Soutenance de thèse de HAMADOUCHE Dikra
Titre de thèse
Méthodes d'investigation et d'identification avancées des insectes nuisibles du patrimoine culturel : Application de MALDI-TOF MS dans des contextes de laboratoire et de terrain.
Investigation and advanced identification methods for insect pests of cultural heritage:Application of MALDI-TOF MS in laboratory and field contexts.
Résumé de la thèse
Les collections patrimoniales conservées dans les musées, bibliothèques, archives et bâtiments historiques sont menacées par les insectes nuisibles, responsables de dégradations sur des matériaux organiques tels que le bois, le papier, les textiles et les spécimens d'histoire naturelle. Au-delà de leur activité alimentaire, ces insectes peuvent aussi agir comme réservoirs ou vecteurs de micro-organismes, reliant la conservation du patrimoine aux problématiques de santé publique. L'identification rapide et fiable de ces nuisibles est donc essentielle pour la conservation préventive et la mise en place de stratégies de lutte intégrée (IPM).
Les méthodes classiques d'identification des arthropodes, incluant l'analyse morphologique et les techniques basées sur l'ADN (barcoding, métabarcoding), sont utiles mais présentent des limites notables. La morphologie exige une expertise taxonomique poussée et se révèle inadaptée pour les spécimens immatures ou endommagés, tandis que les approches moléculaires, bien que précises, restent chronophages, coûteuses et tributaires de bases de données parfois incomplètes. Ces contraintes ont conduit à explorer la spectrométrie de masse MALDI-TOF (Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-Flight), une approche protéomique innovante. Initialement appliquée aux arthropodes médicaux et vétérinaires, cette technique repose sur l'empreinte protéique et la comparaison avec des bibliothèques spectrales, offrant une identification rapide, économique et à haut débit, applicable à différents stades, y compris les larves et les exuvies.
Cette thèse évalue le potentiel de la MALDI-TOF MS pour l'identification des insectes du patrimoine à travers une revue et trois articles originaux. La revue, intitulée Investigation of cultural heritage insect pests in heritage sites, dresse un panorama des insectes nuisibles, des dégradations associées et des limites des méthodes existantes, soulignant la nécessité d'outils innovants. Le premier article teste la performance de la MALDI-TOF MS sur huit espèces de coléoptères élevées en laboratoire, aux stades adulte et immature, y compris les exuvies. Le second applique cette approche à des spécimens collectés dans des musées et archives, confirmant son potentiel pour la classification rapide, mais montrant que l'âge et l'état de conservation peuvent affecter la fiabilité. Le troisième article analyse l'impact des conditions de stockage (congélation versus température ambiante) et de la durée de conservation, révélant la nécessité d'intégrer dans les bases de référence des spectres issus de conditions variées pour refléter les réalités du terrain.
Ce travail confirme la robustesse et la polyvalence de la MALDI-TOF MS comme méthode complémentaire à la morphologie et à la biologie moléculaire. Il met en évidence l'importance d'élargir les bases spectrales, de standardiser les protocoles et de diversifier les conditions représentées, afin d'améliorer la fiabilité des identifications. En consolidant ce cadre méthodologique et en fournissant des outils opérationnels pour la conservation préventive, cette thèse contribue au développement de stratégies innovantes pour la protection durable et la gestion des collections patrimoniales.
Thesis resume
Cultural heritage collections preserved in museums, libraries, archives, and historical buildings face major threats from insect pests that damage organic materials such as wood, paper, textiles, and natural history specimens. Beyond their destructive feeding activity, these insects may also act as reservoirs or vectors of microorganisms, creating an interface between heritage conservation, infectious diseases, and microbiome research. Rapid and reliable identification of insect pests is therefore crucial for preventive conservation and integrated pest management (IPM).
Classical arthropod identification methods, including morphological analysis and DNA-based techniques such as barcoding and metabarcoding, provide valuable tools but show important limitations. Morphological approaches require taxonomic expertise and are often unsuitable for immature or damaged specimens, while molecular methods, although highly specific, are time-consuming, costly, and dependent on the completeness of reference databases. These constraints have motivated the exploration of Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry (MALDI-TOF MS) as an innovative proteomic approach for entomological identification. This technique, initially applied to medical and veterinary arthropods, relies on protein fingerprinting and comparison against reference spectral libraries, offering rapid, cost-effective, and high-throughput identification across different developmental stages, including larvae and exuviae.
This thesis investigates the potential of MALDI-TOF MS for the identification of insect pests of cultural heritage through one comprehensive review and three original research articles. The review, entitled Investigation of cultural heritage insect pests in heritage sites, provides an overview of the diversity of insect pests threatening collections, the damage they cause, and the strengths and limitations of existing identification methods, thereby highlighting the need for innovative proteomic approaches. In this way, a pioneering research article focuses on assessing the performance of MALDI-TOF MS for reliable identification of Coleopteran species at adult and immature stages, including also their exuviates. This demonstration was done on eight laboratory-reared species. To comfort these promising results, the MALDI-TOF MS was applied to explore it identification efficiency in real-conditions using specimens field-collected from museums and archives. Although, its potential for rapid classification of heritage entomologic samples was confirmed, the storing conditions of aged or degraded material could compromise the reliability of species identification. The effect of storing conditions onto MS identification of Coleopterans was then estimated. The impact of different preservation methods (ie, frozen versus room temperature) and storage duration emphasized the necessity of integrating spectra from diverse conditions into reference databases.
The present project confirmed the robustness and versatility of MALDI-TOF MS as a complementary method to morphology and molecular biology for the identification of heritage pests. This work also underlined the necessity of expanding reference spectral libraries, standardizing preparation protocols, and diversifying storage conditions considered in databases to better reflect field realities. By strengthening the methodological framework and providing operational tools for preventive conservation, this study contributes to the development of innovative strategies dedicated to the sustainable protection and management of cultural heritage collections.