Enrichissement microbien de consortiums nitrifiants issus de l'estuaire du Saint-Laurent, caractérisation de leur activité nitrifiante et de leur diversité taxonomique

Figueroa Mendez, Sharon Andrea (2022). Enrichissement microbien de consortiums nitrifiants issus de l'estuaire du Saint-Laurent, caractérisation de leur activité nitrifiante et de leur diversité taxonomique. Mémoire. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER), 77 p.

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Résumé

RÉSUMÉ : La nitrification est un processus microbien essentiel du cycle de l'azote qui convertit l'azote ammoniacal en nitrate. Ce processus biologique est fréquemment utilisé dans le domaine des biotechnologies industrielles pour éliminer l'ammoniaque présent dans différents systèmes (ex : aquariophilie, traitement des eaux usées). Les consortiums microbiens utilisés pour ces applications, souvent d'origine terrestre ou de milieux aquatiques dulcicoles, présentent toutefois une faible activité nitrifiante à basse température et en milieu salé. L'objectif principal de ce projet de maîtrise est de développer un consortium nitrifiant performant à basse température (10°C) et en eau salée (25 psu) à partir du microbiome de l'estuaire du Saint-Laurent. Les hypothèses sont (1) que l'estuaire du Saint-Laurent possède des souches nitrifiantes fonctionnelles pouvant être performantes à 10°C et 25 psu et (2) que l'augmentation de l'abondance relative des bactéries nitrifiantes, par enrichissement sélectif, induira une activité nitrifiante accrue des consortiums. L'efficacité de la première étape d'enrichissement a été démontrée en étudiant la diversité microbienne des consortiums par métabarcodage (ADNr 16S) avant et après l'enrichissement. Deux genres nitrifiants, Nitrosomonas et Candidatus Nitrotoga, sont ressortis comme étant les principaux nitrifiants après enrichissement dans tous les échantillons de sédiments et d'eau de mer (abondance relative médiane de 10,5% et 11,2%, respectivement). Après les deux dernières étapes d'enrichissement, le consortium (S2F) a atteint un taux de nitrification 2 fois plus élevé qu'un homologue commercial à 10°C et 25 psu. Avec une telle performance, le consortium S2F présente un potentiel commercial intéressant pour la nitrification en eau salée et froide. De plus, cette étude constitue un exemple mettant en évidence le potentiel de valorisation de la biomasse microbienne de l'estuaire du Saint-Laurent dans le domaine des biotechnologies marines et industrielles. -- Mot(s) clé(s) en français : Enrichissement microbien, métabarcodage, nitrification, cycle de l'azote, bactéries oxydant l'ammoniac, archées oxydant l'ammoniac, bactéries oxydant le nitrite, basse température, milieu marin, estuaire du Saint-Laurent. --
ABSTRACT : Nitrification is an essential microbial process from the nitrogen cycle that converts ammonia into nitrate. This biological process is frequently used in the field of industrial biotechnology to remove ammonia from various systems (e.g. aquariums, wastewater treatment plants). The microbial consortia used for these applications, often of terrestrial or freshwater origin, present however a weak nitrification activity at low temperatures and in salty environments. To overcome this limitation, natural consortia evolving in the cold marine environment of the St. Lawrence Estuary (Quebec, Canada) were targeted to then increase their overall nitrifying activity by microbial enrichment in the laboratory. The main objective of this M. Sc. project was to develop a nitrifying consortium from the microbiome of the St. Lawrence Estuary that performs well in salty (25 psu) and low temperature (10°C) waters. It was hypothesized (1) that the St. Lawrence Estuary harbors functional nitrifying strains that can perform well at 10°C and 25 psu and (2) that increasing the relative abundance of the nitrifying bacteria by selective enrichment will induce an increased nitrifying activity of the consortium. The effectiveness of the first enrichment step was demonstrated by studying the microbial diversity of the consortia by metabarcoding (16S rDNA) before and after enrichment. Two nitrifying genera, Nitrosomonas and Candidatus Nitrotoga, emerged as the main nitrifiers after enrichment in all sediment and seawater samples (median relative abundance of 10.5% and 11.2%, respectively). After the last two steps of the enrichment strategy, the S2F consortium achieved a 2-fold higher nitrification rate than a commercial counterpart at 10°C and 25 psu. With such a high performance, the S2F consortium exhibited an interesting commercial potential for nitrification in cold and salty waters. In addition, this study is an example of the potential for valorization of the microbial biomass of the St. Lawrence Estuary in the field of marine and industrial biotechnologies. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Microbial enrichment, metabarcoding, nitrification, nitrogen cycle, ammonia-oxidizing bacteria, ammonia-oxidizing archaea, nitrite-oxidizing bacteria, low temperature, marine environment, St. Lawrence Estuary.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Mémoire)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Lemarchand, Karine
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse :	Gosselin, Michel et Girard, Jean-Michel
Information complémentaire :	Mémoire présenté dans le cadre du programme de maîtrise en océanographie en vue de l'obtention du grade de maître ès sciences.
Mots-clés :	Micro-organismes; Microbes; Nitrification; Biologie; Classification; Consortiums nitrifiants; Québec (Province); Basse température.
Départements et unités départementales :	Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par :	DIUQAR UQAR
Date de dépôt :	23 mai 2023 19:32
Dernière modification :	23 mai 2023 19:32
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/2318

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