Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Les biomarqueurs, définis comme des changements observables et/ou mesurables au niveau moléculaire, biochimique, cellulaire, physiologique ou comportemental, révélant l'exposition présente ou passée d'un individu à au moins une substance chimique à caractère polluant, sont réputés comme des indicateurs précoces et sensibles de la dégradation de la santé des organismes. Les réglementations environnementales négligent pourtant ces outils biologiques, utilisés en écotoxicologie depuis le début des années 1990. L'une des critiques traditionnellement formulées à leur encontre est en effet le faible pouvoir prédictif de ces changements individuels ou infra-individuels pour des niveaux d'organisation supérieurs (population, communauté, écosystème). Aux cours des dix dernières années, les recherches écotoxicologiques sur la valeur écologique des biomarqueurs ont considérablement progressé, permettant de synthétiser les réponses biologiques les plus pertinentes pour diagnostiquer une dégradation de l'état de santé des milieux naturels.

Aquatic environment --- Pollution --- monitoring --- Bioassays --- Aquatic organisms --- Indicator animals --- Water quality bioassay. --- Water --- Freshwater ecology. --- Aquatic animals --- Plants --- Environmental toxicology. --- Biochemical markers. --- Ecological assessment (Biology) --- Indicators (Biology) --- DNA damage. --- Écotoxicologie --- Indicateurs de la qualité de l'eau --- Écologie d'eau douce --- Marqueurs biologiques --- Indicateurs biologiques --- Évaluation écologique (biologie) --- Eau --- ADN --- Animaux aquatiques --- Plantes --- Pollution. --- Effect of water pollution on. --- Altération --- Effets de la pollution de l'eau --- Écotoxicologie. --- Indicateurs de la qualité de l'eau. --- Écologie d'eau douce. --- Marqueurs biologiques. --- Indicateurs biologiques. --- Altération. --- Effets de la pollution de l'eau. --- Pollution de l'eau. --- Écotoxicologie. --- Indicateurs de la qualité de l'eau. --- Écologie d'eau douce. --- Évaluation écologique (biologie) --- Altération.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Het intensief gebruik van fenylureumherbiciden zoals linuron in de landbouw heeft geleid tot vervuiling van grond- en oppervlaktewater. Fenylureumherbiciden en hun afbraakproducten kunnen toxisch zijn voor waterorganismen en hormoonverstorende eigenschappen bezitten, en vormen zo een risico voor de werking van ecosystemen en de menselijke gezondheid. Bodembacteriën blootgesteld aan fenylureumherbiciden blijken echter de capaciteit te hebben ontwikkeld om deze componenten af te breken. Alzo kunnen fenylureumafbrekende bacteriële populaties aanwezig in landbouwbodems de migratie van herbicideresidus naar onderliggende waterlagen beperken. In deze thesis werd getracht om meer informatie te bekomen omtrent de samenstelling van linuronafbrekende bacteriële gemeenschappen in landbouwbodems, over hoe leden van linuronafbrekende multi-species consortia interageren wanneer ze opgegroeid worden op een vast oppervlak, en over hoe hun activiteit, structuur en samenstelling beïnvloed wordt door omgevingscondities. Bovendien werd getracht om enzymen te identificeren die een rol spelen in bacteriële linuronafbraak. In een eerste deel van de studie werden linuronmineraliserende culturen aangerijkt vanuit lange-termijn linuron-behandelde landbouwbodems van verschillende geografische oorsprong. De bekomen culturen bevatten steeds één of meerdere linuronafbrekende bacteriën samen met bacteriën die in staat waren om ofwel 3,4-dichlooraniline (3,4-DCA) ofwel N,O-dimethylhydroxylamine (N,O-DMHA), twee eerder beschreven metabolieten in de bacteriële linuronafbraakweg, af te breken. Op basis van 16S rRNA gensequenering werden de meeste linuronafbrekende stammen geïdentificeerd als Variovorax. Bovendien werd een linuronafbrekende Hydrogenophaga stam en Achromobacter stam geïsoleerd wat aantoont dat deze eigenschap niet enkel gelimiteerd is tot Variovorax. Isolaten die in staat waren om 3,4-DCA maar niet linuron af te breken behoorden tot de genera Variovorax, Cupriavidus en Afipia. Hyphomicrobia waren betrokken in de afbraak van N,O-DMHA. Hoewel verschillende isolaten in staat waren om individueel linuron volledig af te breken, resulteerde toevoeging van een mengsel van aminozuren en specifieke combinaties van linuron- en 3,4-DCA-afbrekende stammen in verhoogde linuronafbraaksnelheid. Deze resultaten suggereren dat in de bodem linuron doorgaans afgebroken wordt door multi-species synergetische consortia met karakteristieke samenstelling. In een tweede deel werd nagegaan of de verschillende leden van een linuronafbrekend multi-species consortium fysieke associaties aangingen wanneer ze werden opgegroeid als biofilm en gevoed werden met een medium dat metabole interacties stimuleert, en of de ruimtelijke en structurele organizatie van deze biofilms een invloed had op de linuronafbraakefficiëntie. Hiertoe werden de drie leden van een eerder beschreven linuronafbrekend consortium bestaande uit de linuron- en 3,4-DCA-afbreker Variovorax sp. WDL1, de 3,4-DCA-afbreker Comamonas testosteroni WDL7 en de N,O-DMHA-afbreker Hyphomicrobium sulfonivorans WDL6, opgegroeid als mono- of multi-species biofilms in flow cells die continu gevoed werden met selectieve of niet-selective media, en de resulterende biofilms werden geanalyseerd met confocale laser scanning microscopie (CLSM). In tegenstelling tot mono-species biofilms van WDL1 was de drieledige consortium biofilm in staat om linuron volledig af breken blijkbaar dankzij synergetische interacties. Deze biofilm vertoonde een heterogene structuur met onregelmatig oppervlak, en was opgebouwd uit geassocieerde WDL1, WDL7 en WDL6 cellen. Deze associatie werd niet waargenomen wanneer het consortium gevoed werd met een niet-selectieve koolstofbron zoals citraat. Dit wijst erop dat de ruimtelijke organisatie in de linurongevoede consortium biofilms de metabole interacties tussen de verschillende consortiumleden weerspiegelt. Bovendien was de structuur van zowel mono- als multi-species biofilms afhankelijk van de voorziene koolstofbron. Mogelijk draagt de specifieke structuur bij tot de efficiënte afbraak van linuron. In een derde deel werd onderzocht of de activiteit en stabiliteit van de drieledige linuronafbrekende consortium biofilms werd beïnvloed wanneer blootgesteld aan (i) alternatieve gemakkelijk afbreekbare koolstof- en/of stikstofbronnen naast linuron, en (ii) tijdelijke veranderingen in nutriëntenstatus (namelijk niet-selectief, en koolstof- en/of stikstofgebrek). De aanwezigheid van citraat of TSB (trypticase soy broth) in het medium naast linuron had een duidelijk negatief effect op de linuronafbraak door de consortium biofilms. Ook wanneer linuronafbrekende consortium biofilms tijdelijk geïrrigeerd werden met niet-selectieve media in afwezigheid van een C en/of N bron of met niet-selectieve C/N-rijke media, werd een negatief effect vastgesteld op de linuronafbraakactiviteit van de biofilms wanneer de voeding met het selectieve linuronbevattende medium hersteld werd. In geen enkel geval kon volledige linuronafbraak, zoals vastgesteld vóór blootstelling aan de alternatieve media, bereikt worden. De verminderde prestaties van de consortium biofilms kon gerelateerd worden aan veranderingen in biofilmstructuur en samenstelling van de gemeenschap. Elke conditie leidde tot een specifieke biofilmstructuur en samenstelling. Deze resultaten geven aan dat pesticide-afbrekende consortia georganizeerd in biofilms en hun afbraakactiviteit sterk afhankelijk zijn van de heersende nutriëntenstatus, en dat de ideale biofilmconfiguratie zoals geobserveerd onder selectieve condities waarschijnlijk niet voorkomt in natuurlijke situaties waar verschillende C en N bronnen simultaan voorhanden zijn en perioden van overvloed en schaarste zich afwisselen. In een laatste deel werd aan de hand van een differentiële proteïnenexpressie analyse getracht om enzymen te identificeren die een cruciale rol spelen in het metabolisme van linuron in Variovorax sp. WDL1. WDL1 werd opgegroeid in een heterotroof medium in aan- en afwezigheid van linuron en/of 3,4-DCA en geëxtraheerde proteïnen werden gescheiden met behulp van 2-D PAGE. Geselecteerde differentieel tot expressie gebrachte proteïnen werden vervolgens geïdentificeerd met nanoLC-ESI-MS/MS. In de cultuur waar 3,4-DCA aan werd toegevoegd, werd de opregulatie van verschillende proteïnen met aminozuursequenties gelijkend aan deze van bepaalde componenten (zoals TdnQ, TdnT, TdnA1) van het multicomponent aniline dioxygenase (AD) geïdentificeerd in aniline-afbrekende Proteobacteria, waargenomen. Bovendien werden meerdere TdnQ-gerelateerde proteïnen gedetecteerd, wat aangeeft dat WDL1 verschillende tdnQ genkopijen bezit en tot expressie brengt in aanwezigheid van 3,4-DCA. Meerdere opgereguleerde proteïnen in de linuron- en/of 3,4-DCA-gesupplementeerde culturen vertoonden geen significante of betrouwbare overeenkomst met gekende proteïnenfuncties. Deze proteïnen spelen mogelijk een rol in linuron- en/of 3,4-DCA-afbraak in WDL1. Tot op heden zijn de enzymen die de initiële transformatie van linuron tot 3,4-DCA katalyseren niet gekend en meer onderzoek is nodig om de exacte linuron- en 3,4-DCA-afbraakweg in Variovorax sp. WDL1 te ontrafelen. Ter conclusie draagt dit onderzoek bij tot de kennis van de samenstelling en werking van linuronafbrekende bacteriële bodemgemeenschappen. Bovendien werd de fysieke basis van species interacties en multi-species biofilmvorming en -dynamiek van een linuronafbrekend consortium toegelicht. Daarbij werd het belang van de samenstelling van de gemeenschap en biofilmopbouw in relatie tot de afbraak van een gehalogeneerde organische component benadrukt. Hoewel deze bevindingen gebaseerd zijn op observaties in artificiële systemen op laboratoriumschaal, kunnen ze desalnietemin bijdragen tot het begrip van species interacties en hun dynamiek onder natuurlijke omstandigheden. Bovendien werd voor de eerste maal de opregulatie van een mogelijk dichlooraniline dioxygenase aangetoond en op basis van de bekomen aminozuursequenties kunnen dichlooraniline afbraakgenen van WDL1 gekarakteriseerd worden. Phenylureas such as linuron form an important class of herbicides which are used to control germinating and emerging grasses and broad-leafed weeds in fruit and field crops. Their intense use has led to widespread environmental contamination of groundwater and surface water. Since phenylureas, as well degradation products thereof, can be highly toxic to aquatic organisms, and are potential carcinogens and endocrine disruptors, they pose a risk for ecosystem and human health. Fortunately, soil bacteria exposed to phenylureas have developed the ability to partially or completely degrade these compounds and phenylurea-degrading bacterial populations present in agricultural soils can minimize or even prevent leakage of residues to underlying water bodies. The overall aim of this thesis was to obtain a better understanding of the composition and functioning of linuron-degrading bacterial communities, of how members of linuron-degrading synergistic consortia interact when grown as a biofilm on a solid surface, and of how the activity, composition and structure of such consortium biofilms are affected by various environmental conditions. In addition, attempts were made to identify enzymes involved in bacterial linuron metabolism. In a first part of the study, linuron-mineralizing cultures were obtained from two long-term linuron-treated agricultural soils of a different geographical origin. The cultures contained one or more linuron-degrading strains which coexisted with bacteria capable of degrading either 3,4-dichloroaniline (3,4-DCA) or N,O-dimethylhydroxylamine (N,O-DMHA), two common metabolites in the bacterial linuron degradation pathway, suggesting that in soil, linuron is degraded by cooperative multi-species communities rather than by a single strain. DGGE fingerprinting showed that the presence of a solid matrix affected the community composition of the enriched linuron-mineralizing cultures, but not their linuron mineralization activity. Based on 16S rRNA gene sequencing, most linuron-degrading strains were identified as members of a distinct phylogenetic cluster within the genus Variovorax. In addition to Variovorax, a Hydrogenophaga and an Achromobacter strain capable of complete linuron degradation were isolated showing that the linuron-degrading feature is not limited to Variovorax. Isolates that degraded 3,4-DCA but not linuron belonged to the genera Variovorax, Cupriavidus and Afipia. Hyphomicrobium spp. were involved in the metabolism of N,O-DMHA. As such, the cultures had a community composition similar to that previously reported for another linuron-degrading enrichment culture, suggesting that such consortia are present on a broad geographical scale. Although several isolates degraded linuron independently, addition of casamino acids and specific combinations of linuron- and 3,4-DCA-degrading strains resulted in increased linuron degradation rates pointing at synergistic interactions between the consortium members. In a second part, mono- and multi-species biofilms of a linuron-mineralizing consortium, consisting of the linuron- and 3,4-DCA-degrading Variovorax sp. WDL1, the 3,4-DCA-degrading Comamonas testosteroni WDL7 and the N,O-DMHA-degrading Hyphomicrobium sulfonivorans WDL6, were cultivated in flow cells which were continuously irrigated with selective or nonselective media. In contrast to mono-species biofilms of Variovorax sp. WDL1, the triple-species consortium biofilm degraded linuron completely through apparent synergistic interactions. Analysis of the biofilm structures with confocal laser scanning microscopy (CLSM) showed that the triple-species linuron-fed consortium had a heterogeneous biofilm structure with an irregular surface topography which most resembled the topography of linuron-fed mono-species WDL1 biofilms. As such, it seems that Variovorax sp. WDL1, being the key player in this consortium, has a dominant influence on the linuron-fed consortium biofilm architecture. The specific heterogeneous mound-pore structure of these biofilms might contribute to the efficient degradation of linuron. Biofilm architecture was dependent on the supplied carbon (C) source as the biofilm architecture of WDL1 growing on alternative C sources was different from the architecture observed under linuron-fed conditions. Linuron-fed triple-species biofilms consisted of mounds composed of closely associated WDL1, WDL7 and WDL6 cells while this association was lost when the consortium was grown on a nonselective C source, i.e. citrate. Additionally, under linuron-fed conditions, microcolonies displaying associated growth developed rapidly after inoculation. These findings indicate that the spatial organization in the linuron-fed consortium biofilm reflects the metabolic interactions which exist between the different community members. In a third part of the study, it was examined whether the degradation activity and stability of the same linuron-degrading consortium, grown as a biofilm, was affected (i) when exposed to alternative readily assimilated C and/or nitrogen (N) sources in addition to linuron, and (ii) when exposed to changes in nutrient regime (nonselective, C and/or N starvation). The presence of alternative C sources such as citrate or TSB (trypticase soy broth) in the feed, in addition to linuron, clearly affected linuron degradation of the consortium. Efficiency of linuron degradation was reduced to 50 % and 80 % depending on the concentration of the additional C source, irrespective of whether an additional N source was present or not. Moreover, the efficiency of degradation of 3,4-DCA formed from linuron was negatively affected. Also under conditions in which the linuron-degrading consortium biofilm was intermittently fed with a C- and/or N-starved nonselective medium (without linuron) or a nonselective C/N-rich medium, a negative effect on the linuron-degrading activity of the consortium biofilms was observed when feeding with linuron was restored. In all cases, the full linuron-degrading activity of the consortium found prior to the nutrient change, was never achieved. The decreased performance of the biofilms in these experiments could be related to changes in biofilm structure and composition. Interestingly, each condition resulted into a particular biofilm structure and composition. Our results show that pesticide-degrading consortia, organized in biofilms, and their pesticide-degrading activity will strongly depend on the prevailing nutrient conditions and that, probably, the ideal biofilm configuration observed under selective conditions will not exist in in situ environmental conditions where mixtures of C and N sources exist and alternative periods of feast and famine can be expected. In a last part, a proteomic-based approach was used to identify enzymatic functions involved in linuron metabolism in Variovorax sp. WDL1. Hereto, differential protein expression analysis of Variovorax sp. WDL1 grown in a heterotrophic medium in the presence and absence of linuron or 3,4-DCA was conducted using 2-D PAGE. Selected up- or down-regulated proteins were subsequently identified with nanoLC-ESI-MS/MS. In the 3,4-DCA-supplemented culture, the up-regulation of several proteins showing high amino acid sequence similarity to different components (such as TdnQ, TdnT, TdnA1) of the multicomponent aniline dioxygenase (AD) of aniline-degrading Proteobacteria was observed. Multiple TdnQ-like proteins were detected suggesting that WDL1 harbors several tdnQ gene copies which are expressed in the presence of 3,4-DCA. Several proteins which were up-regulated in the linuron-

Linuron --- Pollution de l'eau --- Water pollution --- Pollution du sol --- Soil pollution --- Biodégradation --- Biodegradation --- Bacteria --- Écologie microbienne --- microbial ecology --- Academic collection --- 579.63 --- 504.5 --- 631.46 --- 632.95.028 --- Sanitary microbiology. Microbiology in public health. Biofiltration --- Lithospheric environment --- Soil bacteriology. Soil biology --- Persistence of pesticides and their effects. Pesticide residues --- Theses --- 632.95.028 Persistence of pesticides and their effects. Pesticide residues --- 631.46 Soil bacteriology. Soil biology --- 504.5 Lithospheric environment --- 579.63 Sanitary microbiology. Microbiology in public health. Biofiltration --- Biodegradation.