– HÆSPRI III

L'un des défis majeurs de la prochaine décennie est d'identifier clairement et de comprendre la réponse des systèmes biologiques et microbiens interagissant avec leur environnement. A l'heure actuelle, de nombreux travaux montrent qu'une grande partie des micro-organismes des sols ont une influence directe ou indirecte sur les processus d'altération des minéraux assurant la libération primaire d'éléments majeurs et d'oligo-éléments essentiels (Fe, Mg, S..). Ils interviennent ainsi dans le maintien ou la restauration des fonctions essentielles du sol (fertilité, structuration, transfert des éléments solubles vers les plantes...). Parmi l'ensemble de ces microorganismes, les bactéries hétérotrophes sont des acteurs cruciaux des écosystèmes naturels (sols et sédiments) ou anthropisés (sites miniers, décharges, sols agricoles, ouvrages d'art..). Certaines biotechnologies utilisent les capacités «altérantes» de ces microorganismes pour gérer des problèmes environnementaux (fertilité durable des sols, décontamination, élimination de déchets, séquestration du carbone...) ainsi que pour pallier à la raréfaction des ressources naturelles minérales (extraction et récupération de métaux à forte valeur ajoutée notamment). Enfin, à grande échelle, ces processus d'altération microbienne modifient, par effet feed-back, le cycle global du carbone atmosphérique et, de ce fait, ont un impact notable sur le climat terrestre. Ainsi, pour proposer des modèles réalistes de fonctionnement des sols, il est indispensable de bien comprendre les interactions bactéries-minéraux. En particulier, la connaissance précise des réactions chimiques entre bactéries (adhérentes ou non) et minéraux et de la dynamique de ces réactions en termes d'étapes limitantes, devrait permettre à moyen terme de proposer des solutions efficaces à certains problèmes environnementaux, notamment, ceux liés à la gestion et à la protection durable de la ressource sol. Ce projet vise, plus particulièrement, à identifier les mécanismes fondamentaux de l'altération des minéraux silicatés par voie bactérienne et à déterminer l'amplitude des variations du processus d'altération en fonction de la diversité fonctionnelle des bactéries, de la réactivité des minéraux et de la disponibilité des sources de carbone. Une nouvelle articulation dans les paradigmes de la science du sol et de l'écologie microbienne pourrait être ainsi introduite. Pour cela, le projet est structuré en 4 actions ou tâches principales. La première tâche consiste à définir de façon rationnelle des systèmes pertinents d'associations bactérie/minéraux. Il s'agit donc de présélectionner des souches ou des communautés bactériennes ayant des capacités d'altération spécifiques vis à vis de minéraux ubiquistes. Les minéraux choisis appartiennent à la famille des phyllosilicates pour lesquels des paramètres tels que la taille, la forme et la cristallochimie peuvent être ajustés de façon contrôlée. La deuxième tâche vise à identifier les voies métaboliques impliquées dans l'altération des minéraux par les bactéries. Pour cela, nous développerons une approche de type biotest couplée à une identification des gènes bactériens impliqués dans les processus d'altération. En parallèle et afin de pouvoir analyser in situ la variabilité de l'activité bactérienne aux interfaces minérales, nous développerons des approches de type biocapteurs utilisant l'induction spécifique ou dose-dépendante d'une fluorescence (GFP/DsRed) dans une population de bactéries « altérantes » génétiquement modifiées. La microspectroscopie confocale de fluorescence permettra d'étudier in vivo statistiquement et spatialement l'expression différentielle de ces gènes rapporteurs à l'échelle de la cellule. La troisième tâche a pour objectif d'analyser les modifications structurales et chimiques des surfaces minérales pendant et après bio-altération en se basant sur un pool de techniques spectroscopiques innovantes (émission bi-photonique, génération de seconde harmonique SHG, spectroscopie optique en champ proche, imageries synchrotron...) et de techniques plus "classiques" (Raman, adsorption de gaz haute résolution). Dans les deux précédentes actions, une attention toute particulière sera portée aux techniques de traitement du signal et d'identification dont le développement permettra d'obtenir une analyse complète et robuste des données issues des différentes techniques spectroscopiques utilisées. Finalement la quatrième tâche s'appuiera sur une analyse statistique et géostatistique de l'ensemble des données obtenues afin de tenter de mettre à jour les interrelations multiparamétriques des phénomènes complexes se produisant aux interfaces triples bactérie-minéral-solution. Ce travail devrait déboucher sur une connaissance accrue de la nature et de la dynamique des interactions se produisant entre constituants des sols qui permettra à plus long terme de pouvoir modéliser de façon plus réaliste le fonctionnement de ces milieux complexes.