Impact des biofilms microbiens sur le cycle des métaux


 AHLeGall    23/09/2021 : 21:55

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23/09 : conférence

Alexandre Gélabert (IPGP), donnera une conférence en salle de conf OSUR le jeudi 23 septembre à 14h, sur le thème "Impact des biofilms microbiens sur le cycle des métaux".

Les bactéries constituent un groupe majeur du Vivant, avec une biomasse totale sur Terre estimée à 70 Gt C, seulement devancée par les plantes (450 Gt C). Ces microorganismes sont omniprésents en milieu continental. Ils sont ainsi retrouvés dans quasiment tous les systèmes aquatiques de (sub)surface et les sols, et même jusqu’à plusieurs km de profondeur sous terre. De plus, leur membrane externe présente une densité de sites fonctionnels très élevée (carboxyles, phosphoryles, amines) qui, associée à leur activité métabolique, leur confère des capacités de sorption importantes vis-à-vis des éléments traces métalliques ainsi que la possibilité de modifier l’état d’oxydo-réduction de ces derniers. Ils sont ainsi capables d’induire la formation de biominéraux et participent activement aux processus d’altération dans la zone critique. Compte tenu de leur forte réactivité, les bactéries sont considérées comme un compartiments environnemental majeur, capable de contrôler partiellement le cycle des métaux en milieu continental.

Dans les systèmes naturels, ces microorganismes sont rarement isolés mais s’organisent plutôt en communautés appelées biofilms, qui constituent leur mode d’organisation principal, sinon exclusif. Ces matrices complexes composées de polymères extracellulaires (EPS) enveloppant les cellules, développent des propriétés physiques proches de celles des gels, avec une diffusion des éléments chimiques fortement limitée au sein de ces structures. En conséquence, les biofilms maintiennent des microenvironnements dans lesquels la concentration en composés organiques ou inorganiques et les paramètres physico-chimiques locaux ([h], [métaux], pH, pO2...) peuvent être radicalement différents du reste du biofilm ou de la solution avec laquelle le biofilm est en contact. Ces hétérogénéités locales contribuent fortement à la réactivité des biofilms bactériens, mais du fait de leur complexité, l’impact réel de ces structures microbiennes sur les grands cycles biogéochimiques, et les processus qui y sont associés, restent encore mal contraints.

Ainsi, cet exposé aura comme premier objectif de présenter comment se mettent en place les interactions entre un biofilm formé par la bactérie Shewanella oneidensis MR1 et des métaux libres (Zn2+, Pb2+). L’approche utilisée, se basant sur la génération d’ondes stationnaires de rayons X pour sonder la répartition des ions à l’interface minéral/biofilm/solution, sera décrite. Par ailleurs, les modes d’interactions entre biofilms et nanoparticules manufacturées métalliques (ZnO, Quantum dots CdSe/ZnS) seront aussi présentés, et montreront comment les biofilms sont capables de déstabiliser et dissoudre très rapidement ces nanoparticules.

Le second objectif de cette présentation concerne l’identification des processus de biominéralisation au sein de ces structures bactériennes. En particulier, sera décrit le rôle des différents polymères extracellulaires, et de la charge de surface des cellules, lors de la précipitation d’oxydes de manganèse à la surface de mutants d’Escherichia coli. Pour ce faire, l'étude in situ d'échantillons liquides par microscopie électronique à transmission (MET) a été effectuée à l'aide de cellules liquides spécifiques, et a permis de suivre en temps réel, et en milieu liquide, ces processus de nucléation et de minéralisation à l'échelle moléculaire.



Contact OSUR
Rémi Marsac (CNRS, Géosciences Rennes) / @
Alain-Hervé Le Gall (CNRS, OSUR multiCOM) / ahlegall@;univ-rennes1.fr