"Les applications de notre projet seront le développement de réacteurs pour le traitement en continu d’eau polluée par des pesticides ou colorants"

Utilisation de carbonates amorphes produits par des bactéries pour la dépollution de radio-isotopes d’alcalino-terreux

Utilisation de carbonates amorphes produits par des bactéries pour la dépollution de radio-isotopes d’alcalino-terreux

Neha Mehta, postdoctorante

Neha Mehta est biogéochimiste et spécialisée dans la recherche d'informations fondamentales et appliquées sur l'impact des polluants dans les environnements naturels et contaminés. Elle a obtenu son doctorat au MIT en sciences de l'environnement et est actuellement chercheuse postdoctorale à l'Université de la Sorbonne, en France, où elle travaille sur les approches de biorestauration, le cycle microbien des métaux et les processus de biominéralisation des cyanobactéries.

Fiche projet

Appel à projet : projet doctoral, AAP 2020
Axe thématique : Énergie, environnement et durabilité
Porteur de projet : Karim Benzerara (IMPMC)
Co-porteur de projet : Thierry Azaïs (LCMCP)
Postdoctorante : Neha Metha

Laboratoires
Institut de Minéralogie, de Physique des Matériaux et de Cosmochimie (IMPMC)
Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris (LCMCP)

Le projet

Les cyanobactéries sont des bactéries photosynthétiques phylogénétiquement et écologiquement diverses, jouant un rôle central dans le cycle global de nombreux éléments [1]. Plusieurs de ces espèces forment des carbonates de calcium amorphes intracellulaires (iACC), contenant de grandes quantités d'éléments alcalino-terreux, notamment du Ca mais aussi du Sr ou du Ba [2-5]. De plus, les cyanobactéries formant des iACC ont été identifiées comme un candidat prometteur pour la biorémédiation des contaminants radioactifs (226Ra, 90Sr) [4].

STEM-HAADF image of Synechococcus 6312 forming intracellular amorphous strontium inclusions

De nouveaux outils d'exploration

Si la formation d'iACC par les cyanobactéries a une multitude d'implications biogéochimiques, elle pose également la question de savoir comment les phases métastables telles que les carbonates amorphes sont stabilisées dans ces systèmes. De nombreux additifs organiques et inorganiques jouent ce rôle, mais les mécanismes restent encore insaisissables. Un nouvel ensemble d'outils est nécessaire pour identifier exactement comment ces additifs interagissent à l'interface organique-minéral. La spectroscopie RMN à l'état solide (ssNMR) est l'un de ces outils pour explorer l'environnement moléculaire local entourant l'interface organique/minéral [6].

Les objectifs

L'objectif de ce projet est double. Premièrement, caractériser l'environnement de liaison chimique de C, Ca et Sr au sein de l'iACC de cyanobactéries en utilisant la spectroscopie ssNMR. L'originalité de notre approche réside dans l'étude de cellules intactes sans aucun traitement préalable, ce qui permet de préserver les phases amorphes intracellulaires, qui sont autrement instables. Le Ca et le Sr sont tous deux difficiles à étudier par RMN en raison de leur faible sensibilité intrinsèque. Pour remédier à cette lacune, nous avons synthétisé les milieux de croissance en utilisant les isotopes 43Ca, 87Sr et 13C actifs en RMN qui ont été incorporés par les cyanobactéries et nous ont permis d'étudier leur spéciation et leur structure au niveau atomique. Sur la base des expériences de RMN 2D, nous étudierons également l'environnement chimique du proton et du carbone à proximité de l'ACC. Nous prévoyons également de décrire l'environnement de Ca et Sr dans l'iACC en utilisant 87Sr-ssNMR et 43Ca-ssNMR. Ensuite, à l'aide d'incubations en système fermé, nous voulons mesurer les paramètres (par exemple, la cinétique d'absorption, la capacité maximale d'absorption, etc.) déterminant l'efficacité de ce processus microbien pour piéger le 90Sr et le 226Ra (polluants radioactifs).

Finalement, les résultats de ce projet pourront révéler de premiers indices sur la stabilité des phases amorphes et décrire pour la première fois la structure locale de C, Ca et Sr au sein des iACC formés par les cyanobactéries. Ce travail a également des implications pour le développement d'un cadre optimisé pour la biorémédiation des polluants radioactifs.


[1] Cassier‐ Chauvat C et al. (2018) In Cyanobacteria. eLS. John Wiley & Sons, Ltd: Chichester.
[2] Benzerara et al. (2014) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 111, 10933-10938.
[3] Cam N, Benzerara K, (…) et al (2018) Geobiology, 16, 49-61
[4] Mehta et al. (2019), Environ. Sci. Technol. 53, 12639-12647.
[5] Blondeau et al (2018), Chemical Geology, 483, pp 88-97
[6] Cartwright J et al. (2012) Angewandte Chemie, 51, 11960-11970