Caractérisation et étude de la motilité et du phototactisme de Chlamydomonas reinhardtii et Euglena gracilis exposées à différentes intensités lumineuses

Abstract

Ce mémoire a été réalisé par Alain Gervasi et s’intéresse à la caractérisation et étude de la motilité et du phototactisme de Chlamydomonas reinhardtii et Euglena gracilis exposées à différentes intensités lumineuses. Il a été réalisé en 2022 au BotaBotLab sous la supervision de Pierre Cardol (laboratoire de génétique et physiologie des microalgues) et du Professeur Patrick E. Meyer (laboratoire de biologie des systèmes).

Ce travail a consisté à développer des outils informatiques d’analyse en temps réel de la motilité d’organismes unicellulaires flagellées tels que C. reinhardtii ou E. gracilis en employant un microscope automatique précédemment développé au laboratoire. Des souches sauvages cultivées sous une lumière de 100 µE/m².s ont été observées pour permettre de développer et calibrer les logiciels d’analyse d’image en temps réel nécessaires à l'obtention de mesures quantitatives de morphologie et motilité. La bibliothèque d'analyse d’image open source OpenCV a été employée pour effectuer un prétraitement automatique des images et en extraire les caractéristiques principales (nombre de cellules, forme, taille, couleur, direction et vitesse de déplacement, …).

Une attention particulière a été portée pour limiter les erreurs de mesures en développant des stratégies capables de corriger certains biais. Le logiciel est ainsi capable d’ignorer les corps étrangers flottant dans le liquide ainsi que les cellules hors du plan focal ou formant des agrégats. Il est également en mesure de quantifier un éventuel courant entraînant les algues dans une direction préférentielle (généralement en raison des mouvements de convection dans le liquide) et de soustraire ce dernier aux vecteurs de déplacement mesuré. Enfin, il est capable de différencier et calculer la proportion de cellules motiles et non motiles et de n’inclure que les cellules motiles dans les calculs de vitesse moyenne. Ces données permettront de mieux caractériser les organismes étudiés au laboratoire en apportant de nouveaux paramètres inédits qui compléteront les mesures biochimiques et biophysiques actuellement utilisées. Un système permettant d’étudier le gravitaxie et phototactisme en plaçant les échantillons dans une cuvette de spectrophotomètre et en observant les cellules à l’aide d’une lumière inactinique (850nm) a aussi été conçu. Un éclairage contrôlé électroniquement était placé au-dessus de la cuvette pour permettre d’exposer les cellules à de la lumière blanche. Le logiciel qui a été développé était alors en mesure de déterminer l’orientation et proportion de cellules se déplaçant vers la lumière ou coulant vers le fond de la cuvette ainsi que leurs vitesses.

Des cultures test de C. reinhardtii ou E. gracilis ont été ensuite réalisées à des intensités lumineuses de 10 - 50 - 200 et 500 µE/m².s dans le but de déterminer si une éventuelle acclimatation aux faibles ou fortes intensités lumineuses impliquait une modification de la morphologie et motilité. La croissance des cultures a été suivie par des mesures de densité optique à 750nm. Des échantillons ont été observés à l’aide du microscope automatique à différents intervalles de temps, et analysés par le logiciel de computer vision. Ces tests ont permis de mettre en évidence la capacité de C. reinhardtii à maintenir un phototactisme malgré une culture sous une lumière intense. Une forte diminution de la vitesse de nage et de la proportion de cellules motiles a cependant été observée. La motilité d’E. gracilis n’a été au contraire que peu altérée. Le pourcentage de cellules motiles et la vitesse moyenne de nage sont relativement similaires, quelle que soit l’intensité lumineuse à laquelle ces dernières ont été exposées lors de leur culture. Cela laisse penser qu’une motilité robuste est importante pour cet organisme qui ne bénéficie que de peu de stratégies de photoprotection. Une modification de la morphologie d’E. gracilis (élongation des cellules) et C. reinhardtii (diminution du diamètre) a également été observée.