein de métaviromes de méthaniseurs, et d’analyser leur contenu génomique, grâce à des approches in silico. Un pipe-line bioinformatique est déjà disponible, ainsi que les séquences des métaviromes à étudier.
En deuxième partie de stage, le stagiaire participera, en binôme avec un doctorant de notre unité, Hoang Ngo, à la réalisation d’expériences de microcosmes de méthanisation et à leur analyse. Cette expérience consiste à utiliser du 13C-méthanol comme substrat, pour enrichir et marquer des archées méthanogènes ainsi que leurs virus. Elle a pour objectif de pouvoir séparer par Stable Isotope Probing (SIP, Neufeld et al, 2007) les ADN cellulaires et viraux enrichis en 13C, avant séquençage, afin de favoriser l’identification de virus d’archées méthanogènes. Le stagiaire assurera des tâches telles que le suivi de la production de biogaz dans les microcosmes et le suivi physico-chimique, les extractions et le dosage d’ADN cellulaires, la mise en œuvre du SIP, qui est une technique pointue en écologie moléculaire.

Environnement de travail
Le stagiaire sera accueilli au sein de l’unité de recherche PROSE, localisée à Antony. Outre l’encadrement scientifique, il bénéficiera de l’expertise technique du pôle analytique de notre unité (en microbiologie moléculaire, chimie analytique et bioinformatique).

Références

Calusinska M, Marynowska M, Goux X, Lentzen E, & Delfosse P. Analysis of dsDNA and RNA viromes in methanogenic digesters reveals novel viral genetic diversity. (2016) Environmental Microbiology, 18(4), 1162-1175. doi: https://doi.org/10.1111/1462-2920.13127

Neufeld JD, Vohra J, Dumont MG, Lueders T, Manefield M, Friedrich MW, & Murrell JC. DNA stable-isotope probing. (2007) Nature Protocols, 2(4), 860-866. doi: 10.1038/nprot.2007.109

Weidenbach K, Nickel L, Neve H, Alkhnbashi OS, Künzel S, Kupczok A, Bauersachs T, Cassidy L, Tholey A, Backofen R, Schmitz RA. Methanosarcina spherical virus, a novel archaeal lytic virus targeting methanosarcina strains. Journal of virology. (2017) Nov 15;91(22):e00955-17.

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