Les métabolismes extracellulaires oxydatifs (EXOMET) : de la chimie prébiotique aux émissions de CO2 par les sols contemporains

Extracellular oxidative metabolisms (EXOMET) : from prebiotic chemistry to CO2 emissions by contemporary soils

• Auteur / Autrice : Clementin Bouquet
• Direction : Anne catherine Lehours
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2021
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de la Vie, Santé, Agronomie, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Microorganismes : Génome et environnement

Mots clés

Mots clés libres

Biogéochimie

Sols

Origines de la vie

Co2

Métabolisme

Cycle du carbone et de l'azote

Biogeochemistry

Soils

Life origins

Co2

Metabolism

N and C cycles

Résumé

Et si la respiration, l'une des caractéristiques fondamentales de la vie, n'était pas propre à la vie elle-même ? Et si un sol privé de toutes formes cellulaires observables était capable de reproduire, ou du moins de mimer, ce prodige chimique ? Étant donné la complexité de l'appareil respiratoire, on pense souvent qu'il s'agit strictement d'un processus intracellulaire, car la cellule est considérée comme étant l'unité structurelle minimale capable d'organiser et de réaliser ces cascades de réactions chimiques. Cependant, ce paradigme est remis en question par des observations récurrentes d'émissions substantielles et persistantes de CO2 dans des microcosmes de sol où les traitements de stérilisation (par exemple, les irradiations γ) ont réduit les activités microbiennes à un niveau indétectable. Le concept émergent d'EXOMET (Métabolismes Oxydatifs Extracellulaires) explore l'hypothèse de l'existence de métabolismes oxydatifs complexes et non cellulaires permettant la dégradation complète de la matière organique et la libération associée de CO2 dans les sols stérilisés. Nous mettons en avant ici un nouvel acteur majeur, identifiable par sa signature isotopique, dont l'importance pourrait être cruciale dans la caractérisation des flux globaux de CO2 (de 16 à 48 % de la libération globale selon nos premières estimations), offrant également de nouvelles perspectives sur les réactions chimiques qui auraient pu présider à l'émergence de la vie sur Terre. Notre concept est désormais soutenu par un ensemble cohérent d'expérimentations, incluant le suivi isotopique des émissions de CO2 sur plusieurs années, les transferts électroniques, ainsi que l'identification et le suivi en résonance magnétique nucléaire et spectrométrie de masse de la dynamique des molécules produites après l'ajout de citrate ou de glucose dans le système, le tout basé sur des sols sans aucune forme cellulaire n'est détectable.

What if respiration, one of the fundamental characteristics of life, is not its own? What if a soil deprived of all observable cellular forms was able to reproduce, or at least mimic, this chemical prodigy? Given the complexity of the respiration machinery it is often believed that it could be strictly an intracellular process because the cell is certainly the minimum structure unit able to organize and achieve cascades of chemical reactions. However, this paradigm is challenged by recurrent observations of persistent substantial CO2 emissions in soil microcosms where sterilization treatments (e.g. γ-irradiations) reduced microbial activities to undetectable level. The emerging concept of EXOMET (Extracellular Oxidative Metabolisms) explores the hypothesis of the existence of complex oxidative and non-cellular metabolisms allowing the entire degradation of organic matters and the associated release of CO2 in sterilised soils. We highlight here a new major actor, identifiable by its isotopic signature, whose importance could be crucial in the characterization of global CO2 fluxes (16 to 48% of global release according to our first estimates) and providing new perspectives on the chemical reactions that could have presided over the origins of life. Our concept is now supported by a consistent array of experiments including the isotopic monitoring of CO2 emissions over several years, electronic transfers, and the monitoring and identification in nuclear magnetic resonance of the dynamic of molecules after addition of citrate or glucose in the system, all based on soils without any detectable cell.