Etude des biofilms bactériens arsénite-oxydants

Arsenite oxidizing biofilms

• Auteur / Autrice : Marie Marchal
• Direction : Philippe Bertin, Marie-Claire Lett
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Arsenic

Eau

Arsenic

Biofilms

Résumé

Les biofilms sont des communautés hautement organisées permettant aux cellules de se maintenir dans une niche écologique donnée. Ces structures sont capables de séquestrer des composés toxiques tels que l'arsenic. Des biofilms bactériens présentant en plus une activité d’oxydation de l’arsénite [As(III)] en arséniate [As(V)], qui est une forme moins mobile de l’arsenic, pourraient être avantageusement mis à profit dans un procédé de bioremédiation. Le but de ce travail de thèse était de caractériser les souches du genre Thiomonas, considérées comme particulièrement adaptées pour le traitement d’eaux arséniées, et d’étudier l’impact de l’As(III) sur la formation et le développement de biofilms arsénite-oxydants. La physiologie et la génomique de ces souches ont été étudiées par des analyses de protéomique différentielle et à l’aide de puces CGH (Comparative Genomic Hybridization). Ces approches ont souligné de fortes différences physiologiques entre ces souches phylogénétiquement proches, qui peuvent être expliquées en partie par la grande plasticité de leur génome qui évolue par l’acquisition d’ilots génomiques. L’impact de l’As(III) sur la cinétique de développement des biofilms a ensuite été analysé par microscopie confocale. Cette étude a mis en évidence divers mécanismes induits en présence d’As(III) et contrôlant l'initiation, la maturation et la dispersion des biofilms. Ainsi, l’As(III) retarde la formation du biofilm d’Herminiimonas arsenicoxydans en induisant la mobilité des cellules, alors qu’il favorise le développement d’un biofilm chez Thiomonas sp. CB2 en induisant la synthèse d’exopolysaccharides. Ces travaux soulignent la diversité des réponses adaptatives des souches bactériennes au stress arsénié. A terme, ils devraient faciliter la mise en œuvre d’une stratégie de bioremédiation des eaux arséniées en permettant d’anticiper le comportement de la population bactérienne d’intérêt.

A biofilm is a highly organized microbial community, allowing the resident cells to persist in a given ecological niche. These structures are able to trap toxic compounds such as arsenic. In addition, bacterial biofilms catalyzing arsenite [As(III)] oxidation into the more easily immobilized form arsenate [As(V)] are also of particular interest for their use in an arsenic bioremediation system. The aim of this work was to characterize strains of the Thiomonas genus, which seem to be well-suited for the treatment of arsenic contaminated waters, and to assess As(III) effects on the formation and development of arsenite oxidizing biofilms. The physiology and genomics of the Thiomonas strains were investigated using differential proteomics analyses and a comparative genomic hybridization (CGH) approach. These studies highlighted strong physiological differences between these closely related strains. These divergences may be explained, at least in part, by a high genome plasticity and the horizontal transfer of genomic islands. As(III) effects on arsenite oxidizing biofilms development were then assessed using confocal microscopy. This approach revealed various As(III) induced mechanisms affecting multiple biofilm developmental steps. Indeed, As(III) induces Herminiimonas arsenicoxydans flagellar motility what delays biofilm formation, whereas in Thiomonas sp. CB2 it promotes biofilm development through the induction of exopolysaccharides synthesis. These results highlight the high diversity existing in the bacterial adaptive responses to arsenic. Moreover, they might be helpful to develop a bioremediation process, allowing the anticipation of the bacterial population behavior.