Les communautés bactériennes d’environnements radioactifs naturels et anthropisés : discrimination des facteurs environnementaux les structurant et caractérisation des mécanismes d’interaction d’isolats indigènes avec l’uranium

Bacterial communities in natural and anthropised radioactive environments : discrimination of the environmental factors structuring them and characterisation of the interaction mechanisms of indigenous isolates with uranium

• Auteur / Autrice : Guillaume Holub
• Direction : Claire Sergeant, Clarisse Mallet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Analytique et Environnementale
• Date : Soutenance le 19/06/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique des Deux Infinis (Bordeaux ; 2022-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Pesce
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Incerti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Béatrice Lauga, Mohamed Merroun

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bactéries

Mots clés libres

Sources minérales radioactives

Ancien site minier d'uranium

Composition communautés bactériennes

Isolats bactériens

Interactions bactérie-Uranium

Radioactive mineral springs

Old uranium mining site

Bacterial community composition

Bacterial isolates

Bacteria-Uranium interactions

Résumé

L’étude des communautés bactériennes provenant de milieux enrichis ou contaminés en radionucléides permet de mieux comprendre l’effet de la radioactivité sur ces communautés. Les bactéries qui se développent dans ces environnements sont soumises à des pressions de sélection, résultant d’une adaptation à ces conditions extrêmes. En particulier, certaines bactéries interagissent avec les radioéléments selon divers mécanismes (biosorption, bioaccumulation, biominéralisation et bioréduction), entraînant dans certains cas une modification de la spéciation des radioéléments, les rendant moins mobiles, moins biodisponibles et donc moins toxiques. Les sources minérales naturellement radioactives constituent des écosystèmes intéressants pour comprendre comment les populations bactériennes de ces sources se sont adaptées à des niveaux élevés de radioactivité naturelle et chronique à très long terme. D’autre part, une contamination en uranium d’une zone humide située à l’aval d’un ancien site minier permettrait également d’observer si une exposition depuis un laps de temps plus court (dernières décennies) a entraîné une modification de la diversité bactérienne dans cet environnement. Les objectifs de cette thèse portaient sur la caractérisation des communautés bactériennes peuplant ces deux environnements, en complément des paramètres physicochimiques de ces sites d’études, afin de déterminer si les radionucléides, par rapport à d’autres paramètres environnementaux, sont des « drivers » de la composition des communautés bactériennes. Ces travaux ont permis de démontrer que des communautés bactériennes spécifiques étaient corrélées aux concentrations en radionucléides, dont l’uranium, dans ces deux environnements. Plusieurs de ces OTUs identifiées pourraient intervenir dans la biogéochimie des radionucléides, dont l’uranium, et présenteraient des fonctions similaires ou complémentaires leur permettant de se développer dans ces environnements extrêmes. En outre, la compréhension des mécanismes d’interaction mis en place par des isolats indigènes de ces deux sites, avec l’uranium, permettrait d’évaluer l’impact de ces bactéries sur la biodisponibilité de cet élément dans l’environnement. Deux souches apparentées à Shewanella sp. et Serratia fonticola, isolées de ces deux environnements, ont démontré la capacité à éliminer l’uranium en solution, la première principalement par biosorption, et la deuxième par biominéralisation de l’uranium grâce à la libération d’orthophosphate à partir d’une source de phosphate organique, médiée par son activité phosphatase. Enfin, des études exploratoires ont été réalisées en vue d’utiliser la souche apparentée à Serratia fonticola pour l’élimination d’uranium.

The study of bacterial communities from environments enriched or contaminated with radionuclides provides a better understanding of the effect of radioactivity on these communities. Bacteria that develop in these environments are subject to selection pressures, resulting in an adaptation to these extreme conditions. In particular, some bacteria interact with radioelements through various mechanisms (biosorption, bioaccumulation, biomineralisation and bioreduction), leading in some cases to a modification of the speciation of radioelements, making them less mobile, less bioavailable and therefore less toxic. Naturally radioactive mineral sources are interesting ecosystems for understanding how bacterial populations in these sources have adapted to high levels of natural and chronic radioactivity over the very long term. On the other hand, uranium contamination of a wetland downstream of a former mining site would also allow us to observe whether exposure over a shorter period of time (last decades) has led to a change in bacterial diversity in this environment. The objectives of this PhD were to characterise the bacterial communities in these two environments, in addition to the physicochemical parameters of these study sites, in order to determine whether radionuclides, in contrast to other environmental parameters, are drivers of bacterial community composition. This work demonstrated that specific bacterial communities were correlated with radionuclide concentrations, including uranium, in these two environments. Several of the OTUs identified could be involved in the biogeochemistry of radionuclides, including uranium, and would have similar or complementary functions enabling them to develop in these extreme environments. In addition, understanding the mechanisms of interaction of indigenous isolates from these two sites with uranium would enable us to assess the impact of these bacteria on the bioavailability of this element in the environment. Two strains related to Shewanella sp. and Serratia fonticola, isolated from these two environments, demonstrated the ability to remove uranium in solution, the first mainly by biosorption, and the second by biomineralisation of uranium through the release of orthophosphate from an organic phosphate source, mediated by its phosphatase activity. Finally, exploratory studies were carried out with a view to using the Serratia fonticola related strain for uranium removal.