Soutenance de thèse de DAI JIE
Titre de thèse
Effet de l'infrarouge sur la biodiversité et la croissance des micro-organismes isolés des sources hydrothermales de l'Océan Indien
Effect of infrared irradiation on the biodiversity and growth of microorganisms isolated from hydrothermal vents in the Indian Ocean
Résumé de la thèse
Les sources hydrothermales profondes représentent l'un des écosystèmes les plus extrêmes de la planète, où les micro-organismes doivent s'adapter à une forte pression hydrostatique (FPH), à de forts gradients chimiques et à des conditions thermiques fluctuantes. Selon la loi du rayonnement du corps noir de Planck, les fluides hydrothermaux (360-400 °C) émettent inévitablement un rayonnement infrarouge (IR); toutefois, les conséquences biologiques de cette source d'énergie demeurent largement inexplorées.
Dans ce manuscrit, nous avons examiné les effets de la lumière proche infrarouge (NIR) sur la croissance microbienne et élucidé les mécanismes cellulaires sous-jacents en utilisant des échantillons collectés sur le champ hydrothermal de Longqi (profond de 2 700 m), dans la dorsale sud-ouest indienne. La lumière NIR a stimulé la croissance bactérienne des sources hydrothermales et modifié la composition des populations. Pour approfondir l'étude de ces effets NIR au niveau cellulaire, nous avons isolé une nouvelle espèce bactérie anaérobie à partir de cultures d'enrichissement exposées à l'irradiation NIR : Tepidibacter hydrothermalis SWIR-1, qui a été caractérisée sur les aspects physiologique, morphologique et génomique. SWIR-1 présente une synthèse septale de peptidoglycane altérée sous FPH, conduisant à une croissance filamenteuse ; de façon remarquable, la lumière NIR a restauré la formation normale du septum et la division cellulaire, révélant une voie métabolique jusque-là inconnue dépendante du NIR.
Étant donné que la lumière NIR est largement appliquée en photobiomodulation (PBM) des cellules eucaryotes, nous avons poursuivi l'investigation sur une souche de levure isolée du champ hydrothermal Edmond (-3 310 m profond) dans l'Océan Indien Central, identifiée comme Rhodotorula mucilaginosa F-J1 par analyses morphologiques et génomiques mitochondriales. F-J1 a montré une croissance fortement stimulée par le NIR. Nous avons démontré que l'irradiation NIR à des longueurs d'onde spécifiques abaissait l'énergie d'activation de la croissance, renforçait le métabolisme mitochondrial, induisait une transition morphologique des mitochondries de la forme allongée à la forme ovale, et augmentait significativement l'expression d'une protéine ribosomique mitochondriale MRSP18.
Dans l'ensemble, ces résultats apportent des preuves mécanistiques que le rayonnement NIR favorise la croissance microbienne par deux voies distinctes : la régulation de la synthèse du PG et de la division cellulaire chez les bactéries, et la stimulation du métabolisme mitochondrial chez les levures. Ce travail élargit notre compréhension de l'adaptation microbienne dans les écosystèmes hydrothermaux profonds et offre de nouvelles perspectives sur les bases moléculaires de la PBM.
Thesis resume
Deep-sea hydrothermal vents represent one of the most extreme ecosystems on Earth, where microorganisms must adapt to high hydrostatic pressure (HHP), steep chemical gradients, and fluctuating thermal conditions. According to Planck's black-body radiation law, hydrothermal fluids (360-400 °C) inevitably emit infrared (IR) radiation; however, the biological consequences of this energy source remain largely unexplored.
In this manuscript, we examined the effects of near-infrared (NIR) light on microbial growth and elucidated the underlying cellular mechanisms using samples collected from the Longqi hydrothermal field (2,700 m depth) in the Southwest Indian Ridge. NIR stimulated vent bacterial growth and altered population composition. To further investigate these NIR effects at the cellular level, we isolated a novel species of anaerobic bacterium from NIR irradiation enrichment cultures: Tepidibacter hydrothermalis SWIR-1, which was characterized physiologically, morphologically, and genomically. SWIR-1 displayed impaired septal peptidoglycan synthesis under HHP, leading to filamentous growth; strikingly, NIR light restored normal septum formation and cell division, revealing a previously unrecognized NIR-dependent pathway.
Since NIR light is widely applied in photobiomodulation (PBM) of eukaryotic cells, we further investigated a yeast strain isolated from the Edmond hydrothermal field (3,310 m depth) in the Central Indian Ocean, identified as Rhodotorula mucilaginosa F-J1 through morphological and mitochondrial genome analyses. F-J1 exhibited pronounced NIR-stimulated growth. We demonstrated that NIR irradiation at specific wavelengths lowered the activation energy for growth, enhanced mitochondrial metabolism, induced a mitochondrial morphological transition from elongated to oval, and significantly upregulated the expression of a mitochondrial ribosomal protein MRSP18.
Together, these findings provide mechanistic evidence that NIR radiation promotes microbial growth through two distinct pathways: regulation of PG synthesis and division in bacteria, and stimulation of mitochondrial metabolism in yeast. This work expands our understanding of microbial adaptation in hydrothermal vent ecosystems and offers new perspectives on the molecular basis of PBM.