Rôle des Pseudomonas fluorescents dans la biodisponibilté des métaux contaminant les minéraux du sol : application à la phytoremédiation

Role of fluorescent Pseudomonas in the biodisponibility of metals contamining the soil minerals : application to the phytoremediation

• Auteur / Autrice : Claire Ferret
• Direction : Valérie Geoffroy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 19/09/2012
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biotechnologie et signalisation cellulaire (Strasbourg ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Vuilleumier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuelle Guillot-Combe
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Lemanceau, Christian Mustin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biodégradation

Sols -- Minéralogie

Phytorestauration

Sidérophores

Pseudomonas fluorescens

Mots clés libres

Siderophores

Pseudomonas fluorescents

Sols pollués

Phytoremédiation

Minéraux

Biodisponibilité

Métaux

Siderophores

Fluorescent Pseudomonas

Phytoremediation

Phytostabilization

Contaminant metals

Biodisponibility

Résumé

Le développement de l’industrie et de l’agriculture a entraîné l’accumulation d’éléments métalliques dans les sols. Dans ces écosystèmes, la fraction vivante intervient de façon importante dans la modification de la rétention des contaminants. Parmi les techniques de décontamination, la phytoremédiation apparaît comme un outil de choix. Si un des inconvénients majeurs de cette technique réside dans des durées de traitement pouvant atteindre plusieurs années, l’ajout de micro-organismes couplé aux plantes améliorerait les prélèvements et réduirait les temps de décontamination. Cette étude s’est intéressée aux possibilités de développer des procédés de phytoremédiation associés à des bactéries productrices de sidérophores, molécules ayant une forte affinité pour le fer mais également pour d’autres métaux. Dans ce contexte, un système de complexité croissante, jusqu’au modèle complet comprenant les constituants du sol, les bactéries, les métaux contaminants et les plantes, a été étudié avec pour objectif la compréhension des processus intervenant dans ces différentes interactions. Ces travaux ont conduit, dans un premier temps, à la compréhension, notamment par une approche de biologie moléculaire, des interactions intervenant entre des minéraux du sol, des argiles et des oxy-hydroxydes de fer, et une bactérie productrice de sidérophores, Pseudomonas aeruginosa. Les résultats ont mis en évidence le rôle majeur de l’un de ces sidérophores, la pyoverdine, ainsi que du biofilm, dans la dissolution des minéraux par cette bactérie. Une étude en fluorimétrie et dosages des métaux a, quant à elle, montré que la pyoverdine était capable de complexer des métaux contaminants adsorbés sur les argiles ou présents dans la structure cristalline des oxy-hydroxydes de fer. Enfin, ces travaux ont abouti à la mise en place du système d’étude dans sa globalité. Si la pyoverdine ou les bactéries productrices de sidérophores n’ont pas amélioré le prélèvement par les plantes du cadmium et du nickel, des résultats prometteurs ont cependant été obtenus pour le cuivre. De plus, les bactéries productrices de sidérophores s’avèrent être des cibles intéressantes en phytostabilisation.

The industrial and agricultural development caused a metallic element accumulation in the soils. In these ecosystems, the living fraction significantly operates in the changes of contaminants retention. Among the decontamination techniques, the phytoremediation appears as a tool of choice. If one of major disadvantages of this technique is the long-term remediation process, the addition of microorganisms with the plants could enhance the uptakes and decrease the time to remediate. This work focused on the possibility to develop processes for siderophore-producing bacteria-assisted phytoremediation, siderophores being molecules with a high affinity for iron and also able to chelate other metals. In this context, a system with an increasing complexity until a complete model including the soil constituents, the bacteria, the contaminant metals and the plants, has been studied to understand the processes involved in these different interactions. The understanding of the interactions between the soil minerals, clays and iron oxydydroxides, and a siderophore-producing bacteria, Pseudomonas aeruginosa, have been first performed with, in particular, a molecular biology approach. These results have highlighted the major role of the one of siderophores, the pyoverdine, and also the biofilm in the mineral dissolution by this bacteria. Fluorimetry and metal quantification assays showed that the pyoverdine was able to chelate the contaminant metals adsorbed on the clays or present in the crystal structure of the iron oxyhydroxides. Lastly, the global system has demonstrated that if the pyoverdine or the siderophore-producing bacteria do not enhance the cadmium and nickel uptake by plants, promising results were obtained for copper. Moreover, siderophore-producing bacteria turn out to be interesting asset for the phytostabilization.