Etude des conditions environnementales et physiologiques requises pour la biominéralisation de la greigite par les bactéries magnétotactiques

Study of the environmental and physiological conditions required for the biomineralization of greigite by magnetotactic bacteria

• Auteur / Autrice : Elsa Turrini
• Direction : Christopher Lefevre, Caroline Monteil
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie-Santé - Spécialité Microbiologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/03/2024
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la vie et de la santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : BIAM - Institut de Biosciences et Biotechnologies d'Aix-Marseille - CEA/CNRS/AMU
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : BIAM - BEAMM - Biodiversité, Écologie et Adaptation des Microorganismes Magnétotactiques

Mots clés

Mots clés libres

Bactérie magnétotactiques

Biominéralisation

Greigite

Magnetotactic bactéria

Biomineralization

Greigite

Résumé

La biominéralisation microbienne est définie comme un processus médié par divers micro-organismes eucaryotes ou procaryotes capables de produire une large gamme de structures minéralisées de manière intracellulaire ou extracellulaire. Les bactéries magnétotactiques (MTB) sont l'exemple le plus emblématique de biominéralisation intracellulaire génétiquement contrôlée. En effet, ces microorganismes aquatiques à Gram négatif ont la capacité de biominéraliser des nanocristaux magnétiques de magnétite (Fe(II)Fe(III)2O4) ou de greigite (Fe(II)Fe(III)2S4) entourés d'une membrane lipidique, pour former des organites appelés magnétosomes. Ces structures s'organisent en chaîne au sein de la cellule permettant ainsi aux bactéries de s'orienter passivement le long des lignes de champ magnétique terrestre. Les mécanismes permettant la formation des magnétosomes ont été extensivement étudiés chez les souches modèles appartenant au genre Magnetospirillum. Ils impliquent un set de gènes (MGC) organisés en plusieurs opérons dont neuf gènes sont conservés chez toutes les MTB. Ces gènes permettent la nucléation, la maturation et l'alignement des magnétosomes dans le cytoplasme. L'avancée de ces connaissances a été rendue possible grâce, notamment, à l'étude extensive de deux souches modèles de MTB formant exclusivement de la magnétite, dont le développement des outils génétiques a été déterminant pour la compréhension des déterminants moléculaires et cellulaires impliqués dans la formation du magnétosome. Cependant, la plupart des études moléculaires, cellulaires et environnementales se sont focalisées sur l'étude des magnétosomes constitués de magnétite. Très peu de choses sont connues sur les MTB biominéralisant des magnétosomes de greigite. C'est pourquoi, je souhaite durant ma thèse mieux comprendre les mécanismes biologiques et environnementaux à l'origine de la production de greigite chez les MTB en (i) caractérisant de nouvelles MTB formant la greigite par des approches indépendantes de la culture, (ii) en suivant la croissance et la production de greigite chez la souche magnétotactique BW-1 dans différentes conditions environnementales et (iii), en développant des outils génétiques pour BW-1 en utilisant la technique du CRISPR-Cas.

Microbial biomineralisation is defined as a process mediated by various eukaryotic or prokaryotic microorganisms capable of producing a wide range of mineralised structures intracellularly or extracellularly. Magnetotactic bacteria (MTB) are the most emblematic example of genetically controlled intracellular biomineralisation. These Gram-negative aquatic microorganisms have the ability to biomineralise magnetic nanocrystals of magnetite (Fe(II)Fe(III)2O4) or greigite (Fe(II)Fe(III)2S4) surrounded by a lipid membrane to form organelles called magnetosomes. These structures are organised into chains within the cell, allowing bacteria to passively orient themselves along the Earth's magnetic field lines. The mechanisms by which magnetosomes are formed have been extensively studied in model strains of the genus Magnetospirillum. It involves a set of genes (MGC) organised into several operons, nine of which are conserved in all MTBs. Advances in this knowledge have been made possible in particular by the extensive study of two model strains of MTB that exclusively form magnetite. The development of genetic tools has been crucial in understanding the molecular and cellular determinants involved in magnetosome formation. However, most molecular, cellular and environmental studies have focused on magnetite magnetosomes. Very little is known about the biomineralising MTBs of greigite magnetosomes. Therefore, during my PhD, I hope to gain a better understanding of the biological and environmental mechanisms behind greigite production in MTBs by (i) characterising new greigite-forming MTBs using culture-independent approaches, (ii) monitoring the growth and production of greigite in the magnetotactic strain BW-1 under different environmental conditions, and (iii) developing genetic tools for BW-1 using the CRISPR-Cas technique.