Exploration des transferts d'électrons entre cellules animales et électrodes

Exploration of electron transfers between animal cells and electrodes

• Auteur / Autrice : Simon Guette-Marquet
• Direction : Alain Bergel, Christine Roques
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés et de l'Environnement
• Date : Soutenance le 27/05/2021
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie chimique (Toulouse ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Anne Bouloumié
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Bergel, Christine Roques, Anne Bouloumié, Karine Servat
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Elisabeth Lojou, Anne Devin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxydation électrochimique

Bactéries -- Métabolisme

Thèses et écrits académiques

Génie chimique

Mots clés libres

Bioélectrochimie

Transfert extracellulaire d’électron

TPMET

Réduction du dioxygène

Cellules animales

Bioelectrochemistry

Extracellular electron transfe

TPMET

Oxygen reduction

Animal cells

Résumé

De très nombreuses bactéries sont capables de connecter leur métabolisme avec une électrode qu’elles utilisent comme accepteur ou donneur d’électrons. Quelques études ont mis en lumière des processus similaires avec des levures. Pour l’heure, de tels transferts d’électrons extracellulaires n’ont pas été décrits avec les cellules animales, bien que de multiples résultats expérimentaux laissent penser qu’ils pourraient exister. Ces travaux de thèse ont eu pour objectif d’explorer la capacité de cellules animales à échanger des électrons avec des électrodes. L’étude par voltammétrie cyclique de cellules MRC-5 et Vero adhérées à la surface d’électrodes en carbone a mis en évidence leurs effets catalytiques différents sur la réduction électrochimique du dioxygène. La culture de cellules Vero sur des électrodes de carbone polarisées a démontré que les potentiels entre -0,15 et 0,25 V/ECS ne permettent pas l’adhésion des cellules, bien qu’ils ne semblent engendrer aucune réaction résiduelle significative au niveau des électrodes. Au potentiel appliqué de 0,45 V/ECS, un courant d’oxydation a été enregistré pendant plusieurs jours en présence de cellules Vero adhérées à la surface de l’électrode. La génération de courant d’oxydation est strictement conditionnée par la présence de dioxygène, suggérant une origine mitochondriale des électrons. La forte diminution du courant en l’absence de glutamine conduit à certaines hypothèses sur les voies métaboliques impliquées dans le transfert d’électrons extracellulaire.

Many bacteria are able to connect their metabolism with an electrode that they use as an electron acceptor or donor. A few studies highlighted similar processes with yeast. For now, extracellular electron transfers have not been demonstrated with animal cells, although multiple experimental results suggest that they may exist. The objective of this thesis work was to explore the ability of animal cells to exchange electrons with electrodes. Cyclic voltammetry investigation of MRC-5 and Vero cells adhered on carbon electrode surface revealed their different catalytic effects on the electrochemical reduction of oxygen. Growth of Vero cells on polarized carbon electrodes demonstrated that potentials in the range -0.15 and 0.25 V/ECS do not allow cell adhesion, although these potentials did not generate significant residual reaction on the electrodes. At the applied potential of 0.45 V/ECS, an oxidation current was recorded for several days in the presence of Vero cells adhered to the electrode surface. The oxidation current was strictly conditioned by the presence of dioxygen, suggesting a mitochondrial origin of electrons. The large decrease of the current in the absence of glutamine raises some hypotheses about the metabolic pathways involved in extracellular electron transfer.