Les processus biogéochimiques impliqués dans la mobilité de l’arsenic : recherche de bioindicateurs

Biogeochemical processes involved in arsenic mobility : research of bioindicators

• Auteur / Autrice : Marianne Quemeneur
• Direction : Corinne Leyval, Michel Jauzein
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 21/11/2008
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Interactions Microorganismes- Minéraux-Matière Organiques dans les Sols - Unité Ecotechnologie du Bureau de Recherches Géologiques et Minières
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Claire Lett, Timothy Vogel, Pascale Bauda, Cécile Grand, Catherine Joulian, Patrick Billard, Francis Garrido, Corinne Leyval, Michel Jauzein
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marie-Claire Lett, Timothy Vogel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Indicateurs biologiques

Environnement

Arsenic

Mots clés libres

gènes aoxB

gènes arrA

bactéries AsIII-oxydantes

bactéries AsV-réductrices

Résumé

Les bactéries jouent un rôle majeur dans la mobilité de l’arsenic (As) dans l’environnement. L’objectif de cette thèse était d’identifier les acteurs bactériens clés de la biotransformation de l’As pouvant être utilisés comme bioindicateurs du devenir de l’As dans les sites pollués. De nouveaux outils moléculaires ont été développés sur les gènes aoxB, codant la sous-unité catalytique de l’AsIII-oxydase, et validés pour analyser qualitativement et quantitativement les communautés AsIII-oxydantes. La pertinence de l’usage de ce gène comme marqueur fonctionnel a été démontrée par sa détection exclusive chez toutes les bactéries AsIII-oxydantes testées et une phylogénie AoxB cohérente et similaire à celle de l’ARNr 16S. Les approches de DGGE et de PCR en temps réel appliquées aux gènes aoxB ont permis d’évaluer rapidement et sensiblement les variations de communautés AsIII-oxydantes associées à différentes teneurs et spéciations d’As dans des eaux. La coexistence de diverses bactéries AsIII-oxydantes et AsV-réductrices a également été démontrée dans des sols industriels et agricoles. La microflore indigène est ainsi capable d’influencer la spéciation/mobilité de l’As initialement présent et/ou adsorbé sur des oxy-hydroxydes de fer selon les conditions redox du milieu. L’usage des gènes fonctionnels aoxB et arrA, marqueurs des bactéries AsIII-oxydantes et respirant l’AsV, est pertinent pour évaluer les transformations potentielles de l’As. L’effet de bactéries agissant indirectement sur la mobilité de l’As a également été révélé. La détection de ces activités bactériennes à l’aide d’outils moléculaires est prometteuse pour évaluer la mobilité de l’As dans un écosystème donné.

Bacteria can play a major role in the environmental mobility of arsenic (As). The aim of this study was to identify key bacterial players involved in the biotransformation of As and to use them as bioindicators or predictive tools of As behaviour in polluted sites. Novel molecular tools were developed based on the aoxB gene which encodes the catalytic subunit of AsIII-oxidase, and validated for use in the qualitative and quantitative analysis of the AsIII-oxidizing bacterial community. The aoxB gene was exclusively detected in all tested AsIII-oxidizing bacteria and AoxB and 16S rRNA gene phylogenies were broadly coherent, demonstrating the usefulness of the aoxB gene as a powerful functional marker. The application of DGGE and real-time PCR on aoxB genes allowed the rapid and sensitive evaluation of changes in the AsIII-oxidizing community as a function of As speciation and pollution level in surface and groundwaters. AsIII-oxidizers and AsV-reducers were found to coexist in tested soils. The crucial role of indirectly As-mobilizing bacteria was also revealed. Indigenous microflorae affected the speciation and mobility of As inherent within the environmental matrix and/or adsorbed on iron oxy-hydroxydes, according to redox conditions. The relevance of the use of aoxB and arrA genes, as functional markers of AsIII-oxidizers and AsV-reducers, respectively, to evaluate potential As transformation was demonstrated. The detection of these bacterial communities using molecular tools was shown to have great promise in the prediction of As mobility in the environment.