"GeOMICS", new bioinformatics concepts for a new environmental diagnostic tool based on the alliance of geochemistry and omics
« GeOMICS », nouveaux concepts de bioinformatique pour un nouvel outil de diagnostic environnemental basé sur l'alliance de la géochimie et des omiques
Abstract
Soil represents a complex habitat and a difficult matrix for omic analysis. The microbial communities that live in them are adapted to their ecosystems whose physico-chemical characteristics differ according to the nature of the soil, its location and its depth. Floodplain soils, formed from sediments deposited during each flood, drain the alluvium of the watershed with which contaminants have a strong affinity. These soils are the witnesses of anthropic activities and are archives of past contaminations. The choice of a sampling site where sedimentation is regular allows the dating of successive layers of these archives. The objective of this thesis is to study the microbial communities under anthropic pressure from a temporal point of view by linking the changes in anthropic pressure measured on a site whose history is well known and the structuring of the communities sampled on these archives. Metaproteomics approaches based on massive ultrafast mass spectrometry results allow the identification of organisms present in the sample and provide unique functional data. A particular effort has been made to improve the data interpretation pipeline based on cascading queries leading to an identification rate well above the current standard. The combination of public databases and more sample-specific metagenomic data is a winning strategy. In a second step, a Seine River sediment core, subdivided into 35 dated layers, was exhaustively analyzed by metallomics, metagenomics, metataxonomics, and metaproteomics. Microorganisms identified and quantified by metaproteomics led to correlations with trace metal elements concentrations. The strategies and computer tools for data interpretation on a well-characterized core at the geochemical level open the way to an application in rapid diagnosis of microbial communities in soils.
Les sols représentent un habitat complexe et une matrice difficile pour leurs analyses omiques. Les communautés microbiennes qui y vivent se sont adaptées à leurs écosystèmes dont les caractéristiques physico-chimiques diffèrent selon la nature du sol, sa localisation et sa profondeur. Les sols de plaine d'inondation, formés à partir des sédiments déposés lors de chaque crue, drainent les alluvions du bassin versant avec qui les contaminants ont une forte affinité . Ces sols sont les témoins des activités anthropiques formant des archives des contaminations passées. Le choix d'un site de prélèvement où la sédimentation est régulière permet la datation des couches successives de ces archives. Les travaux de thèse ont pour objectif d'étudier les communautés microbiennes sous pressions anthropiques d'un point de vue temporel en reliant les changements de pression anthropique mesurés sur un site dont l'historique est bien connu et la structuration des communautés prélevées sur ces archives. Les approches de métaprotéomique basées sur des résultats massifs de spectrométrie de masse ultra-rapide permettent l'identification des organismes présents dans l'échantillon et d'apporter des données fonctionnelles uniques. Un effort particulier a été porté sur l'amélioration du pipeline d'interprétation des données basé sur des requêtes en cascade aboutissant à un taux d'identification bien supérieur au standard actuel. La combinaison de bases de données publiques et de données métagénomiques plus spécifiques de l'échantillon est une stratégie gagnante. Dans un second temps, une archive sédimentaire de la Seine, subdivisée en 35 couches datées, a été analysée de façon exhaustive par métallomique, métagénomique, métataxonomique, et métaprotéomique. Les micro-organismes identifiés et quantifiés par métaprotéomique ont conduit à des corrélations aux concentrations en éléments traces métalliques. Les stratégies et outils informatiques d'interprétation des données sur une carotte bien caractérisée au niveau géochimique ouvrent la voie à une application en diagnostic rapide des communautés microbiennes dans les sols.