Thèse Coalescence Microbienne dans les Anthrosols Urbains Sous Pressions Fécales et Chimiques H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Claude Bernard Lyon 1 École doctorale : E2M2 - Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation Laboratoire de recherche : LEM - ÉCOLOGIE MICROBIENNE Direction de la thèse : Benoit COURNOYER ORCID 0000000260314621 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-09T23:59:59 Les environnements urbains sont soumis à des pressions multiples, notamment des contaminations chimiques et fécales. Les anthrosols urbains, sols superficiels s'accumulant sur les infrastructures urbaines (voiries, trottoirs, fissures, interstices, arbres de ville), constituent des milieux où coalescent des microbiomes d'origines multiples dont ceux des sols, de la végétation, des matières fécales, poussières, et déchets. Ces microbiomes participent aux cycles biogéochimiques urbains, notamment à la transformation des polluants organiques, mais les interactions entre gradients de contamination chimique, signatures de contamination fécale, structuration des communautés microbiennes et opportunités d'invasion par des taxons exogènes demeurent largement incomprises.
Parmi ces pressions anthropiques, la contamination aux hydrocarbures, issue du trafic routier, des activités industrielles et du chauffage, présente une hétérogénéité spatiale influencée par les politiques d'aménagement, la nature des surfaces et les dynamiques hydrologiques. Des travaux récents de l'équipe d'accueil ont permis de cartographier finement les gradients de HAPs dans les anthrosols urbains et de montrer que certains composés, tels que le benzo[ghi]pérylène, agissent comme filtres écologiques capables de restructurer les réseaux microbiens. Par ailleurs, la présence de pathogènes opportunistes tels que Pseudomonas aeruginosa et P. paraeruginosa, dont certaines souches peuvent utiliser les hydrocarbures comme sources de carbone, suggère que ces contaminants pourraient co-sélectionner des fonctions de dégradation et des traits favorisant l'établissement de microorganismes pathogènes.
Le projet de thèse repose sur l'hypothèse centrale que les contaminations chimiques et fécales agissent comme moteurs de coalescence microbienne, en structurant les microbiomes des anthrosols et en créant des niches écologiques propices à la colonisation et à la persistance de microorganismes opportunistes, avec des implications potentielles en santé publique.
Pour tester cette hypothèse, une approche intégrative combinant écologie microbienne, métagénomique et analyses fonctionnelles sera développée durant cette thèse selon deux axes complémentaires : (1) étude de la coalescence et persistance des microbiotes fécaux dans les anthrosols urbains inférées par approches meta-barcoding et diagnostics PCR; (2) caractérisation de l'exposome microbien des anthrosols urbains par métagénomique comparative. Ce projet permettra de relier, pour la première fois dans ces systèmes, contamination chimique, contamination fécale, coalescence microbienne et opportunités d'invasion des anthrosols urbains par des bactéries exogènes, ouvrant de nouvelles perspectives pour la compréhension des risques écologiques et sanitaires associés à l'expansion des mondes urbains. Contextualisation: Ce projet de thèse propose une approche intégrative visant à comprendre comment les contaminations fécales et chimiques façonnent la structure, les fonctions et le potentiel invasif des microbiomes bactériens des anthrosols urbains, en combinant analyses chimiques, écologie microbienne, métabarcoding, métagénomique comparative et validation expérimentale. Dans ce cadre, ce travail repose sur l'hypothèse centrale que les contaminations chimiques et fécales agissent comme moteurs de coalescence microbienne, en structurant les microbiomes des anthrosols et en créant des niches écologiques propices à la colonisation et à la persistance de microorganismes opportunistes, avec des implications potentielles en santé publique.Le projet sera structuré en deux tâches :
Tâche 1 : Coalescence et persistance des microbiotes fécaux dans les anthrosols urbains inférées par approches meta-barcoding et diagnostics qPCR
Objectif : Analyser l'origine des communautés bactériennes fécales (humaine, domestique, sauvage) des anthrosols urbains par approche de source tracking et mettre en relation ces dynamiques avec les gradients de HAPs
Question scientifique : Les gradients de pollution influencent-ils la coalescence microbienne et la colonisation des anthrosols urbains par des bactéries d'origine fécale ?

Tâche 2 : Décrypter l'exposome microbien des anthrosols urbains par métagénomique
Objectif : Caractériser la structure taxonomique et fonctionnelle des microbiomes bactériens des anthrosols par métagénomique comparative, analyser les réseaux de co-occurrence et les MAGs (Metagenome-Assembled Genomes) afin de déterminer si les gradients d'HAPs favorisent la co-sélection de bactéries d'origine fécale, de voies de dégradation des polluants, de déterminants de virulence et de traits associés au potentiel invasif.
Question scientifique : Le structuration de l'exposome microbien des anthrosols urbains est-elle déterminée par les gradients de HAPs et de contamination fécale, et s'accompagne-t-elle d'un enrichissement en gènes de stress, de dégradation des polluants et de traits de virulence?

Objectif général:
Comprendre comment les contaminations fécales et chimiques, en particulier les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs), interagissent pour structurer les microbiomes bactériens des anthrosols urbains, favoriser la coalescence de communautés d'origines multiples et créer des niches écologiques propices à l'établissement de bactéries pathogènes.

Objectifs spécifiques
(1) Évaluer les biais de distribution des bactéries d'origine fécale le long des gradients de contamination chimique des anthrosols urbains. Identifier et quantifier les signatures bactériennes d'origine humaine, animale domestique ou sauvage, et déterminer comment leur abondance, leur viabilité (PMA) et activité transcriptionnelle (ARN/cDNA), varient en fonction des concentrations en HAPs et des paramètres physico-chimiques des surfaces urbaines.
(2) Caractériser l'exposome microbien des anthrosols urbains via l'analyse métagénomique. Caractériser la structure taxonomique et fonctionnelle des microbiomes bactériens par métagénomique comparative, analyser les réseaux de co-occurrence et les MAGs (Metagenome-Assembled Genomes), et déterminer si les gradients d'HAPs favorisent la co-sélection de bactéries d'origine fécale, de voies de dégradation des hydrocarbures, de réponses aux stress, de déterminants de virulence et de traits associés au potentiel invasif.
(3) Valider expérimentalement les mécanismes d'acclimatation aux stress urbains. À partir de prélèvements d'anthrosols, vérifier l'occurrence et l'expression des gènes de voies métaboliques impliquées dans l'adaptation aux HAPs et à d'autres stress urbains par analyses d'ADN, PMA-ADN, ARN/cDNA environnementaux. Isoler des taxons bactériens clés enrichis dans les anthrosols, incluant des formes opportunistes d'intérêt sanitaire, puis valider expérimentalement leurs capacités de croissance et résistance face aux stress urbains identifiés (e. g. HAPs). Vérifier les potentiels infectieux à l'aide d'approches de culture, de phénotypage fonctionnel, et d'analyses d'expression génique.
Tâche 1 / Méthodes et résultats attendus : Ce travail s'appuiera sur un design expérimental établi dans le cadre d'un projet ANR intitulé « CityBioHazards » (https://anr.fr/Project-ANR-22-CE34-0016). Ce design permet un repositionnement des zones de prélèvement d'anthrosols de la ville de Lyon selon les typologies urbaines (densité, bâtis, types d'activités, etc), spécificités des points échantillonnés (anthrosols des bordures de route, de trottoirs, crevasses des surfaces imperméabilisées ou interstices entre pavés), et des périodes de prélèvement (saison, pluviométrie, température). Ce travail de thèse bénéficiera de librairies de séquences d'amplicons des gènes du 16S rRNA et tpm obtenues selon les travaux précédents de l'équipe dont Bouchali et al. (2024) et en cours (Schwob et al. 2026, en cours d'évaluation - J. Hazardous Materials) pour les points échantillonnés. Le doctorant poursuivra la production de séquences d'amplicons pour permettre la confrontation entre ces librairies et celles à obtenir pour des matières fécales de diverses espèces animales retrouvées en ville dont l'Homme, les chiens, chats, rongeurs, pigeons, et autres espèces. Ces matières fécales ont été collectées en partenariat avec les services de l'école vétérinaire de Lyon et seront disponibles au démarrage du projet. Suite à la production des séquences d'amplicons, les pipelines d'analyses informatiques de ces librairies seront utilisés comme indiqués précédemment (Dominguez-Lage et al., 2025; Pozzi et al., 2024). Ces pipelines permettront d'établir les listes d'ASV (amplicon sequence variants) des différents prélèvements, et d'évaluer les taux de contributions des ASV d'origine fécale dans les librairies obtenus pour les anthrosols en fonction des variables de terrain dont les concentrations en HAP. De plus, ces ASV pourront être taxonomiquement assignés et regroupés au niveau genre (marqueur 16S rRNA gene) ou espèce (tpm) pour affiner ces analyses de biais de distribution. Sur un sous-ensemble d'échantillons, des approches PMA qPCR et d'expression via l'analyse d'ARN/cDNA environnementaux permettront de préciser les populations viables et transcriptionnellement actives de certains taxons inférés par meta-barcoding.

Tâche 2 / Méthodes et résultats attendus: Les extraits d'ADN de sites sélectionnés selon un gradient contrasté de contamination chimique et de contribution fécale (Tâche 1) feront l'objet de séquençage métagénomique dense (25 Gb par échantillon afin d'optimiser la reconstruction de MAGs incluant des populations rares). Les séquences seront ensuite analysées via un pipeline interne (MetaBAT2 + DAS Tool + CheckM2 + GTDB-Tk + dRep) développé dans le cadre du projet ANR intitulé « CityBioHazards » et s'appuyant sur les articles fondateurs du domaine (Chaumeil et al., 2020; Chklovski et al., 2023; Kang et al., 2019; Olm et al., 2017; Sieber et al., 2018). Ce pipeline permettra au doctorant de générer des contigs et MAGs (Metagenome-Assembled Genomes). Ces contigs seront confrontés aux diverses bases de données pour inférer leur origine et rôle fonctionnel. Les taux de catégories de COG (clusters of orthologous genes), les voies métaboliques, les déterminants de virulence et les gènes associés à la réponse aux stress seront comparés en fonction des concentrations en HAPs et les taux de coalescence de taxons d'origine fécale (inférée par FEAST ; tâche 1). L'exposome microbien des anthrosols en fonction des typologies sera déduit. Une cartographie spatiale des gradients de contraintes écologiques et des signatures adaptatives des microbiomes sera réalisée.
La phylogénomique des voies métaboliques majeures de l'adaptation aux HAP (et potentiellement d'autres variables) sera analysée et les micro-organismes enrichis seront inférés. Des campagnes complémentaires de collecte d'anthrosols seront mises en place sur les sites enrichis. Les ADN (traités et non-traités au PMA pour évaluer la viabilité) et les ARN (cDNA) de ces anthrosols seront extraits. Des tests qPCR d'occurrence et d'expression des principales voies de résistance aux polluants urbains (HAP ; dioxygénases, monooxygénases) et autres paramètres clés (e. g. résistance aux chocs thermiques) seront effectués. Certaines souches bactériennes seront isolées et séquencées pour vérifier les MAGs obtenus ainsi que leurs capacités à se développer dans les conditions inférées par l'analyse de ces exposomes microbiens.

étudiant ayant un master 2 avec socle de compétences solides en écologie microbienne et microbiologie; compétences en microbiologie générale, physiologie microbienne, écotoxicologie, écologie microbienne, écologie générale, bio-statistique et bio-informatiques.