Doctoral thesis (Dissertations and theses)
Actinobacteria from Cave Moonmilk Deposits: Isolation of Rare Taxa and Assessment of Antimicrobial Activities
Adam, Delphine
2026
 

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Keywords :
Cave microbiology; Streptomyces; Amycolatopsis; Secondary metabolites; Antibiotics; Rare Actinobacteria; Unculturability; Rasamsonia argillacea; Volatilomics; Sulfur-containing volatile compounds
Abstract :
[en] During the golden age of the discovery of natural products of microbial origin, numerous antimicrobial agents were identified, and their exploitation led to a marked reduction in mortality from infectious diseases. Today, the increasing resistance of pathogenic microorganisms to most antibiotics available on the market represents a major threat to global health. This situation, combined with a growing interest in natural products in the agri-food sector, has revived the search for new bioactive compounds. In this context, the exploration of extreme or still poorly studied ecological niches appears to be a promising strategy for accessing new microorganisms and new metabolites. Caves and their calcareous deposits known as ‘moonmilk’ are among such environments, where an unexpectedly rich microbial diversity has been identified despite their nutrient-poor conditions. To explore this potential, this work focused on the following objectives: (i) improving the isolation of rare or difficult-to-culture actinobacteria from moonmilk, (ii) characterizing their phylogenetic diversity, and (iii) investigating the bioactive potential of the isolated strains, with a particular focus on the production of antibacterial and antifungal compounds. The first part focused on optimizing isolation methods. By combining the rehydration-centrifugation method with other strategies, it was possible to obtain forty isolates belonging to eight different genera, including rare taxa such as Kocuria, Micrococcus and Micromonospora, isolated for the first time from moonmilk. Bioactivity assays revealed that several strains exhibited strong antimicrobial activity, and genomic analysis highlighted a significant potential for the production of natural compounds. The second part focused on the antifungal activity observed in many strains isolated from moonmilk against Rasamsonia argillacea, an emerging pathogen notably associated with cystic fibrosis. Bipartite Petri dish assays revealed that this inhibition occurred only under certain conditions and was mediated by volatile compounds rather than diffusible metabolites. The effect, reproduced with phylogenetically diverse bacteria and against several fungi, suggested the involvement of ubiquitous volatiles. A comparative volatilomics approach led to the identification of two compounds, dimethyl disulfide (DMDS) and dimethyl trisulfide (DMTS), whose production was specifically increased under conditions inducing antifungal activity. Exposure tests with the pure compounds confirmed their ability to inhibit R. argillacea. Taken together, these results show that moonmilk deposits represent a still under-exploited source of actinobacterial diversity and natural metabolites. The optimisation of isolation methods enabled access to previously inaccessible microorganisms, while the study of their bioactive potential revealed antibacterial and antifungal activities of particular interest. This work highlights the importance of further exploring understudied environments to address the challenges associated with antimicrobial resistance.
[fr] Durant l’âge d’or de la découverte de molécules naturelles d’origine microbienne, de nombreux agents antimicrobiens ont été identifiés et leur exploitation a permis une forte diminution de la mortalité liée aux maladies infectieuses. Aujourd’hui, la résistance croissante des microorganismes pathogènes à la plupart des antibiotiques disponibles sur le marché constitue une menace majeure pour la santé mondiale. Cette situation, combinée à un intérêt croissant pour les produits naturels en agro-alimentaire, a ravivé la recherche de nouveaux composés bioactifs. Dans ce contexte, l’exploration de niches écologiques extrêmes ou encore peu étudiées semble une stratégie prometteuse pour accéder à de nouveaux microorganismes et à de nouveaux métabolites. Les grottes et leurs dépôts calcaires appelés « moonmilk » figurent parmi ces milieux, où une diversité microbienne étonnamment riche a été mise en évidence malgré leur pauvreté en nutriments. Afin d’explorer ce potentiel, ce travail s’est articulé autour des objectifs suivants : (i) améliorer l’isolement d’actinobactéries rares ou difficiles à cultiver à partir du moonmilk, (ii) caractériser leur diversité phylogénétique, et (iii) étudier le potentiel bioactif des souches isolées, avec un focus particulier sur la production de composés antibactériens et antifongiques. La première partie a porté sur l’optimisation des méthodes d’isolements. En combinant la méthode de réhydratation-centrifugation à d’autres stratégies, il a été possible d’obtenir quarante isolats appartenant à huit genres différents, incluant des taxons rares comme Kocuria, Micrococcus et Micromonospora, isolés pour la première fois à partir de moonmilk. Des tests de bioactivité ont révélé que plusieurs souches présentaient une forte activité antimicrobienne, et l’analyse génomique a mis en évidence un fort potentiel pour la production de composés naturels. La seconde partie s’est concentrée sur l’activité antifongique observée chez de nombreuses souches isolées du moonmilk contre Rasamsonia argillacea, un pathogène émergent associé notamment à la mucoviscidose. Des essais en boîtes de Pétri bipartites ont révélé que cette inhibition n’était observée que dans certaines conditions et était médiée par des composés volatiles plutôt que par des métabolites diffusibles. L’effet, reproduit avec des bactéries phylogénétiquement diverses et contre plusieurs champignons, suggérait l’implication de volatiles ubiquitaires. Une approche de volatilomique comparative a permis d’identifier deux composés, le disulfure de diméthyle (DMDS) et le trisulfure de diméthyle (DMTS), dont la production était spécifiquement plus importante dans les conditions induisant l’activité antifongique. Les tests d’exposition aux composés purs ont confirmé leur capacité à inhiber R. argillacea. Ensemble, ces résultats montrent que les dépôts de moonmilk constituent une source encore sous-exploitée de diversité actinobactérienne et de métabolites naturels. L’optimisation des méthodes d’isolement a permis d’accéder à des microorganismes jusque-là inaccessibles, tandis que l’étude de leur potentiel bioactif a permis de révéler des activités antibactériennes et antifongiques d’un intérêt particulier. Ce travail souligne l’importance de poursuivre l’exploration de milieux peu étudiés afin de répondre aux défis liés à la résistance aux antimicrobiens.
Research Center/Unit :
CIP - Centre d'Ingénierie des Protéines - ULiège
InBios - Integrative Biological Sciences - ULiège
Disciplines :
Microbiology
Biochemistry, biophysics & molecular biology
Author, co-author :
Adam, Delphine ;  Université de Liège - ULiège > Faculté des Sciences > Doct. scienc. (bioch. biol. moléc. cell. bioinf. mod.
Language :
English
Title :
Actinobacteria from Cave Moonmilk Deposits: Isolation of Rare Taxa and Assessment of Antimicrobial Activities
Defense date :
05 June 2026
Institution :
Université de Liège [Sciences], Belgium
Degree :
Doctorat en sciences (biochimie, biologie moléculaire et cellulaire, bioinformatique et modélisation)
Promotor :
Rigali, Sébastien;  Université de Liège - ULiège > Integrative Biological Sciences (InBioS)
President :
Beaufay, François;  Université de Liège - ULiège > Département des sciences de la vie > Centre d'Ingénierie des Protéines (CIP)
Secretary :
Wilmotte, Annick;  Université de Liège - ULiège > Integrative Biological Sciences (InBioS)
Jury member :
Massart, Sébastien;  Université de Liège - ULiège > TERRA Research Centre > Entomologie, Phytopathologie et Productions Innovantes (EPPI)
PRIGENT-COMBARET, Claire;  UCBL - Université Claude Bernard. Lyon 1 > Laboratoire Ecologie Microbienne
VAN DER HENST, Charles;  VUB - Vrije Universiteit Brussel > Flanders Institute for Biotechnology > VIB-VUB Center for Structural Biology
Available on ORBi :
since 01 September 2026

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