TRANSPORT ET CRISTALLISATION DU CARBONATE DE CALCIUM LIE A LA MATIERE ORGANIQUE : ETUDE BIOMIMETIQUE DU FLUIDE EXTRAPALLEAL – NACRE FLUID

1.Contexte scientifique et objectifs du projet - Au cours de la formation de certains carbonates biogènes, la mobilisation, le transport et la croissance se produisent grâce à un état dense, probablement amorphe du carbonate de calcium, étroitement associé à la matière organique (ACC). L'existence de cette forme de carbonate stabilisée par des composés organiques est très fortement suggérée par les conditions de transport minéral en l'absence de flux aqueux sous forme dissoute. Nos groupes, Museum de Paris et ISTO, viennent de publier un brevet décrivant la découverte du rôle du fluide minéralisateur d'un mollusque et le mode opératoire pour son extraction. Nous allons mener l'étude structurale et bio-géochimique de ce fluide et reproduire la croissance de ces bio-cristaux en laboratoire. - - 2.Description du projet, méthodologie - Méthodologie. Il s'agit d'une approche expérimentale pluridisciplinaire et analytique. Par biomimétisme nous entendons l'étude d'un processus parfaitement maîtrisé par la nature afin d'en comprendre les mécanismes élémentaires et sa reproduction in vitro. - La description du projet. L'analyse de ce fluide complexe, hybride, sera menée par étape. Nous comptons d'abord réaliser une analyse globale élémentaire et ionique. Une part importante concernera alors l'analyse globale moléculaire (protéines, lipides et polysaccharides). L'analyse des protéines de la nacre a été réalisée à partir des couches calcifiées chez les mollusques dans plusieurs laboratoires dans le monde ainsi qu'au Museum. Par contre, l'analyse des protéines du fluide précurseur de la nacre n'a été que très peu exploitée et uniquement sur Mytilus edulis (Hattan et al. Biol. Chem. 276:4461-8, 2001). L'opportunité qui est offerte d'analyser ces protéines, telles que sécrétées par l'animal est un atout inestimable pour l'équipe française. Nous comptons nous limiter à certaines d'entre elles uniquement. - Dans une deuxième étape, les fractions 'solides' de ce fluide seront tout d'abord étudiées par les méthodes de la cristallographie aux rayons-X ou avec les moyens de la haute résolution par MET (ISTO) complétées par des études de cartographie chimique en NanoSims (Museum) ainsi que l'étude de ses liaisons par Raman (Museum). On compte étudier la texture du fluide en microscopie électronique à balayage haute résolution sur échantillons cryopréparés (cryo-MEB) ainsi que des méthodes de coloration grâce à des marqueurs moléculaires maîtrisées par l'ISTO. - Dans un troisième temps nous aborderons les mécanismes de remobilisation des vésicules et leur cristallisation in vitro. Les caractérisations s'appuieront sur deux techniques très complémentaires, la micro-spectrométrie Raman et la cathodoluminescence (partenaire 3). Des techniques de coloration sont envisagées pour suivre la dynamique du processus. - - 3.Résultats attendus - On attend à la fin du projet une description des vésicules ACC, leur taille, peut-être leur composition en lipides, en protéines etc.., ou toute forme que prend le carbonate de calcium si l'hypothèse des vésicules ne se vérifiait pas. On attend également de connaître leur origine et leur comportement au moment de la nucléation et de la cristallisation. - La connaissance des molécules diverses associées aux carbonates a de façon évidente des implications fondamentales en carbonatogenèse ainsi que des implications en sédimentologie et biogéochimie globale des carbonates. On peut également imaginer qu'elle ouvre la voie d'une nouvelle source de marqueurs moléculaires pour le paléo-environnement. - La croissance de bio-cristaux en laboratoire, avec la nanostructure que nous avons mise en évidence dans la nacre des Pinctadines, sera de toute évidence un résultat important. - Les applications dans le domaine de la biologie sont enfin très prometteuses. En effet les processus de minéralisation chez l'animal et chez l'homme sont proches (voir les nombreux travaux du Pr Lopez dans la suite du texte). On peut natur