Mise au point de biocapteurs basés sur la mesure d'activités métaboliques de cellules algales pour le monitoring de la qualité des milieux aquatiques

= Development of biosensors based on measurement of algal cells enzymatic activity for aquatic media quality monitoring

• Auteur / Autrice : Houssemeddine Guedri
• Direction : Claude Durrieu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science de l'environnement industriel et urbain
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale de Chimie (Lyon2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences de l'Environnement

Mots clés

Mots clés contrôlés

Environnement -- Études d'impact

Pollution

Biocapteurs

Résumé

Le contrôle de la qualité des écosystèmes aquatiques nécessite des outils de détection en continu et in situ comme les biocapteurs. Ce travail propose le développement de biocapteurs pour la détection de certaines familles de polluants. Ces outils sont basés sur la mesure de deux activités enzymatiques de cellules algales représentatives des eaux douces et salines. La première étape a consisté au choix des activités en fonction des polluants étudiés en bioessais. Ainsi nous avons montré que l'activité phosphatase alcaline (APA) est sensible à la présence de métaux lourds et de phosphates et que l'activité estérase (AE) est sensible à la présence de pesticides. Ces résultats nous ont permis de développer différents biocapteurs. Pour la détection des métaux lourds, deux biocapteurs conductimétriques ont été développés. Le premier, basé sur la mesure de l'APA de la microalgue d'eau douce Chlorella vulgaris (Cv) immobilisée par des monocouches autoassemblées, a permis d'améliorer la répétabilité et la reproductibilité des mesures. Le deuxième, basé sur la même mesure, a permis de s'affranchir des effets du phosphate sur l'APA de Cv. Pour la détection du phosphate, un biocapteur conductimétrique à cellules algales à été développé, la limite de détection est de 0. 4µM d'ions phosphate. Enfin pour la détection des pesticides en milieu marin, un biocapteur conductimétrique basé sur la mesure de l'AE de deux algues marines a été développé. Les résultats ont montré qu'il est sensible à la présence du diuron et du glyphosate. Les biocapteurs développés lors de cette étude, et après essais sur des échantillons naturels, servirons aux gestionnaires pour une prise de décision.

The quality control of aquatic ecosystems requires tools for continuous and in situ detection as biosensors. This work proposes the development of biosensors for detection of some pollutants families. These tools are based on the measurement of two enzymatic activities in saline and freshwater algal cells. The first step was to find enzymatic activities varying with the presence of pollutants, this was studied in bioassays. Thus, we have shown that Alkaline Phosphatase Activity (APA) is sensitive to heavy metals and phosphates and that the Esterase Activity (AE) is sensitive to some pesticides. These results enabled us to develop different biosensors. For the detection of heavy metals, two conductometric biosensors have been developed. The first, based on the measurement of the APA of freshwater microalgae Chlorella vulgaris (Cv) immobilized by self assembled monolayers, lead to an improvement the repeatability and reproducibility measures as compared to previous works. The second biosensor, based on the same measurement, resulted in the overcoming of the effects of phosphate on Cv APA. For phosphate detection, a conductometric whole algal cells biosensor was developed with a detection limit of 0. 4µM phosphate ions. Finally, for pesticides detection in the marine environment, a conductometric biosensor based on measurement of AE in two marine algae has been developed. The results showed that it is sensitive to the presence of diuron and glyphosate. The biosensors developed in this study, will require same additional testing on natural samples, and then they could be used by managers for decision making.