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UV filters are the active components of sun protection products and are used as stabilizing agents in cosmetics and industrial products. Several studies reported the worldwide occurrence of UV filters in coastal waters and demonstrated their bioaccumulation and toxic effects on aquatic organisms. Marine bacteria dominate the marine biomass and are crucial for biogeochemical cycles. Notwithstanding their essential roles, the toxicity of UV filters has never been assessed on microorganisms. This thesis aims to explore the effects of the most occurrent organic UV filters, taking into account the physiological, morphological, and molecular response, on environmentally relevant heterotrophic bacteria, isolated from the bay of Banyuls (NW Mediterranean Sea, France). This project demonstrated the species and compound-dependent bactericidal effects of common organic UV filters on marine bacteria and contributed to a better understanding of the cellular response induced by UV filter exposure. We showed, via morphological investigation and quantitative proteomics, that bacteria exhibited a variety of stress-related molecular responses, emphasizing that bacteria are suitable for ecotoxicological studies. Future meta-omic research on natural and artificial communities will enable us to assess the impact of anthropogenic inputs on the functions of microbial communities., Les filtres UV sont les principes actifs des produits de protection solaire et sont utilisés comme agents stabilisateurs dans les produits cosmétiques industriels. Plusieurs études ont signalé la présence de filtres UV dans les eaux côtières du monde entier et ont démontré leur bioaccumulation et leurs effets toxiques sur les organismes aquatiques. Les bactéries marines dominent la biomasse marine et sont d’une importance majeure pour les cycles biogéochimiques. En dépit de leurs rôles essentiels, la toxicité des filtres UV n'a jamais été évaluée sur les microorganismes. Cette thèse vise à explorer les effets des filtres UV organiques les plus courants, en tenant compte de la réponse physiologique, morphologique et moléculaire, sur des bactéries hétérotrophes environnementale, isolées de la baie de Banyuls (Méditerranée Nord-Ouest, France). Ce projet a démontré les effets bactéricides espèce et molécule dépendants des filtres UV organiques les plus communs sur les bactéries marines. Nos recherches ont contribué à une meilleure compréhension de la réponse cellulaire induite par l'exposition aux filtres UV. Nous avons montré, par le biais d'une étude morphologique et via des techniques de protéomique quantitative, que les bactéries présentaient une variété de réponses moléculaires liées au stress, corroborant que les bactéries sont des modèles d’étude écotoxicologiques pertinents. De futures recherches méta-omiques sur les communautés naturelles et artificielles nous permettront d'évaluer l'impact des apports anthropiques sur les fonctions des communautés microbiennes

National audience; La fonction antibiotrophique, permettant l’utilisation d’antibiotiques comme source nutritive, arécemment été découverte chez des bactéries antibiorésistantes environnementales. Pourvérifier si leur avantage sélectif en environnements pollués s’en trouvait augmenté, nous avonsconduit une expérience en microcosmes dans laquelle Microbacterium sp. C448 (C448),présentant des capacités de résistance et de dégradation vis-à-vis des sulfamides, a été inoculéedans quatre sols supplémentés ou non par l’antibiotique sulfaméthazine (SMZ) et/ou du lisier.Après un mois d’incubation, C448 n’a été détectée que dans les sols traités avec la SMZ,indiquant une faible compétitivité de la souche en absence d’antibiotique. Son implantation negarantissait toutefois pas la dégradation de la SMZ, puisque n’ayant été observée que pour undes quatre sols en absence de lisier et pour tous en présence de lisier. Ceci indique notammentque l’avantage sélectif conféré par la SMZ à C448 n’est pas nécessairement d’ordrenutritionnel. Le séquençage de l’ADNr 16S a révélé un impact biocide de la SMZ sur lescommunautés bactériennes telluriques, indiquant la probable libération de niches trophiquesque pourrait utiliser C448 pour s’installer. L’apport de bactéries du lisier semble engendrer unecompétition défavorable pour C448 la contraignant à utiliser la SMZ à la place. Cette étudeindique que C448 semble moduler sa capacité antibiotrophique suivant l’accessibilité desressources et la présence de compétiteurs. Mais surtout, elle souligne un potentiel de dispersionaccru des antibiotrophes en environnements contaminés par les antibiotiques, ces derniers nelibérant pas seulement des niches trophiques mais en constituant aussi de nouvelles.

National audience; La Directive Cadre sur l’Eau impose l’atteinte ou le maintien du bon état écologique des masses d’eau. Il s’avère donc indispensable de disposer d’indicateurs précoces de la qualité des masses d’eau en conditions naturelles. Si de nombreux indicateurs existent, ils ne sont pas toujours en mesure de révéler les effets subtils d’une faible pression épisodique sur des temps d’exposition longs. Il est donc nécessaire de développer de nouveaux indicateurs, complémentaires de ceux actuels mais plus à même de traduire l’impact des contaminants chimiques, notamment les pesticides. Pour ce faire, les biofilms phototrophes présentent un large éventail de descripteurs structurels et fonctionnels pertinents pour le diagnostic environnemental.La contamination observée depuis plusieurs années dans la rivière Cleurie (Région Grand-Est, Vosges) constitue un cadre de travail idéal pour éprouver la sensibilité de ces indicateurs. En raison d’activités industrielles (textiles), ce petit cours d’eau vosgien de tête de bassin versant forestier présente un cocktail complexe de molécules, chroniques et épisodiques (du quotidien au saisonnier) mais en dessous des normes de qualité environnementales. Ce cocktail se caractérise par de fortes concentrations en glyphosate et son principal produit de dégradation, l’acide aminométhylphosphonique (AMPA) ainsi qu'une forte charge de matière organique dissoute (MO) dominée par des colorants et azurants optiques. Dans ce contexte notre objectif est d’estimer les potentiels effets écotoxiques et fonctionnels in situ de cette contamination complexe et d’identifier si ces effets sont liés au rejet de glyphosate et d’AMPA dans la Cleurie. Les résultats générés contribueront à une approche sociologique qui sera développée en parallèle pour suivre la circulation des savoirs scientifiques produits entre les différents acteurs (scientifiques, pouvoirs publics, citoyens…) impliqués dans une controverse locale mais qui s’inscrit dans celle plus générale et ancienne sur la toxicité des pesticides.Différentes stations ont été identifiées le long du linéaire de la Cleurie et un suivi annuel de la structure (biodiversité, déformations) et du fonctionnement (approche PICT-Pollution Induced Community Tolerance) des biofilms phototrophes a été initié. Parallèlement à cette approche de terrain, des bioessais ont été réalisés pour évaluer la toxicité du glyphosate sur les diatomées en conditions standardisées. Pour ce faire, les deux espèces Nitzschia palea et Gomphonema gracile ont été exposées pendant 7j à une large gamme de concentration de glyphosate (0,4-84 mg/L). Dans un second temps, les deux espèces ont été exposées sur une durée plus longue (28j) afin d’évaluer le potentiel tératogène du glyphosate sur la morphologie des frustules. Ces premiers résultats semblent indiquer que la déformation des diatomées benthiques et l'acquisition de tolérance au glyphosate par les biofilms constitueraient des marqueurs plus sensibles que les indices structurels classiques (IBD...) quant à la présence de glyphosate et d’AMPA le long du linéaire du cours d’eau.

Numerous herbicides target an enzyme found not only in weeds but also in « non-target organisms » such as microorganisms. This proof-of-concept study aims to use microbial gene encoding the targeted enzyme or the targeted enzyme itself as a marker for herbicide exposure in soils. The hppd gene and the encoded enzyme (HPPD; 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase), targeted by B-triketone herbicides, are the subject of this study. In silico analyses reveal that the hppd gene is spread out in all bacterial phyla. Primers specific to this gene were designed. This primer pair is used to measure the abundance, the composition and the diversity of the hppd bacterial community in soil microcosms exposed to sulcotrione or its commercial formulation, Decano®. Similar measurements are made, over a cropping cycle, on agricultural fields treated with various herbicides, including B-triketones. No significant effect of B-triketone herbicides were observed at the bacterial community scale, strengthening their “eco-friendly” reputation. At the enzymatic scale, molecular docking studies reveal that B-triketones bind more closely to certain bacterial HPPD than others. The developed bioassay reinforces this observation: regarding the bacterial strain, ?-triketones have a variable inhibitory effect on the HPPD enzymatic activity. Tembotrione has a greater inhibitory effect on the HPPD activity of Bacillus cereus ATCC14579 and Shewanella oneidensis MR1 than sulcotrione and mesotrione. This bioassay could be used as a marker of exposure for B-triketones risk assessment studies requested by authorities in charge of pesticide regulation.; De nombreux herbicides ciblent une enzyme végétale aussi retrouvée chez des organismes dits « non-cibles » tels que les microorganismes. Ce travail de thèse vise à établir la preuve de concept que les gènes microbiens codant l’enzyme ciblée ou l’activité de l’enzyme elle-même peuvent servir de marqueur d’impact écotoxicologique des herbicides dans les sols. L’enzyme HPPD (4-hydroxyphénylpyruvate dioxygénase) et le gène du même nom, cible des herbicides bêta-tricétones, sont sujets d’étude. Des études in silico montrent que le gène hppd est présent dans de nombreux genres bactériens et un couple d’amorces ciblant une majorité des séquences décrites a été dessiné. Ce dernier a servi à mesurer l’abondance, la composition et la diversité de la communauté bactérienne hppd de microcosmes de sols exposés à la sulcotrione ou à sa formulation commerciale, le Decano®. Les mêmes mesures sont réalisées sur des champs agricoles traités avec des ?-tricétones pendant une année. A l’échelle de la communauté, aucun effet des herbicides n’est décelable, renforçant leur réputation « eco-friendly ». Au niveau enzymatique, des études de docking moléculaire montrent que les herbicides se lient plus fortement à l’HPPD de certaines souches. Le bioessai développé soutient cette observation : les ?tricétones ont un effet variable sur l’activité HPPD en fonction de la souche considérée. La tembotrione inhibe plus fortement l’activité HPPD de Bacillus cereus ATCC14579 et Shewanella oneidensis MR-1 que la sulcotrione et la mésotrione. A l’avenir, ce bioessai pourrait être utilisé comme marqueur d’exposition des sols aux herbicides ?-tricétones dans une optique d’évaluation du risque par les autorités.

Fatty acids (FA), which are the main components of storage and structural lipids, are crucial for the maintenance of membrane fluidity and play a central role in metabolic energy storage. Pesticide impacts on FA profiles have been documented in marine microalgae, but remain understudied in freshwater diatoms. In the same way, no study has focused on the impact of herbicides on their lipid content. The main aims of this study were to: 1) compare the responses of FA profiles and “classical descriptors” in order to evaluate their complementarity, 2) estimate the effect of herbicides on lipid content and composition of one freshwater diatom and finally, 3) examine the potential of 20:5n3 as a biomarker of herbicide pollution. To address these issues, Gomphonema gracile and Nitzschia palea were exposed during seven days to diuron and S-metolachlor at 10 μg.L-1. The results demonstrated higher toxicity of diuron compared to S-metolachlor at 10 μg.L-1 on all descriptors studied. FA responded to diuron contamination conversely to pigment content and permitted to document energy content variations in diatoms subjected to herbicide stress conversely to “classical descriptors”. Total lipid composition was impacted by diuron with a notable decrease of storage lipids. Diuron affected the content of 20:5n3 in lipids involved in photosynthesis. Based on previous studies and our current findings, it is suggested that 20:5n3 content in diatoms could be a good biomarker of diuron pollution in freshwaters., Les acides gras, principaux composants des lipides de stockage et de structure, sont indispensables au maintien de la fluidité membranaire et au stockage de l'énergie métabolique. L’impact des pesticides sur les profils d'acides gras ont déjà été étudiés chez les microalgues marines, mais peu d’études se sont intéressées aux réponses des diatomées d'eau douce. De plus, aucune étude n'a porté sur l'impact des herbicides sur leur teneur en lipides. Les principaux objectifs de cette étude étaient : 1) de comparer les profils d'acides gras et les réponses des « descripteurs classiques » afin d'évaluer leur complémentarité, 2) d’estimer l'effet des herbicides sur la composition en lipides d'une diatomée d'eau douce et enfin, 3) d’examiner le potentiel du 20:5n3 en tant que biomarqueur de la pollution en herbicides. Pour ce faire, Gomphonema gracile et Nitzschia palea ont été exposées pendant sept jours au diuron et au S-métolachlore à 10 μg.L-1. Le diuron s’est avéré plus toxique par rapport au S-métolachlore à 10 μg.L-1 tout au long de cette étude. Les acides gras ont été impactés par le diuron à l'inverse de la teneur en pigments et ont permis d’informer sur la variation du contenu énergétique des diatomées en réponse à une pollution contrairement aux « descripteurs classiques ». La composition lipidique totale a été impactée par le diuron avec une diminution des lipides de stockage. Le diuron a affecté le contenu en 20:5n3 des lipides impliqués dans la photosynthèse. Sur la base d'études précédentes et de ces résultats, il est suggéré que la teneur en 20:5n3 dans les diatomées pourrait être un bon biomarqueur de la pollution des eaux par le diuron.

Numerous herbicides target an enzyme found not only in weeds but also in « non-target organisms » such as microorganisms. This proof-of-concept study aims to use microbial gene encoding the targeted enzyme or the targeted enzyme itself as a marker for herbicide exposure in soils. The hppd gene and the encoded enzyme (HPPD; 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase), targeted by B-triketone herbicides, are the subject of this study. In silico analyses reveal that the hppd gene is spread out in all bacterial phyla. Primers specific to this gene were designed. This primer pair is used to measure the abundance, the composition and the diversity of the hppd bacterial community in soil microcosms exposed to sulcotrione or its commercial formulation, Decano®. Similar measurements are made, over a cropping cycle, on agricultural fields treated with various herbicides, including B-triketones. No significant effect of B-triketone herbicides were observed at the bacterial community scale, strengthening their “eco-friendly” reputation. At the enzymatic scale, molecular docking studies reveal that B-triketones bind more closely to certain bacterial HPPD than others. The developed bioassay reinforces this observation: regarding the bacterial strain, ?-triketones have a variable inhibitory effect on the HPPD enzymatic activity. Tembotrione has a greater inhibitory effect on the HPPD activity of Bacillus cereus ATCC14579 and Shewanella oneidensis MR1 than sulcotrione and mesotrione. This bioassay could be used as a marker of exposure for B-triketones risk assessment studies requested by authorities in charge of pesticide regulation., De nombreux herbicides ciblent une enzyme végétale aussi retrouvée chez des organismes dits « non-cibles » tels que les microorganismes. Ce travail de thèse vise à établir la preuve de concept que les gènes microbiens codant l’enzyme ciblée ou l’activité de l’enzyme elle-même peuvent servir de marqueur d’impact écotoxicologique des herbicides dans les sols. L’enzyme HPPD (4-hydroxyphénylpyruvate dioxygénase) et le gène du même nom, cible des herbicides bêta-tricétones, sont sujets d’étude. Des études in silico montrent que le gène hppd est présent dans de nombreux genres bactériens et un couple d’amorces ciblant une majorité des séquences décrites a été dessiné. Ce dernier a servi à mesurer l’abondance, la composition et la diversité de la communauté bactérienne hppd de microcosmes de sols exposés à la sulcotrione ou à sa formulation commerciale, le Decano®. Les mêmes mesures sont réalisées sur des champs agricoles traités avec des ?-tricétones pendant une année. A l’échelle de la communauté, aucun effet des herbicides n’est décelable, renforçant leur réputation « eco-friendly ». Au niveau enzymatique, des études de docking moléculaire montrent que les herbicides se lient plus fortement à l’HPPD de certaines souches. Le bioessai développé soutient cette observation : les ?tricétones ont un effet variable sur l’activité HPPD en fonction de la souche considérée. La tembotrione inhibe plus fortement l’activité HPPD de Bacillus cereus ATCC14579 et Shewanella oneidensis MR-1 que la sulcotrione et la mésotrione. A l’avenir, ce bioessai pourrait être utilisé comme marqueur d’exposition des sols aux herbicides ?-tricétones dans une optique d’évaluation du risque par les autorités.

National audience; Les résidus médicamenteux sont peu éliminés par les stations de traitement des eaux usées (STEU) et se retrouvent dans les écosystèmes aquatiques provoquant une contamination chronique persistante des eaux de surface et des sédiments. Parmi ces résidus, les antibiotiques peuvent également s'accumuler dans le biote et ont été détectés à tous les niveaux du réseau trophique (Aubertheau et al. 2017). Dans l'environnement, la présence d'antibiotiques est en particulier susceptible d'altérer les fonctions et la structure des communautés microbiennes et plus spécifiquement d'exercer une pression de sélection sur les bactéries, avec un risque avéré de développement d'antibiorésistances. Dans ce contexte, nous appliquons une approche multi-compartiments (eau de surface, périphyton, sédiment) et multi-sites incluant des écosystèmes lotique (rivière Arve) ou lacustre (lac Léman) afin de comparer la réponse des communautés microbiennes naturelles issues de sites présentant des expositions contrastées aux résidus de médicaments en provenance de STEU. Pour chaque site étudié, nous avons évalué le potentiel fonctionnel des communautés microbiennes du périphyton et des sédiments (photosynthèse, activités hétérotrophes extra-cellulaires) ainsi que leur tolérance à 2 antibiotiques (ciprofloxacine, sulfaméthazine) suivant une approche PICT et leur capacité à biodégrader les sulfonamides. Ces analyses biologiques seront complétées par l'étude du résistome et de la structure des communautés puis mises en relation avec les concentrations des résidus médicamenteux dans le périphyton, les sédiments et les eaux de surface. Les premiers résultats ont notamment mis en évidence dans le lac Léman une plus forte tolérance microbienne à la ciprofloxacine au site proche du rejet de STEU qu'au site plus protégé. Ces premiers résultats seront complétés et contribueront à une meilleure connaissance de la répartition des antibiotiques et des antibiorésistances dans les différents compartiments aquatiques ainsi qu'à une meilleure compréhension des liens entre structure du résistome et fonctions associées à ces résistances (tolérance ou biodégradation) chez les communautés microbiennes.

National audience; Le changement climatique cause des sécheresses récurrentes dans le pourtour Méditerranéen qui menacent les productions agricoles. Dans ce contexte, la Commission Européenne a récemment proposé un texte définissant le minimum requis pour proposer une réglementation visant à autoriser la réutilisation des eaux usées pour l’irrigation des cultures. Une des problématiques majeures associée à la réutilisation des eaux usées en agriculture est l’apport de contaminants chimiques, tels que les pesticides ou les composés pharmaceutiques (incluant les antibiotiques). En effet, ils peuvent non seulement causer un impact écotoxicologique sur les organismes vivants dans le sol mais également être transférés dans la plante cultivée et ainsi contaminer la chaîne alimentaire.Dans ce contexte, le projet Européen AWARE coordonné par Pr Barcelo vise à évaluer le risque environnemental lié à l’irrigation de cultures maraichères avec des eaux usées contaminées avec des pesticides et des composés pharmaceutiques. Je présenterai les résultats obtenus dans une expérimentation testant ‘le pire scénario’, conduite dans des conditions contrôlées en serre, pour évaluer la dynamique et l’impact écotoxicologique de micropolluants organiques apportés par les eaux usées. Cette expérimentation a consisté à réaliser deux cycles de culture de salades sur un sol agricole arrosé soit avec de l’eau pure soit avec des eaux usées dopées avec 10 ou 100 ppb d’un cocktail de 14 micropolluants (6 traitements, 5 réplicats, n=30 par cycle de culture). A la fin de chaque cycle de culture plusieurs mesures ont été réalisées : croissance et taux de mycorhization des plantes ; dynamique des composés organiques dans le sol et la plante ; abondance, composition et diversité des communautés fongiques et bactériennes par qPCR et séquençage à haut débit, respectivement ; activité de guildes fonctionnelles impliquées dans le cycle de l’azote et la biodégradation des antibiotiques (sulfonamides). Une synthèse de ces résultats sera présentée à cette conférence.

Thèse confidentielle jusqu'au 22 octobre 2022.; In the framework of risk assessment, more environmentally realistic ecotoxicity tests taking complexity of ecosystems into account must be developed. Despite the importance of microorganisms in ecosystems and in their associated functional processes, this compartment is not enough taken into account in ecotoxicity assessment. The main objective of this thesis was the development of a model microbial food web to evaluate impact of contaminants on freshwater ecosystems. This network is composed of rotifers (Brachionus calyciflorus, primary and secondary consumers) that feed on both algae (Chlorella vulgaris, primary producer) and protozoa (Tetrahymena pyriformis, bacterivorous ciliate). A nitrifying microbial consortium produced in the laboratory associated with protozoa constitute a microbial loop that ensure trophic links between bacteria and metazoans. Organisms of the microbial network are in interaction by trophic relationships (prey-predator) and/or by functions they ensure within the ecosystem (oxygen production, primary production, nutrient recycling). The system can evolve into 4 ml over at least 28 days without medium renewing and, for example can allow to analyze the resilience of the system over a long period of time. In order to better evaluate different effects of pollutants on the food web, various analytical methods have been adapted and tested on this system. Among them, monitoring rotifer population dynamics was found to be a suitable parameter to evaluate the response of the miniaturized ecosystem to contaminants in a simple and fast way.; Dans le cadre de l’évaluation du risque, des tests d’écotoxicité plus représentatifs de la réalité environnementale tenant compte de la complexité des écosystèmes doivent être développés. Malgré l’importance des microorganismes dans les écosystèmes et les processus fonctionnels associés, ceux-ci restent trop peu considérés dans les tests d’écotoxicité. Le principal objectif de cette thèse a donc été le développement d’un réseau trophique microbien modèle pour évaluer l’impact des contaminants sur les écosystèmes dulçaquicoles. Ce réseau est composé de rotifères (Brachionus calyciflorus, consommateurs primaires et secondaires) se nourrissant à la fois d’algues (Chlorella vulgaris, producteur primaire) et de protozoaires (Tetrahymena pyriformis, cilié bactérivore). Les protozoaires, associés à un consortium microbien nitrifiant produit au laboratoire, forment une boucle microbienne qui assure le lien trophique entre les bactéries et les métazoaires. Tous les organismes de ce réseau microbien sont en interaction les uns avec les autres de par des relations trophiques (proie-prédateur) et/ou de par les fonctions qu’ils assurent au sein de l’écosystème (production d’oxygène, production primaire, recyclage des nutriments). Le système est conditionné en volume de 4 ml et peut être suivi sur une durée d’au moins 28 jours sans renouvellement de milieu, permettant par exemple l’analyse de la résilience du système sur des temps longs. Afin d’évaluer au mieux les différents effets des polluants sur le réseau trophique, diverses méthodes analytiques ont été adaptées et testées sur ce système. Parmi elles, le suivi de la dynamique de population des rotifères s’est avéré être un paramètre probant pour évaluer de manière simple et rapide la réponse du réseau à des contaminants.

National audience; Les résidus médicamenteux sont peu éliminés par les stations de traitement des eaux usées (STEU) et se retrouvent dans les écosystèmes aquatiques provoquant une contamination chronique persistante des eaux de surface et des sédiments. Parmi ces résidus, les antibiotiques peuvent également s'accumuler dans le biote et ont été détectés à tous les niveaux du réseau trophique (Aubertheau et al. 2017). Dans l'environnement, la présence d'antibiotiques est en particulier susceptible d'altérer les fonctions et la structure des communautés microbiennes et plus spécifiquement d'exercer une pression de sélection sur les bactéries, avec un risque avéré de développement d'antibiorésistances. Dans ce contexte, nous appliquons une approche multi-compartiments (eau de surface, périphyton, sédiment) et multi-sites incluant des écosystèmes lotique (rivière Arve) ou lacustre (lac Léman) afin de comparer la réponse des communautés microbiennes naturelles issues de sites présentant des expositions contrastées aux résidus de médicaments en provenance de STEU. Pour chaque site étudié, nous avons évalué le potentiel fonctionnel des communautés microbiennes du périphyton et des sédiments (photosynthèse, activités hétérotrophes extra-cellulaires) ainsi que leur tolérance à 2 antibiotiques (ciprofloxacine, sulfaméthazine) suivant une approche PICT et leur capacité à biodégrader les sulfonamides. Ces analyses biologiques seront complétées par l'étude du résistome et de la structure des communautés puis mises en relation avec les concentrations des résidus médicamenteux dans le périphyton, les sédiments et les eaux de surface. Les premiers résultats ont notamment mis en évidence dans le lac Léman une plus forte tolérance microbienne à la ciprofloxacine au site proche du rejet de STEU qu'au site plus protégé. Ces premiers résultats seront complétés et contribueront à une meilleure connaissance de la répartition des antibiotiques et des antibiorésistances dans les différents compartiments aquatiques ainsi qu'à une meilleure compréhension des liens entre structure du résistome et fonctions associées à ces résistances (tolérance ou biodégradation) chez les communautés microbiennes.

/ Les résidus médicamenteux sont peu éliminés par les stations de traitement des eaux usées (STEU) et se retrouvent dans les écosystèmes aquatiques provoquant une contamination chronique persistante des eaux de surface et des sédiments. Parmi ces résidus, les antibiotiques peuvent également s'accumuler dans le biote et ont été détectés à tous les niveaux du réseau trophique (Aubertheau et al. 2017). Dans l'environnement, la présence d'antibiotiques est en particulier susceptible d'altérer les fonctions et la structure des communautés microbiennes et plus spécifiquement d'exercer une pression de sélection sur les bactéries, avec un risque avéré de développement d'antibiorésistances. Dans ce contexte, nous appliquons une approche multi-compartiments (eau de surface, périphyton, sédiment) et multi-sites incluant des écosystèmes lotique (rivière Arve) ou lacustre (lac Léman) afin de comparer la réponse des communautés microbiennes naturelles issues de sites présentant des expositions contrastées aux résidus de médicaments en provenance de STEU. Pour chaque site étudié, nous avons évalué le potentiel fonctionnel des communautés microbiennes du périphyton et des sédiments (photosynthèse, activités hétérotrophes extra-cellulaires) ainsi que leur tolérance à 2 antibiotiques (ciprofloxacine, sulfaméthazine) suivant une approche PICT et leur capacité à biodégrader les sulfonamides. Ces analyses biologiques seront complétées par l'étude du résistome et de la structure des communautés puis mises en relation avec les concentrations des résidus médicamenteux dans le périphyton, les sédiments et les eaux de surface. Les premiers résultats ont notamment mis en évidence dans le lac Léman une plus forte tolérance microbienne à la ciprofloxacine au site proche du rejet de STEU qu'au site plus protégé. Ces premiers résultats seront complétés et contribueront à une meilleure connaissance de la répartition des antibiotiques et des antibiorésistances dans les différents compartiments aquatiques ainsi qu'à une meilleure compréhension des liens entre structure du résistome et fonctions associées à ces résistances (tolérance ou biodégradation) chez les communautés microbiennes.

/ L'adaptation in situ des communautés microbiennes aux contaminants est le résultat de différents processus favorisant la sélection des espèces tolérantes et la disparition des espèces sensibles. De nombreuses études ont démontré l'intérêt de caractériser cette capacité d'adaptation pour diagnostiquer un niveau d'exposition à un contaminant chimique suffisant pour induire une modification de la communauté microbienne étudiée[1], suivant le concept PICT (Pollution Induced Community Tolerance[2]). Récemment, la mesure de la tolérance au cuivre de communautés microbiennes benthiques issues de sédiments superficiels provenant de différentes rivières nous a permis de mettre en évidence une relation exponentielle entre la tolérance microbienne au cuivre et les niveaux de contamination in situ dans ce compartiment. Ces premiers résultats suggèrent l'existence d'une tolérance microbienne basale qui permettrait de dépasser l'approche relative (i.e. la comparaison de sites contaminés avec une référence) utilisée jusqu'à présent. Néanmoins, l'application de l'approche PICT au sédiment, peu pris en considération jusqu'alors, a mis en évidence une problématique propre à cette matrice. En effet, les caractéristiques de cette matrice (granulométrie, quantité et qualité de matières organiques...) peuvent affecter la bio-disponibilité des contaminants lors des tests de toxicité et influencer leurs résultats indépendamment de la tolérance microbienne. Afin de s'affranchir de cet « effet matrice », nous avons comparé plusieurs méthodes pour détacher les communautés microbiennes du sédiment en conservant au maximum leur viabilité et activité (prérequis pour pouvoir réaliser les tests de toxicité). L'homogénéisation mécanique dans un tampon pyrophosphate a donné les meilleurs résultats et son application à des communautés microbiennes exposées au laboratoire à différents niveaux de cuivre a permis de mettre en évidence une acquisition de tolérance en lien avec l'exposition.

/ Les résidus médicamenteux sont peu éliminés par les stations de traitement des eaux usées (STEU) et se retrouvent dans les écosystèmes aquatiques provoquant une contamination chronique persistante des eaux de surface et des sédiments. Parmi ces résidus, les antibiotiques peuvent également s'accumuler dans le biote et ont été détectés à tous les niveaux du réseau trophique (Aubertheau et al. 2017). Dans l'environnement, la présence d'antibiotiques est en particulier susceptible d'altérer les fonctions et la structure des communautés microbiennes et plus spécifiquement d'exercer une pression de sélection sur les bactéries, avec un risque avéré de développement d'antibiorésistances. Dans ce contexte, nous appliquons une approche multi-compartiments (eau de surface, périphyton, sédiment) et multi-sites incluant des écosystèmes lotique (rivière Arve) ou lacustre (lac Léman) afin de comparer la réponse des communautés microbiennes naturelles issues de sites présentant des expositions contrastées aux résidus de médicaments en provenance de STEU. Pour chaque site étudié, nous avons évalué le potentiel fonctionnel des communautés microbiennes du périphyton et des sédiments (photosynthèse, activités hétérotrophes extra-cellulaires) ainsi que leur tolérance à 2 antibiotiques (ciprofloxacine, sulfaméthazine) suivant une approche PICT et leur capacité à biodégrader les sulfonamides. Ces analyses biologiques seront complétées par l'étude du résistome et de la structure des communautés puis mises en relation avec les concentrations des résidus médicamenteux dans le périphyton, les sédiments et les eaux de surface. Les premiers résultats ont notamment mis en évidence dans le lac Léman une plus forte tolérance microbienne à la ciprofloxacine au site proche du rejet de STEU qu'au site plus protégé. Ces premiers résultats seront complétés et contribueront à une meilleure connaissance de la répartition des antibiotiques et des antibiorésistances dans les différents compartiments aquatiques ainsi qu'à une meilleure compréhension des liens entre structure du résistome et fonctions associées à ces résistances (tolérance ou biodégradation) chez les communautés microbiennes.

International audience; The increasing world demand for metals is leading to a consequent increase of metallic element mobilization in aquatic systems. Although the effect of metals on freshwater ecosystems is well documented, studies on the impacts of tetravalent metals are very scarce. Zirconium (Zr) is a tetravalent non-radioactive element for which the global demand has been increasing steadily in the last decades. Benthic microorganism communities (periphyton) have shown good potential as a biomonitoring tool to assess metal exposure of aquatic organisms. In this work, the effect of Zr on periphyton biodiversity and biochemistry was investigated to apply this tool to zirconium and other tetravalent metals contamination assessment and to better understand their potential impacts on aquatic ecosystems. Glass slides were immerged in a pond in Cestas (near Bordeaux, France) for one month to be colonised by periphyton. They were distributed in 3 aquaria containing a synthetic culture medium (Dauta, 1982) and effective concentrations of 0.2 ± 0.1 nM (C0), 0.5 ± 0.3 nM (C1) or 2.9 ± 0.3 nM (C2) of Zr (n=3). One slide per section was sampled after 1, 2 and 4 weeks of exposure for subsequent analyses: dry weight, chlorophyll pigments fluorescence, photosynthetic activity, microscopic microorganism identification, polysaccharide and protein contents. Biomass, proteins, polysaccharides and diatoms abundance increased significantly showing the growth of the biofilm during the experiment. No significant Zr exposure effects were observed on biomass, proteins, polysaccharides contents but their productions appeared to be slightly lower in C1 and C2 at t2 and t4. Diatoms growth rate in the C2 condition was significantly lower than in C0 and C1. Results obtained by pigments fluorescence measurements showed significant cyanobacteria decrease in the C2 condition over the exposure time as well as the brown algae between t2 and t4. Principal response curve (PRC) analysis showed significant changes over time of micromeiofauna composition between the reference (C0) and the C2 condition. Ciliates were less impacted by Zr exposure than flagellates which tended to disappear in the C2 condition. Biofilm microorganisms play a wide role in major ecosystem processes. Regarding these results, Zr exposure can impact the periphyton microorganisms composition which could disturb periphyton key functions. A better understanding of effects of metals on micromeiofauna would improve risk assessment of metallic exposure in aquatic ecosystems.

Gold mining activities in fluvial systems may cause arsenic (As) pollution, as is the case at the Anllóns River (Galicia, NW Spain), where high concentrations of arsenate (AsV) in surface sediments (up to 270 mg kg−1) were found. A 51 day-long biofilm-translocation experiment was performed in this river, moving some biofilm-colonized substrata from upstream (less As-polluted) to downstream the mine area (more As-polluted site), to explore the effect of As on benthic biofilms, as well as their role on As retention and speciation in the water-sediment interface. Eutrophic conditions (range: 0.07–0.38 mg L−1 total phosphorus, TP) were detected in water in both sites, while sediments were not considered P-polluted (below 600 mg kg−1). Dimethylarsenate (DMAV) was found intracellularly and in the river water, suggesting a detoxification process by biofilms. Since most As in sediments and water was AsV, the high amount of arsenite (AsIII) detected extracellularly may also confirm AsV reduction by biofilms. Furthermore, translocated biofilms accumulated more As and showed higher potential toxicity (higher As/P ratio). In concordance, their growth was reduced to half that observed in those non-translocated, became less nutritive (less nitrogen content), and with higher bacterial and dead diatom densities. Besides the high As exposure, other environmental conditions such as the higher riparian cover at the more As-polluted site could contribute to those effects. Our study provides new arguments to understand the contribution of microorganisms to the As biogeochemistry in freshwater environments This work was supported by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (Project Ref. CGL2010-22059, CGL2013-46003-P and CGL2013-43822-R), the University of Girona (Project Ref. SING12/09 and MPCUdG2016/120) and the Government of Catalonia (Project Ref. 2014 SGR 484). Laura Barral Fraga benefited from a doctoral fellowship from the University of Girona (BR 2013/06) and a mobility grant from the Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA, at Bordeaux, France) SI

International audience; Aquatic ecosystems are generally subjected to multiple perturbations due to simultaneous or successive combinations of various natural and anthropogenic environmental pressures. To better assess and predict the resulting ecological consequences, increasing attention should be given to the accumulation of stresses on freshwater ecosystems and its effects on the vulnerability of aquatic organisms, including microbial communities, which play crucial functional roles. Here we used a microcosm study to assess the influence of an experimental warming on the vulnerability of phototrophic and heterotrophic periphytic communities to acute and chronic copper (Cu) toxicity. Natural periphytic communities were submitted for 4 weeks to three different temperatures (18, 23, and 28°C) in microcosms contaminated (at about 15 µg L-1) or not with Cu. The vulnerability of both phototrophic and heterotrophic microbial communities to subsequent acute Cu stress was then assessed by measuring their levels of sensitivity to Cu from bioassays targeting phototrophic (photosynthetic activity) and heterotrophic (β-glucosidase and leucine aminopeptidase extracellular enzymatic activities) microbial functions. We postulated that both the increase in temperature and the chronic Cu exposure would modify microbial community structure, thus leading to changes in the capacity of phototrophic and heterotrophic communities to tolerate subsequent acute exposure to Cu. Our results demonstrated that the influence of temperature on the vulnerability of phototrophic and heterotrophic microbial communities to Cu toxicity can vary greatly according to function studied. These findings emphasize the importance of considering different functional compartments and different functional descriptors to better assess the vulnerability of periphyton to multiple stresses and predict the risks induced by multiple stressors for ecosystem balance and functioning.

International audience; Aquatic ecosystems are generally subjected to multiple perturbations due to simultaneous or successive combinations of various natural and anthropogenic environmental pressures. To better assess and predict the resulting ecological consequences, increasing attention should be given to the accumulation of stresses on freshwater ecosystems and its effects on the vulnerability of aquatic organisms, including microbial communities, which play crucial functional roles. Here we used a microcosm study to assess the influence of an experimental warming on the vulnerability of phototrophic and heterotrophic periphytic communities to acute and chronic copper (Cu) toxicity. Natural periphytic communities were submitted for 4 weeks to three different temperatures (18, 23, and 28°C) in microcosms contaminated (at about 15 µg L-1) or not with Cu. The vulnerability of both phototrophic and heterotrophic microbial communities to subsequent acute Cu stress was then assessed by measuring their levels of sensitivity to Cu from bioassays targeting phototrophic (photosynthetic activity) and heterotrophic (β-glucosidase and leucine aminopeptidase extracellular enzymatic activities) microbial functions. We postulated that both the increase in temperature and the chronic Cu exposure would modify microbial community structure, thus leading to changes in the capacity of phototrophic and heterotrophic communities to tolerate subsequent acute exposure to Cu. Our results demonstrated that the influence of temperature on the vulnerability of phototrophic and heterotrophic microbial communities to Cu toxicity can vary greatly according to function studied. These findings emphasize the importance of considering different functional compartments and different functional descriptors to better assess the vulnerability of periphyton to multiple stresses and predict the risks induced by multiple stressors for ecosystem balance and functioning.

International audience; Gold mining activities in fluvial systems may cause arsenic (As) pollution, as is the case at the Anllóns River (Galicia, NWSpain), where high concentrations of arsenate (AsV) in surface sediments (up to 270 mg kg−1) were found. A 51 day-long biofilm-translocation experiment was performed in this river, moving some biofilmcolonized substrata from upstream (less As-polluted) to downstream the mine area (more As-polluted site), to explore the effect of As on benthic biofilms, as well as their role on As retention and speciation in the watersediment interface. Eutrophic conditions (range: 0.07–0.38 mg L−1 total phosphorus, TP) were detected in water in both sites, while sediments were not considered P-polluted (below 600 mg kg−1). Dimethylarsenate (DMAV) was found intracellularly and in the river water, suggesting a detoxification process by biofilms. Since most As in sediments and water was AsV, the high amount of arsenite (AsIII) detected extracellularly may also confirm AsV reduction by biofilms. Furthermore, translocated biofilms accumulated more As and showed higher potential toxicity (higher As/P ratio). In concordance, their growth was reduced to half that observed in those non-translocated, became less nutritive (less nitrogen content), and with higher bacterial and dead diatomdensities. Besides the high As exposure, other environmental conditions such as the higher riparian cover at themore As-polluted site could contribute to those effects. Our study provides new arguments to understand the contribution of microorganisms to the As biogeochemistry in freshwater environments.

International audience; In many aquatic ecosystems, sediments are an essential compartment, which supports high levels of specific and functional biodiversity thus contributing to ecological functioning. Sediments are exposed to inputs from ground or surface waters and from surrounding watershed that can lead to the accumulation of toxic and persistent contaminants potentially harmful for benthic sediment-living communities, including microbial assemblages. As benthic microbial communities play crucial roles in ecological processes such as organic matter recycling and biomass production, we performed a 21-day laboratory channel experiment to assess the structural and functional impact of metals on natural microbial communities chronically exposed to sediments spiked with copper (Cu) and/or arsenic (As) alone or mixed at environmentally relevant concentrations (40 mg kg-1 for each metal). Heterotrophic microbial community responses to metals were evaluated both in terms of genetic structure (using ARISA analysis) and functional potential (using exoenzymatic, metabolic and functional genes analyses). Exposure to Cu had rapid marked effects on the structure and most of the functions of the exposed communities. Exposure to As had almost undetectable effects, possibly due to both lack of As bioavailability or toxicity toward the exposed communities. However, when the two metals were combined, certain functional responses suggested a possible interaction between Cu and As toxicity on heterotrophic communities. We also observed temporal dynamics in the functional response of sediment communities to chronic Cu exposure, alone or in mixture, with some functions being resilient and others being impacted throughout the experiment or only after several weeks of exposure. Taken together, these findings reveal that metal contamination of sediment could impact both the genetic structure and the functional potential of chronically exposed microbial communities. Given their functional role in aquatic ecosystems, it poses an ecological risk as it may impact ecosystem functioning.

International audience; Pharmaceutical wastewaters are usually characterized by a complex mixture of active substances and metabolites with variable characteristics and composition throughout the year. Accordingly, assessing the efficiency of pharmaceutical industry treatment plants and the resulting decrease in effluent ecotoxicity and ecological risk throughout the treatment process remains very challenging. Microbial biofilms have been proven to be early warning natural assemblages to detect acute and long-term effects produced by toxic substances, including pharmaceuticals. Being composed of both autotrophic and heterotrophic microorganisms exhibiting a large range of sensitivity to many toxicants, biofilms are thus relevant models to assess ecotoxicological risks of effluents by studying effects on microbial structure, diversity and functions. In this context, in collaboration with the pharmaceutical firm SANOFI, we installed a pilot system, connected to the wastewater treatment plant of a SANOFI production factory, to evaluate, throughout the treatment steps, the decrease in chronic and acute toxicity of pharmaceutical production effluents for natural biofilms. The system consists of five artificial outdoor channels, each sub-divided into three compartments to ensure replication, continuously filled with wastewater collected after secondary, tertiary and quaternary treatments, respectively, as well as with stream water collected at the immediate upstream and downstream from the discharge. The chronic and acute toxicity of effluents on natural biofilms will be evaluated by combining structural and functional analysis as well as a pollution community tolerance (PICT) approach using pharmaceutical mixtures directly extracted from passive samplers (Polar Organic Chemical Integrative Samplers, POCIS) immersed for several weeks in the different channels.

International audience; While many metals are known to accumulate in sediments, knowledge about the resulting ecotoxicological effects on sediment microbial communities is scarce. The present study aimed at evaluating the structural and functional impact of chronic exposure to environmental concentrations of copper (Cu) and arsenic (As), alone or mixed together, on river sediment microbial communities. Natural uncontaminated surface sediments collected in a French River (Ain) were spiked with As and Cu at a nominal concentration of 40 mg/kg and then were exposed for 21 days in laboratory channels with overlying waters. The response of heterotrophic microbial communities to metals was evaluated both in terms of genetic structure (using ARISA analysis) and functional potential (using exo-enzymatic, metabolic and qPCR analyses). A pollution induced community tolerance (PICT) approach was also performed to assess if the exposure led to an increase in the capacity of microbial communities to tolerate metals. Our results showed rapid and marked effects of Cu alone on the structure and the functions of the exposed communities. Chronic Cu exposure also induced an increase in community tolerance to Cu, as observed by PICT measurement using beta-glucosidase activity. In contrast, the effects of As were mostly undetectable. Under mixture exposure (Cu+As), the effects were similar or higher than those provoked by Cu alone, depending on the measured parameter. Altogether those findings reveal that metals accumulation in sediments can impact exposed microbial communities thus affecting their functional role in aquatic ecosystems.

International audience; Sediments play a critical role in biogeochemical cycling and in the maintenance of the biodiversity. They are natural sinks for many contaminants which can accumulate over time and impact exposed communities, thereby disturbing the functioning of aquatic ecosystems. However, knowledge about the functional effects of contaminants on benthic communities is scarce and there is a need of ecosystem functioning indicators of ecotoxicological impacts. In the present microcosm study, we assessed the individual and combined effects of Cu and As (40 mg kg dw-1 each, 21 days of exposure) on the capacity of natural micro- and macro-organism communities from an uncontaminated river sediment to consume and decompose particulate organic matter using the bait lamina method (ISO 18311) as well as artificial tablets consisting of cellulose, bran flakes and active coal embedded in an agar matrix. The sediment toxicity was also evaluated using the standardized ostracod toxicity test (ISO 14371:2012). The two tested substrates (i.e. bait lamina and artificial tablets) showed similar results with low effects of As on feeding activity and organic matter breakdown whereas Cu demonstrated a strongest functional effect. When the two metals were combined, a total functional inhibition was observed, whatever the kind of substrate. The ostracod toxicity test also showed high toxicity of Cu-spiked and mixture-spiked sediments and low toxicity of As-spiked sediments. Our results highlight the relevance of artificial organic matter substrates to assess the functional effects of contaminants on sediment micro- and macro-organism communities, opening new perspectives to assess the functional integrity of contaminated sediments.

International audience; In the last decade, omics tools dedicated to microbial communities have been developed to characterize the functional groups of those communities and better understand microbial response to contamination. Most of those tools focused on heterotrophic and fungal communities while omics application dedicated to microalgae and diatoms are mostly restrained to diversity assessment (e.g. based on 18S rRNA or rbcL genes). In this study, the possibility of studying gene expression in autotrophic river biofilm communities was explored and we present the proof of concept for a Functional Gene Array (FGA), based on consensus sequences from genes of key physiological processes. Indeed, microarrays offer a comprehensive tool for system-wide analysis of community functioning based on the simultaneous detection of the activity of thousands of genes. The FGA designed in this study include 83 functional genes chosen to reflect several essential biochemical pathways and specific stress response pathways of microalgae. Probes of these genes were designed from consensus sequences from up to 6 microalgal species (diatoms and chlorophytes). Furthermore, species-specific probes were included resulting in 1554 unique oligonucleotide probes for 83 different genes. RNA extracted from Chlamydomonas reinhardtii, Scenedesmus vacuolatus and multi-species biofilms was then used to test different hybridisation conditions. Signal intensity was affected by sequence divergence but results showed that a hybridisation temperature of 55ºC allowed a good compromise between cross-hybridisation and specificity. Due to the reduced number of probes and available sequence information the designed FGAs is at present particularly useful for ecotoxicological laboratory experiments performed with biofilm communities.

The increasing awareness on the impact of plastic pollution within the marine environment has stimulated countless of scientific studies. For the past decade, researchers have quantified plastic waste and assessed its fate at sea. It is estimated that more than 5.25 billion plastic particles float within the world’s oceans today. This PhD work is a result in part of this major environmental concern. It brings with it new knowledge about the marine bacterial communities that develop on plastic debris, also termed as the "plastisphere". The analysis of samples taken from the Tara-Mediterranean expedition allowed us, for the first time, to characterize, and quantify communities specific towards plastic biofilms in comparison to the communities attached to organic matter in surrounding seawater. Bacterial colonization and its evolution on different types of polymers was studied using microcosm experiments with open seawater circulation. The unusual coupling of biological and physicochemical data of plastic surfaces revealed a greater bacterial development on "biodegradable" polymers compared to conventional polymer types (especially hydrocarbonoclastic species). We showed that the composition of the polymer, together with its hydrophobicity and roughness, influences the diversity of bacterial communities during the early colonization steps. Finally, a greater bacterial biofilm activity (e.g. heterotrophic productions) was observed on polymer surfaces compared to seawater. Once again, differences according to plastic types have been observed. This present work highlights the existence of a new ecological niche on plastics that are distinct from the surrounding seawater.; La prise de conscience récente de la menace qui pèse sur les océans, réceptacle final de la pollution plastique, a donné lieu à une effervescence dans le domaine scientifique. On estime que plus de 5,25 milliards de particules plastiques flottent dans les océans. Ces travaux de thèse s’inscrivent dans le cadre de cette préoccupation environnementale de premier ordre, en apportant de nouvelles connaissances sur le compartiment bactérien qui se développe sur les débris plastiques en mer, appelé « plastisphère ». L’analyse des prélèvements effectués pendant l’expédition Tara-Méditerranée a permis de caractériser, pour la première fois dans cette zone, un biofilm abondant et spécifique des plastiques par comparaison aux communautés bactériennes attachées aux particules organiques ou libres dans l’eau de mer. Ensuite, la cinétique de colonisation bactérienne sur différents polymères a été étudiée grâce à la mise en place de microcosmes en circulation ouverte sur le milieu naturel. Le couplage original de données biologiques et physico-chimiques des surfaces plastiques a permis de constater un développement bactérien plus important sur des plastiques « biodégradables » (notamment des espèces hydrocarbonoclastes) par rapport aux polymères conventionnels. Enfin, de fortes activités hétérotrophes et ectoenzymatiques ont été constatées sur les polymères par rapport à l’eau de mer. Encore une fois, des différences en fonction des types de plastiques et du stade de formation du biofilm ont été observées. Les travaux menés pendant cette thèse mettent en lumière l’existence d’une nouvelle niche écologique sur les plastiques, distincte de celle de l’eau de mer environnante.

Benthic ecosystems are important areas both in terms of biodiversity and functioning. They are receiving direct or indirect inputs from the water column or from the watershed and may therefore be accumulating zones for contaminants. Many benthic and epibenthic organisms may be exposed to these substances, with as consequences, disruption of ecological traits and functions at the ecosystem level such as changes in benthic community structure and ecosystem functioning. However, knowledge about the ecotoxicological effects of accumulated contaminants at the benthic community level is scarce. Accordingly, the present study aimed at assessing the functional impact of chronic exposure to environmental concentrations of metals on natural sediment communities. We evaluate the usefulness of assessing/studying feeding activity and organic matter breakdown as endpoints, using two kinds of artificial organic matter substrates.

Ce numéro comprend les articles issus du colloque de restitution Ecophyto Recherche « Des outils et des dispositifs pour éclairer les décisions, explorer les possibles et accompagner la transition vers des systèmes économes et multi-performants », qui s’est tenu à Saint-Malo, du 22 au 24 mars 2017.; Quels indicateurs microbiens pour évaluer l’impact écotoxicologique des pesticides sur des fonctions écosystémiques terrestres et aquatiques ?

International audience; Science of the Total Environment By measuring levels of tolerance to toxicants in microbial communities using functional toxicity tests under controlled conditions, pollution-induced community tolerance (PICT) approaches offer an effect-based tool to assess the ecological risk of chemicals in aquatic systems. However, induced tolerance of exposed microbial communities cannot always be attributed solely to the presence of toxicants as various environmental factors, such as temperature, can also be involved. Several PICT studies have been conducted to assess the effects of copper (Cu) on phototrophic periphyton, but little is known about the influence of temperature on the response of these microbial communities to acute and chronic exposure to Cu. Here, we report on a microcosm approach to assess the effects of two contrasting temperatures (18°C and 28°C) on (i) the baseline level of Cu tolerance in non-Cu-exposed phototrophic periphyton (i.e. effect of temperature on tolerance baseline), (ii) Cu tolerance acquisition by phototrophic periphyton in response to a 3-week chronic exposure to Cu at a nominal concentration of 60µgL-1 (i.e. effect of temperature on PICT selection) and (iii) tolerance measured during short-term toxicity tests (i.e. effect of temperature on PICT detection). The aim was to evaluate how temperature conditions during the different phases of the PICT approaches may modify the causal relationship between chronic Cu exposure and measured Cu tolerance levels. Our results evidence the influence of temperature both on the basal capacity of phototrophic periphyton to tolerate subsequent exposure to Cu (i.e. influence on tolerance baseline) and on its capacity to acquire tolerance following chronic exposure to Cu (i.e. influence on PICT selection). Hence temperature must be considered when using PICT to establish causal links between chronic Cu exposure and effects on phototrophic periphyton.

Etudes après études, les pesticides sont identifiés comme une menace pour la diversité et l’activité des microorganismes des sols. Bien que cette menace soit identifiée, nous restons démunis pour estimer l’impact écotoxicologique des pesticides sur des fonctions écosystémiques des sols. Ainsi, l’évaluation a priori des effets des pesticides sur les microorganismes des sols repose sur l’estimation de leur impact sur la minéralisation du carbone et de l’azote. Ces tests trop globaux ne rendent pas compte de l’effet des pesticides sur les microorganismes. Cette étude a testé un bouquet d’indicateurs pour évaluer l’impact écotoxicologique de pesticides sur les communautés microbiennes supportant des fonctions écosystémiques des sols et des sédiments. Elle a permis le développement de nouveaux outils et de normes ISO pouvant être utilisés pour évaluer l’impact a priori et a posteriori des pesticides sur la diversité et l’activité des microorganismes des sols et des sédiments., What microbial indicators to assess the ecotoxicological impact of pesticides on terrestrial and aquatic ecosystem functions? Studies after studies, pesticides are identified as a major threat for the diversity and activity of soil microorganisms. Although identified as a threat, there is a lack of methods to estimate the ecotoxicological impact of pesticides on soil ecosystemic functions. Indeed a priori evaluation of pesticide effects on soil microorganisms relies solely on the estimation of their impact on carbon and nitrogen mineralisation. These global tests did not allow to properly measure the effects of pesticides on soil microorganisms. This study tested a panel of indicators to evaluate the ecotoxicological impact of pesticides on microbial communities supporting soil and sediment ecosystemic functions. It leads to the development of new tools and ISO standards ready to be used to evaluate the a priori and a posteriori impact of pesticides on the diversity and activity of soil and sediment microorganisms.

National audience; L’évolution du niveau de tolérance des communautés microbiennes aux toxiques etii) des approches focalisant sur les capacités de biodégradation des pesticides organiques par les microorganismes hétérotrophes. De ce fait, nous avons mené un suivi trisannuel (2008 -2011) sur une rivière située dans la zone viticole du Beaujolais afin d’évaluer l’intérêt de ces deux types d’approches pour appréhender les conséquences écologiques de l’interdiction d’utilisation du diuron (effective en décembre 2008). Avant son interdiction, ce composé était le principal herbicide détecté dans le cours d’eau et ce, depuis de nombreuses années. Les résultats de cette étude montrent que l’interdiction d’utilisation du diuron a engendré une diminution du niveau de contamination du cours d’eau se traduisant par une diminution progressive i ) des capacités de tolérance des biofilms phototrophes à ce toxique et ii) des capacités des communautés sédimentaires microbiennes à le dégrader. Les conclusions de cette étude offrent donc des perspectives particulièrement intéressantes en vue de développer des bio-indicateurs d’exposition aux pesticides basées sur les mécanismes d’adaptation microbienne aux pesticides.

International audience; Les Drainages Miniers Acides (DMA), causés par l’exploitation minière, entrainent une pollutionimportante des milieux aquatiques et se caractérisent par la formation d’eaux acides très riches enéléments toxiques. Le Reigous (Gard, France) est un bon exemple de cours d’eau impacté par lesDMA, dont les teneurs en fer et arsenic sont des plus élevées au monde. Plusieurs études ont montréque l’activité bactérienne au sein du Reigous entraine rapidement une diminution importante desconcentrations en fer et arsenic dans l’eau. La compréhension de ce phénomène d’atténuationnaturelle représente donc un enjeu important pour le développement de procédés de traitement desDMA. Dans ce contexte, l’objectif de notre étude est d’améliorer nos connaissances sur l’influence deparamètres biologiques et environnementaux sur la diversité et l’activité des populationsbactériennes responsables de l’élimination de l’arsenic et du fer.Pour cela, des expérimentations en laboratoire ont été mises en œuvre dans le but de reproduire cephénomène d’atténuation naturelle observé sur le terrain. Plusieurs paramètres environnementauxont été testés tels que la température, le temps de résidence, l’oxygénation ou encore l’apport dematière organique. Nos résultats montrent que les paramètres testés influencent significativementles activités bactériennes d’oxydation du fer et de l’arsenic et par conséquent l’efficacitéd’élimination de la pollution dans l’eau. L’augmentation de la température a eu pour effetd’accélérer l’oxydation de l’arsenic (III) et du fer (II) présent dans l’eau alors que l’apport de matièreorganique a inhibé l’oxydation du fer et entrainé la formation de sédiments riche en arsenic (V).L’analyse de la diversité bactérienne, via le séquençage massif des gènes ADNr 16S, nous a permisd’identifier des populations bactériennes spécifiques en fonction des différents paramètres testés.L’analyse de ces résultats met en évidence un lien fort entre la composition bactérienne et l’efficacitéd’élimination du fer et de l’arsenic dans l’eau.En conclusion, les résultats de cette étude ouvrent de nouvelles perspectives de recherche pour ledéveloppement d’un traitement biologique des DMA riches en arsenic et en fer, prenant en comptel’influence de paramètres clés (température, nutriments) sur la composition et l’activité descommunautés bactériennes.

International audience; Changes in agricultural practices related to environmental policies such as the European Water Framework Directive should lead to a decrease in pesticide contamination levels in rivers draining agricultural areas. However, there is still a need for biological tools to evaluate resulting ecological changes, namely to evaluate ecological recovery following the improvement of surface water chemical quality. Accordingly, the main purpose of this study was to assess the relevance of a pollution-induced community tolerance (PICT) approach in natural phototrophic biofilms to estimate microbial community recovery following a decrease in diuron contamination due to the ban of the use of this herbicide on vineyards. To this end, we performed a 3-year field study (2009-2011) in the Morcille River (France), located in the French Beaujolais wine region. This river was frequently contaminated by diuron (among other organic and inorganic pesticides), with increasing concentrations downstream. Following the ban on diuron, imposed in December 2008, a progressive decrease in diuron concentrations was observed in the Morcille River. While the mean annual tolerance levels measured at the low contaminated station remained relatively constant over years, a clear and significant decreasing trend was observed at the medium and high contaminated stations during the survey. This temporal evolution revealed a direct link between a change in agricultural practice due to the ban of diuron and an increase in the sensitivity of phototrophic biofilms to this herbicide. This finding brings further new evidence that PICT has great potential to detect microbial community recovery following chemical restoration due to changes in the agricultural use of pesticides.

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]BELCA; International audience; This special issue of ESPR is focused on microbial ecotoxicology. What is ‘microbial ecotoxicology'? It is a branch of science that studies both (i) the ecological impacts of chemical (synthetic or natural origin) or biological (toxic species) pollution at the microbial scale and on the various functions that they ensure in the ecosystems and (ii) the role of microbial communities in the ecodynamic of the pollutants (source, transfer, degradation, transformation). It is a multidisciplinary scientific endeavor at the crossroad between microbial ecology, microbial toxicology, physics and chemistry (Fig. 1). It responds to an increasing demand worldwide of the politics and society because of the threat on environmental and human health caused by intense anthropogenic activities. In the context of the Anthropocene, microbial ecotoxicology seeks not only to conduct fundamental researches to understand the impact of pollutants on microbial processes and vice versa but also to carry out applied researches to provide tools readily usable by the society to monitor the evolution of the quality of the environment and to restore polluted sites.

P-triketone herbicides : fate and ecotoxicological impact in arable soils and characterization of degrading bacterial strains abstract :This work aims to describe the ecodynamics of synthetic (sulcotrione and mesotrione) and natural (leptospermone) -triketone herbicides and to estimate their ecotoxicological impact on the bacterial community in arable soils. The processes involved in the dissipation of these herbicides (adsorption and biodegradation) have been studied in soil microcosms. Two bacterial strains, Bradyrhizobium sp. SRl able to degrade sulcotrione and mesotrione, and Methylophilus sp. LS1 degrading leptospermone, have been isolated. A bank of 12 ooo mutants of Bradyrhizobium sp. SR1 was established allowing the selection of two Sul•mutants but interrupted genes didn't code for enzymes degrading sulcotrione. The ecotoxicological impact of synthetic (sulcotrione) and natural (leptospermone) triketones on soil bacterial community was estimated using metagenomics and metabolomic tools. Leptospermone transitory modified the diversity and composition of the bacterial community, in accordance with its persistence in soil. Sulcotrione did not modified neither the diversity nor the composition of the bacterial community. The combination of metagenomics and metabolomics is promising for the assessment of ecotoxicological impact of herbicides on soil microorganisms., Ce travail de thèse vise à décrire l'écodynamique d'herbicides -tricétones synthétiques (sulcotrione et mésotrione) et naturel (leptospermone) et à estimer leur impact écotoxicologique sur la communauté bactérienne de sols agricoles. Les processus impliqués dans la dissipation de ces herbicides (adsorption et biodégradation) ont été étudiés dans des microcosmes de sol. Deux souches bactériennes, Bradyrhizobium sp. SRl dégradant la sulcotrione et la mésotrione, et Methylophilus sp. LS1 dégradant la leptospermone ont été isolées. Une banque de 12000 mutants de Bradyrhizobium sp. SRl a été construite et deux mutants Sul• ont été sélectionnés, mais les gènes interrompus ne codent pas pour les enzymes de dégradation de la sulcotrione. L'impact écotoxicologique des tricétones synthétique (sulcotrione) et naturelle (leptospermone) sur la communauté bactérienne du sol a été estimé à l'aide d'outils de métagénomique et de métabolomique. La leptospermone modifie de manière transitoire la diversité et la composition de la communauté bactérienne, en accord avec sa rémanence dans les sols. La sulcotrione ne modifie ni la diversité ni la composition de la communauté bactérienne. La combinaison des approches de métagénomique et de métabolomique est prometteuse pour évaluer l'impact écotoxicologique des herbicides sur les microorganismes du sol

International audience; Changes in agricultural practices related to environmental policies such as the European Water Framework Directive should lead to a decrease in pesticide contamination levels in rivers draining agricultural areas. However, there is still a need for biological tools to evaluate resulting ecological changes, namely to evaluate ecological recovery following the improvement of surface water chemical quality. Accordingly, the main purpose of this study was to assess the relevance of a pollution-induced community tolerance (PICT) approach in natural phototrophic biofilms to estimate microbial community recovery following a decrease in diuron contamination due to the ban of the use of this herbicide on vineyards. To this end, we performed a 3-year field study (2009-2011) in the Morcille River (France), located in the French Beaujolais wine region. This river was frequently contaminated by diuron (among other organic and inorganic pesticides), with increasing concentrations downstream. Following the ban on diuron, imposed in December 2008, a progressive decrease in diuron concentrations was observed in the Morcille River. While the mean annual tolerance levels measured at the low contaminated station remained relatively constant over years, a clear and significant decreasing trend was observed at the medium and high contaminated stations during the survey. This temporal evolution revealed a direct link between a change in agricultural practice due to the ban of diuron and an increase in the sensitivity of phototrophic biofilms to this herbicide. This finding brings further new evidence that PICT has great potential to detect microbial community recovery following chemical restoration due to changes in the agricultural use of pesticides.

Many streams are impacted by metallic pollution. In such ecosystems, microbial communities, which grow preferentially as biofilms, can be affected by these pollutants. However, there is a need to better assess the impact of toxic substances under multi-stress interactions. In this context, the main aim of this work was to evaluate the effect of temperature on biofilm response to copper (Cu) exposure. Accordingly, we addressed the influence of temperature on microbial community sensitivity to Cu on the one hand, and its influence on biofilm exposure to this metal on the other hand. Microcosm experiments were performed under laboratory conditions using biofilms sampled in winter or summer. This work allowed us to set up new methodological developments, which were applied to improve the protocols used to measure (i) Cu tolerance levels of biofilm microbial communities and (ii) Cu bioaccumulation in biofilms. Results showed that temperature could modulate structural and functional effects of Cu on biofilms, notably due to a decrease in Cu bioaccumulation at higher temperatures. In addition, our findings indicate that temperature increase could influence the sensitivity of microbial communities to Cu, whether they have been previously chronically exposed (PICT) or not to this metal. Nonetheless, temperature effects on biofilms varied among experiments, revealing that the influence of temperature on the effects of Cu on microbial biofilms depends on many parameters, such as the initial composition of communities, the level of the applied stresses (temperature and Cu), the microbial compartment studied (i.e. phototrophic or heterotrophic), or the measured functional parameters; De nombreux cours d’eau sont exposés aux polluants métalliques. Dans ces milieux, les communautés microbiennes structurées sous forme de biofilms peuvent être affectées par ces polluants. Or, une des questions prégnantes en écotoxicologie concerne l’évaluation des impacts toxiques dans le cas de combinaisons multi-stress. Dans ce contexte, l’objectif principal de ce travail était d’évaluer l’influence de la température sur la réponse du biofilm à une exposition au cuivre (Cu). Cet objectif a été abordé en considérant l’influence de la température, d’une part, sur la sensibilité des communautés au Cu, et d’autre part, sur l’exposition des communautés de biofilm à ce métal. Ces travaux ont été réalisés en microcosmes de laboratoires et menés sur des biofilms prélevés à différentes saisons. Nous avons tout d’abord optimisé les protocoles utilisés pour mesurer i) les niveaux de tolérance des communautés au Cu et ii) la bioaccumulation du Cu dans les biofilms. Les résultats des expérimentations ont révélé que la température pouvait moduler l’impact structural et fonctionnel du Cu sur les biofilms, du fait notamment d’une diminution de la bioaccumulation aux plus fortes températures. En complément, les résultats ont mis en évidence l’influence d’une hausse de la température sur la sensibilité des communautés au Cu, qu’elles aient été préalablement exposées (PICT) ou non à ce métal. Cependant, nous avons observé que les effets de la température sur la réponse du biofilm étaient variables d’une étude à l’autre, suggérant une influence de nombreux paramètres, tels que la composition initiale de la communauté, les niveaux de stress appliqués (température et Cu), le compartiment microbien étudié (phototrophe ou hétérotrophe), ou les fonctions considérées

L’insecticide chlordécone appliqué pendant plusieurs décades dans les bananeraies contamine environ 20 000 hectares de sols arables dans les Antilles. Bien que l’impact de nombreux pesticides sur les microorganismes du sol ait été étudié, l’écotoxicité du chlordécone n’a jamais été évaluée. Afin d’y remédier, nous avons évalué son écotoxicité sur deux sols agricoles (l’un sableux et l’autre limoneux) exposés à différentes concentrations de chlordécone (D0, contrôle; D1 and D10, 1- et 10-fois la dose agronomique). Le devenir du chlordécone a été évalué en établissant le bilan de masse du 14C-chlordécone. L’impact écotoxicologique du chlordécone sur l’abondance (qPCR taxon spécifique), la structure (empreinte génétique A-RISA) et l’activité catabolique (radiorespirométrie) de la communauté bactérienne a été évalué. Dans les deux sols, les fractions minéralisée et soluble du 14C-chlordécone étaient les plus faibles représentant à elles deux moins de 5% de la quantité initiale de 14C-chlordécone. La plupart du chlordécone était dans la fraction extractible (75% de la quantité initiale de 14C), le restant formant des résidus liés. Toutes les mesures des paramètres microbiens ont permis de discriminer les deux sols. L’exposition au chlordécone n’a pas affecté la structure génétique de la communauté bactérienne, toutefois dans le sol sableux, elle a significativement modifié l’abondance de groupes bactériens (-, - proteobacteries, Planctomycetes and Bacteroidetes) et l’activité catabolique (minéralisation du 14C- acétate de sodium) de la communauté bactérienne. Ces résultats montrent que l’exposition au chlordécone modifie l’abondance de groupes bactériens et l’activité catabolique de la communauté bactérienne, révélant la toxicité microbienne de cet organochloré.

National audience; L’utilisation de pesticides permet d’assurer la qualité de la production végétale mais elle contribue à la contamination des sols et des eaux et produit des effets sur des organismes noncibles. L’évaluation des risques requièrent actuellement une meilleure prise en compte des effets des pesticides sur le fonctionnement des écosystèmes. Or, les démarches et indicateurs classiques manquent de représentativité écologique. La fonction microbienne de biodégradation des pesticides est essentielle car elle limite des leur persistance dans les sols. Pourtant l’impact écotoxicologique de contaminations avec de multiples pesticides sur la biodégradation microbienne des pesticides et d’autres activités microbiennes des cycles du carbone et de l’azote n’est pas documenté. Dans le but d’explorer ces questions, une expérimentation en microcosmes a été mise en place sur 3 types de sols (sableux, limoneux et argileux) traités ou non (contrôle) avec soit du glyphosate, du tebuconazole, du dimetomorphe ou soit un mélange des trois pesticides (aux doses agronomiques). Des analyses ont été réalisées pour décrire le devenir des pesticides et définir le scénario d’exposition des communautés microbiennes. D’autres ont été conduites pour évaluer l’impact de la contamination par ces pesticides sur i) l’abondance (qPCR) et l’activité de biodégradation microbienne (radiorespirométrie); ii) des activités enzymatiques extracellulaires (AEE), et iii) l’activité de nitrification potentielle et l’abondance de la communauté nitrifiante (qPCR). Les principaux résultats de cette étude seront présentés lors de cette conférence.

L’utilisation de pesticides permet d’assurer la qualité de la production végétale mais elle contribue à la contamination des sols et des eaux et produit des effets sur des organismes noncibles. L’évaluation des risques requièrent actuellement une meilleure prise en compte des effets des pesticides sur le fonctionnement des écosystèmes. Or, les démarches et indicateurs classiques manquent de représentativité écologique. La fonction microbienne de biodégradation des pesticides est essentielle car elle limite des leur persistance dans les sols. Pourtant l’impact écotoxicologique de contaminations avec de multiples pesticides sur la biodégradation microbienne des pesticides et d’autres activités microbiennes des cycles du carbone et de l’azote n’est pas documenté. Dans le but d’explorer ces questions, une expérimentation en microcosmes a été mise en place sur 3 types de sols (sableux, limoneux et argileux) traités ou non (contrôle) avec soit du glyphosate, du tebuconazole, du dimetomorphe ou soit un mélange des trois pesticides (aux doses agronomiques). Des analyses ont été réalisées pour décrire le devenir des pesticides et définir le scénario d’exposition des communautés microbiennes. D’autres ont été conduites pour évaluer l’impact de la contamination par ces pesticides sur i) l’abondance (qPCR) et l’activité de biodégradation microbienne (radiorespirométrie); ii) des activités enzymatiques extracellulaires (AEE), et iii) l’activité de nitrification potentielle et l’abondance de la communauté nitrifiante (qPCR). Les principaux résultats de cette étude seront présentés lors de cette conférence.

International audience; Chronic, non-lethal stressors occurring gradually (in space or time) can result in cumulative impacts that are more dramatic than higher intensities or occasional critical levels of any single one of these stressors. The negative effects of the chronic stressors trigger lasting impacts that may grow in intensity and become problematic over time and/or to higher trophic levels. In rivers, aquatic organisms experience this type of cumulative stress along the up- to downstream gradient in natural and anthropogenic contaminants generally observed in inhabited watersheds. Diatoms are a major component of the periphyton in rivers; their richness and diversity in natural communities are directly related to their varied ecological preferences and sensitivity to disturbance. In this study, we monitored from 2003 to 2008 the changes in the diversity of taxonomic and non-taxonomic features along a small river (Riou-Mort, South West France), at three sites: one site upstream considered as a reference for this watershed, one intermediate site with high nutrient load, and one downstream site exposed to both nutrient and metal pollution. The cumulative impacts of nutrients plus metals led to a gradual decrease in species richness and diversity, and in a potential capacity to cope with additional stresses, e.g. climate change-related ones. This is reflected by a decrease in species richness downstream, more dramatic in the hot summer of 2003 than in cooler summers. With the increasingly protective environmental regulations (e.g. Water Framework Directive in Europe), accumulation of stresses on aquatic resources are recommended to receive increasing attention, in particular considering the expected changes in climate.

Manufactured metallic nanoparticles (NPs) are emerging pollutants of soils due to their increasing utilization in numerous commercial products (cosmetics, food, paint…). In vitro studies have demonstrated NPs toxicity on microorganisms but data are still scarce on the fate and ecotoxicity of these contaminants in soils. The objective of this thesis was to assess the influence of soil properties on (i) the physicochemical characteristics and the transport of NPs, and (ii) on the NPs toxicity on soil microbial communities, especially on microbial functional groups involved in carbon and nitrogen cycles. This work highlighted that soil properties influenced the aggregation and the surface charges of titanium dioxide NPs (TiO2-NPs) and copper oxide NPs (CuO-NPs). In the six agricultural soils studied, we observed a very low transport of the two NPs in a soil column experiment. We observed a low toxicity of TiO2-NPs for soil microbial communities, except in a silty-clay soil with a high organic matter content. In this soil, microbial activities (soil respiration, nitrification and denitrification) and nitrifier abundances were strongly decreased and archaeal and bacterial community structure were altered after 90 days of exposure. Furthermore in this soil, we observed decreases of nitrification activity, even for very low TiO2-NPs concentrations (0.05 mg kg-1) which were explained by a high sensitivity of ammonia-oxidizing archaea (AOA) involved in this process. Additional studies in soil columns demonstrated that chronic contamination with TiO2-NPs caused more deleterious effects on nitrification than acute contamination, Les nanoparticules métalliques manufacturées (NPs) sont des polluants émergents dont la concentration augmente dans les sols en raison de leur utilisation croissante dans de nombreux produits commerciaux de la vie courante (cosmétiques, aliments, peintures…). Des études in vitro ont montré la toxicité des NPs pour les microorganismes, mais il existe encore peu de données sur l'écotoxicité et le devenir de ces contaminants dans les sols. L'objectif de cette thèse est donc d'évaluer l'influence des paramètres abiotiques du sol sur (i) les caractéristiques physico-chimiques et le transfert des NPs, et (ii) sur la toxicité des NPs pour les communautés microbiennes du sol, en particulier pour des groupes fonctionnels microbiens impliqués dans le cycle du carbone et de l'azote. Nous avons mis en évidence que les propriétés du sol influençaient l'agrégation et la charge de surface des NPs de dioxyde de titane (TiO2) et d'oxyde de cuivre (CuO). Dans les six sols agricoles étudiés, nous avons observé un transport très faible des NPs testées lors d'une expérimentation en colonnes de sols. Nous avons mis en évidence une absence de toxicité des NPs de TiO2 sur les communautés microbiennes, sauf dans un sol limono-argileux à forte teneur en matière organique. Dans ce sol, des effets négatifs ont été observés après 90 jours d'exposition sur les activités microbiennes, sur l'abondance des microorganismes nitrifiants et la diversité des bactéries et des archées. Des études complémentaires en colonnes de sol, ont permis de mettre en évidence des effets délétères des NPs plus importants que la nitrification lors d'une contamination chronique au TiO2 que lors d'une contamination aigüe

International audience; Water resources and aquatic ecosystems are an essential concern of any policy for sustainable development. In the context of the European Water Framework Directive, which aims to achieve good chemical and ecological status of waters, the herbicide diuron was banned in France in December 2008. In lotic ecosystems, benthic microbial assemblages are considered as useful potential indicators of ecological status because they integrate the effects of multiple anthropogenic disturbances and have strong capacities to adapt to novel environmental conditions. Field studies have thus revealed that in situ diuron exposure can induce microbial adaptation leading to an increase in diuron biodegradation potential of sediment microbial communities. It suggests that microbial biodegradation capacities can represent a powerful ecological indicator for monitoring spatio-temporal variations in pesticide contamination and evaluating associated ecological effects. The aim of this study was thus to evaluate the use of freshwater sediment biodegradation potential as an ecological indicator for monitoring microbial recovery following a decrease in chronic pesticide exposure. For this purpose, a four-year case study (2008–2011) was conducted in a small stream (Morcille river) long exposed to high diuron concentrations, increasing from upstream to downstream. Our results show that the ban on diuron resulted in a progressive decrease in its concentrations in the Morcille river over the survey period. The decrease in the level of chronic diuron exposure in the river caused a fall in sediment diuron-mineralizing capacities, assessed by radiorespirometry using [ring-U-14C] diuron. It thus revealed a corresponding recovery of microbial communities, showing that the use of freshwater sediment biodegradation potential may be useful for assessing microbial recovery after a decrease in chronic exposure to pollutants, opening prospects for developing a new class of ecological indicator to monitor the recovery of biological quality of water resources.

National audience; L’utilisation quasi généralisée de pesticides dans de nombreuses cultures permet d’assurer une certaine qualité de la production végétale mais elle a des conséquences environnementales causant la contamination des eaux de surface, notamment les rivières circulant dans les agrosystèmes. Suite à l’exposition répétée aux pesticides, une fraction de la microflore est capable de s’adapter pour les dégrader conduisant à la mise en place de la biodégradation accélérée, un processus intéressant du point de vue environnemental parce qu’il diminue la persistance des pesticides dans l’environnement. La biodégradation accélérée peut avoir lieu dans les sols mais également dans les sédiments de rivière régulièrement contaminés par des pesticides. D’après nos connaissances, l’impact ecotoxicologique de la contamination par de multiples résidus de pesticides sur l’activité de dégradation de la communauté microbienne de sédiments adaptée à la biodégradation n’est pas documenté. Dans le but d’explorer cette question, nous avons mis en place une expérimentation à partir d’échantillons de sédiments collectés dans la Morcille (Beaujolais, France) connus pour présenter une microflore adaptée à la biodégradation accélérée de l’atrazine, du diuron et du 2,4-D. Ces sédiments ont été traités ou non (contrôle) avec soit du glyphosate, du tebuconazole, du dimetomorphe ou soit un mélange des trois pesticides (4 réplicats par traitement). Des échantillons de sédiments ont alors été prélevés à des intervalles réguliers pour évaluer l’impact de la contamination par ces pesticides sur l’abondance et l’activité des communautés microbiennes dégradant l’atrazine, le 2,4-D et le diuron. (i) L’activité de ces communautés a été évaluée par radiorespirométrie, en mesurant l’aptitude de la microflore des sédiments à minéraliser le 14C-atrazine, le 14C-2,4-D et le 14C-diuron. (ii) L’abondance des communautés bactériennes dégradant ces molécules a, quant à elle, été mesurée en extrayant l’ADN des sédiments afin de réaliser des PCR quantitatives sur les gènes codant les enzymes responsables de la dégradation de l’atrazine (atzA/trzN), du 2,4-D (tfdA), et du diuron (puhA/puhB). Les premiers résultats obtenus dans cette étude sont présentés.

International audience; Stream and lake ecosystems in agricultural watersheds are exposed to fungicide inputs that can threaten the structure and functioning of aquatic microbial communities. This research analyzes the impact of the triazole fungicide tebuconazole (TBZ) on natural biofilm and plankton microbial communities from sites presenting different degrees of agricultural contamination. Biofilm and plankton communities from less-polluted (LP) and polluted (P) sites were exposed to nominal concentrations of 0 (control), 2 and 20 μg TBZ L-1 in 3-week microcosm experiments. Descriptors of microbial community structure (bacterial density and chlorophyll-a concentration) and function (bacterial respiration and production and photosynthesis) were analyzed to chart the effects of TBZ and the kinetics of TBZ attenuation in water during the experiments. The results showed TBZ-induced effects on biofilm function (inhibition of substrate-induced respiration and photosynthetic activity), especially in LP-site communities, whereas plankton communities experienced a transitory stimulation of bacterial densities in communities from both LP and P sites. TBZ attenuation was stronger in biofilm (60-75%) than plankton (15-18%) experiments, probably due to greater adsorption on biofilms. The differences between biofilm and plankton responses to TBZ were likely explained by differences in community structure (presence of extracellular polymeric substances (EPS) matrix) and microbial composition. Biofilm communities also exhibited different sensitivity levels according to their in-field pre-exposure to fungicide, with P-site communities demonstrating adaptation capacities to TBZ. This study indicates that TBZ toxicity to non-targeted aquatic microbial communities essentially composed by microalgae and bacteria was moderate, and that its effects varied between stream and lake microbial communities.

International audience; Diuron was found to be mineralized in buffer strip soil (BS) and in the sediments (SED) of the Morcille river in the Beaujolais vineyard repeatedly treated with this herbicide. Enrichment cultures from BS and SED samples led to the isolation of three bacterial strains transforming diuron to 3,4-dichloroaniline (3,4-DCA) its aniline derivative. 16S rRNA sequencing revealed that they belonged to the genus Arthrobacter (99% of similarity to Arthrobacter globiformis strain K01-01) and were designated as Arthrobacter sp. BS1, BS2 and SED1. Diuron-degrading potential characterized by sequencing of the puhA gene, characterizing the diuron-degradaing potential, revealed 99% similarity to A. globiformis strain D47 puhA gene isolated a decade ago in the UK. These isolates were also able to use chlorotoluron for their growth. Although able to degrade linuron and monolinuron to related aniline derivatives they were not growing on them. Enrichment cultures led to the isolation of a strain from the sediments entirely degrading 3,4-DCA. 16S rRNA sequence analysis showed that it was affiliated to the genus Achromobacter (99% of similarity to Achromobacter sp. CH1) and was designated as Achromobacter sp. SP1. The dcaQ gene encoding enzyme responsible for the transformation of 3,4-DCA to chlorocatechol was found in SP1 with 99% similarity to that of Comamonas testosteroni WDL7. This isolate also used for its growth a range of anilines (3-chloro-4-methyl-aniline, 4-isopropylaniline, 4-chloroaniline, 3-chloroaniline, 4-bromoaniline). The mixed culture composed of BS2 and SP1 strains entirely mineralizes 14C-diuron to 14CO2. Diuron-mineralization observed in the enrichment culture could result from the metabolic cooperation between these two populations.

International audience; The general use of pesticides in various crops allows ensuring the quality of the crop production but has environmental impact, pesticide residues being often found in water resources, notably river in the agrosystems. As a result of repeated exposure to pesticides microorganisms can adapt to their degradation being responsible for enhanced degradation, an environmental friendly process diminishing the persistence of pesticide residues in the environment. This process can occur in the soil but also in the sediment of the river regularly exposed to pesticide contamination. To our best knowledge the ecotoxicological impact of multiple pesticides contamination on the degrading activity of microbial community of river sediment adapted to enhance biodegradation is not documented. In order to explore this question, we established an experiment using a sediment collected in the Morcille river (Beaujolais, France) known to harbor a microbial community adapted to the enhanced biodegradation of atrazine, 2,4-D and diuron. This sediment was either treated with glyphosate, or tebuconazole, or dimetomorphe or a mixture of these three pesticides or not treated (control) (four replicates per treatment). Samples were regularly collected to estimate the impact of pesticide contamination on (i) the ability of the microbial activity of the sediment to mineralize atrazine, 2,4-D and diuron by radiorespirometry and (ii) the abundance of atrazine, 2,4-D and diuron pesticidedegrading community was monitored by quantitative PCR targeting atzA/trzN, tfdA, and puhA/puhB genes using as template DNA extracted from the sediments. The results of this study will be presented and a first conclusion is that pesticide biodegradation potential of river sediment could constitute an interesting microbial functional bioindicator of pesticide effects. Acknowledgment: This work was funded by the APR Pesticide 2011 of the French Ministry of Environment within the framework of the Ecophyto program.

These experiments are part of the actual problematic of understanding the poorknown effects of pesticides mixtures in soil ecosystem. The herbicidal commercial formulations of S-metolachlor (Dual Gold Safeneur®), mesotrione (Callisto®) and nicosulfuron (Milagro®) were applied in mixtures at the recommended field rate. Formulated compounds are more toxic than active ingredients alone (Microtox®) and no synergistic or antagonistic effects were recorded. However, these mixtures impaired rapidly and transitory the Limagne soil microbial communities, without modifying the global parameters of structure and abundance. Effects were also recorded on sensitive communities, such as phototrophic, nitrifying and denitrifying communities. A comparison of mixtures effects on phototrophic communities from two soils underlined the high toxicity of Dual Gold Safeneur® and challenged its use from an ecotoxicological point of view.., Ces travaux s’inscrivent dans une problématique actuelle de compréhension des effets, encore peu connus, des mélanges de pesticides dans le sol. Les formulations d’herbicides S-métolachlore (Dual Gold Safeneur®), mésotrione (Callisto®) et nicosulfuron (Milagro®) ont été appliquées en mélanges et à la dose agronomique recommandée. Les molécules formulées sont plus toxiques que les molécules actives seules (Microtox®) et aucun effet synergique ou antagoniste des mélanges n’a été observé. Cependant, ces mélanges impactent transitoirement et à court terme les communautés microbiennes du sol de Limagne, sans modifier les paramètres généraux de structure et d’abondance. Toutefois, des effets ont été mis en évidence sur des communautés sensibles telles que les phototrophes ou celles impliquées dans les processus de nitrification et de dénitrification. De plus, une comparaison des effets des mélanges sur les communautés phototrophes de deux sols souligne l’importante toxicité du Dual Gold Safeneur® et remet en cause son utilisation d’un point de vue écotoxicologique.

Les dernières évolutions réglementaires incitent les agriculteurs à diminuer le recours aux pesticides mais les pratiques agricoles en dépendent encore largement. Les conséquences environnementales de l’application de pesticides sont constatées par la détérioration de la qualité des masses d’eau. L’impact de la contamination des agrosystèmes par des résidus chimiques sur les fonctions remplies par la biodiversité reste peu décrit. Le projet IMPEC vise à développer des méthodes pour évaluer l’impact produit par des pesticides sur les communautés microbiennes terrestres et aquatiques ainsi que sur les fonctions écosystémiques qu’elles assurent.

National audience; Les Journées d’Ecotoxicologie Microbienne, organisées à Lyon du 20 au 22 mars 2013, avaient pour objectifs de réunir pour la première fois les chercheurs traitant de cette thématique afin i) de dresser un état des lieux des forces en présence dans ce domaine à l’échelle nationale, et ii) d’engager une réflexion collective quant à ses évolutions futures. Rassemblant une quarantaine de chercheurs représentant plus de 25 laboratoires répartis sur toute la France, elles ont permis, à partir d’une enquête web menée au préalable auprès des chercheurs, d’une étude bibliométrique et d’une démarche participative innovante (de type «world café»), d'identifier dans un premier temps les principaux enjeux de la thématique d'Ecotoxicologie Microbienne. Ceux-ci ont été regroupés en quatre catégories (sociétale, scientifique, d’interface, organisationnelle). Sur la base de ces enjeux, les chercheurs ont collectivement définis des objectifs à atteindre en hiérarchisant les pistes d'actions à mettre en ½uvre pour y parvenir. Si certains de ces enjeux, objectifs et pistes d’action sont spécifiques à l’écotoxicologie microbienne, d’autres sont tout à fait transférables aux différents domaines de l’Ecologie Microbienne. Nous nous proposons donc de présenter ici les objectifs, la démarche et les principales conclusions de ces journées.

National audience; Les Journées d’Écotoxicologie Microbienne, organisées à Lyon du 20 au 22 mars 2013, avaient pour objectifs de réunir pour la première fois les chercheurs traitant de cette thématique afin i) de dresser un état des lieux des forces en présence dans ce domaine à l’échelle nationale, et ii) d’engager une réflexion collective quant à ses évolutions futures. Rassemblant une quarantaine de chercheurs représentant plus de 25 laboratoires répartis sur toute la France, elles ont permis, à partir d’une enquête web menée au préalable auprès des chercheurs, d’une étude bibliométrique et d’une démarche participative innovante (de type «world café»), d'identifier dans un premier temps les principaux enjeux de la thématique d'Écotoxicologie Microbienne. Ceux-ci ont été regroupés en quatre catégories (sociétale, scientifique, d’interface, organisationnelle). Sur la base de ces enjeux, les chercheurs ont collectivement définis des objectifs à atteindre en hiérarchisant les pistes d'actions à mettre en œuvre pour y parvenir. Si certains de ces enjeux, objectifs et pistes d’action sont spécifiques à l’écotoxicologie microbienne, d’autres sont tout à fait transférables aux différents domaines de l’Écotoxicologie. Nous nous proposons donc de présenter ici les objectifs, la démarche et les principales conclusions de ces journées.