DS10 - Défi des autres savoirs

Elucidation du role du phytoplancton sur les transformations biotique et abiotiques aquatiques du mercure (Hg) – PHYTAMBA

Comment les algues microscopiques peuvent-elles contrôler l’impact d’un contaminant tel que le mercure ?

Le rôle des algues microscopiques dans le devenir du Hg est une question importante. Le projet PHYTAMBA impliquant 2 équipes de recherche du CNRS / Université de Pau Pays Adour (IPREM) et de l’Université de Genève (DEFSE) doit permettre d’obtenir de nouvelles connaissances fondamentales sur le cycle d'un contaminant «global» tel que le mercure (Hg) d’une importance cruciale pour le développement des stratégies efficaces d'atténuation et d’évaluation des risques pour l’environnement et la santé

Elucider les mécanismes d’accumulation ou d’élimination du mercure par des micro-organismes photosynthétiques modèles

a compréhension des voies de transformation du mercure (Hg) dans les systèmes aquatiques est un domaine de recherche actif. Cependant face à l'important travail sur les bactéries, le rôle des micro-organismes photosynthétiques dans les transformations chimiques ou biologiques du Hg n’est pas bien comprise. Le principal objectif de ce projet est d'obtenir de nouvelles informations sur le rôle du phytoplancton dans le devenir du Hg dans les milieux aquatiques. Le phytoplancton peut affecter le devenir du Hg et ses transformations directement par les réactions de méthylation, déméthylation ou bien d’oxydo-réduction et/ou indirectement par la production de molécules organiques pouvant capturer le Hg (ligands thiolés par exemple) et d’influencer les différentes voies de transformation chimiques. Les objectifs spécifiques du projet sont donc double: (i) déterminer les mécanismes dominants des voies de transformation biologiques du Hg influencées par le phytoplancton; (ii) d'examiner dans quelle mesure et dans quelles conditions les « ligands » produits par le phytoplancton affecteront davantage les processus chimiques dans l’environnement

Le projet propose une approche multidisciplinaire dont les résultats engloberont une large gamme d'expertise à la croisée des chemins entre la chimie analytique et environnementale, les isotopes stables naturels ou enrichis, la biochimie et de l'écotoxicologie. Des techniques de couplage innovantes basées sur la chromatographie en phase gazeuse ou liquide avec l’ICPMS ou la spectrométrie de masse moléculaire seront utilisées tout au long du projet pour effectuer des avancées sur la l’identification moléculaire des composés de mercure et de leurs ligands spécifiques (spéciation chimique). Des composés marqués par des isotopes enrichis du Hg seront également utilisés pour étudier les voies de transformation simultanées et à l'état de traces durant les différentes expériences biologiques ou chimiques. Enfin, le fractionnement isotopique naturel du Hg sera également étudié pour développer de nouveaux « traceurs » des voies de transformation du Hg pour mieux comprendre les processus mis en jeu dans les milieux aquatiques naturels. À ce jour, une telle approche expérimentale intégrative n'a jamais été effectuée sur le Hg et simultanément à l'échelle moléculaire et isotopique.

Les principaux travaux de recherche effectués à ce jour ont permis de mettre en place les différents protocoles expérimentaux et d’analyse biologique, moléculaire ou isotopique.
La plupart des résultats de la première phase d’expérience sont en cours de traitement et font l’objet des activités de recherche de 2 doctorants recrutés dans l’équipe de Pau (IPREM/CNRS) et de Genève (DEFSE/UNIGE).
Pour le moment nous pouvons retenir deux résultats importants et très prometteurs qui démontrent de la bonne avancée de nos travaux de recherche :
-Pour la première fois, nous avons évalué la distribution du mercure inorganique et du méthylmercure à des concentrations infimes dans les différents compartiments (extérieur de la cellule, parois membranaire de la cellule et intérieur de la cellule) d’une micro-algue verte et d’une cyanobactérie ;
-Nous avons aussi pu mettre en évidence la présence de ligands biotiques pouvant complexer spécifiquement le mercure inorganique et le méthylmercure à l’extérieur et à l’intérieur des cellules pour les 2 microorganismes étudiés.

Etant donné que l'importance du phytoplancton dans la le devenir et l’impact du Hg a toujours été remise en question, mais jamais abordé de manière systématique, de nombreux résultats innovants sont attendus dans le projet de recherche PHYTAMBA. De nouvelles connaissances fondamentales sur les principales voies de transformation d'un contaminant « global » tel que Hg seront d’une importance cruciale pour mieux prédire l’impact du Hg sur les écosystèmes et la santé biogéochimique, et évaluer les stratégies d'atténuation des risques environnementaux.

à venir

La compréhension des voies de transformation du mercure (Hg) dans les systèmes aquatiques est un domaine de recherche actif. Cependant face à l'important travail sur les bactéries, le rôle des micro-organismes phototrophes dans les transformations abiotiques et biotiques du Hg n’est pas bien comprise. Le principal objectif de ce projet est d'obtenir de nouveaux schémas mécanistiques sur le rôle du phytoplancton dans le cycle du Hg et ses transformations dans les eaux de surface. Le phytoplancton peut affecter le cycle du Hg et ses transformations directement (par exemple par la transformation biotique du métal accumulé, par l'intermédiaire de la méthylation / déméthylation, des processus de réduction / oxydation) et/ou indirectement par l'excrétion de ligands avec une forte affinité pour le Hg, tels que les thiols, qui sont capables d’influencer les différentes voies de transformation abiotiques. Les objectifs spécifiques du projet sont donc double: (i) déterminer la cinétique et les mécanismes dominants des voies de transformation biotiques du Hg influencées par le phytoplancton; (ii) d'examiner dans quelle mesure et dans quelles conditions les ligands biogènes produits par le phytoplancton affecteront davantage les processus abiotiques supplémentaires. Compte tenu de la forte affinité du mercure pour les thiols (pour le Hg inorganique (II) et le méthyle mercure), nous proposons de focaliser notre étude spécifiquement sur les transformations des espèces du Hg influencées par les complexes avec des thiols réduits provenant du phytoplancton qu’ils soient de masse moléculaire faible ou élevée.
Le projet propose une approche multidisciplinaire dont les résultats engloberont une large gamme d'expertise à la croisée des chemins entre la chimie analytique et environnementale, les isotopes stables naturels ou enrichis, la biochimie et de l'écotoxicologie. Des techniques de couplage innovantes basées sur la chromatographie en phase gazeuse ou liquide avec l’ICPMS ou la spectrométrie de masse moléculaire seront utilisées tout au long du projet pour effectuer des avancées sur la spéciation moléculaire des composés de mercure et de leurs ligands spécifiques. Des composés marqués par des isotopes enrichis du Hg seront également utilisés pour étudier les voies de transformation simultanées et à l'état de traces durant les différentes expériences biotiques et abiotiques. Enfin, le fractionnement isotopique naturel du Hg sera également étudié pour développer de nouveaux « proxies » des voies biotiques et abiotiques parallèles dans les milieux de culture et qui pourraient ensuite être proposés pour comprendre les processus biogéochimiques du Hg dans les milieux aquatiques naturels. À ce jour, une telle approche expérimentale intégrative n'a jamais été effectuée sur le Hg et ses interactions avec des micro-organismes simultanément à l'échelle moléculaire et isotopique.
Etant donné que l'importance du phytoplancton dans la biogéochimie du Hg a toujours été remise en question, mais jamais abordé de manière systématique, de nombreux résultats innovants sont attendus dans le projet de recherche proposé. De nouvelles connaissances fondamentales sur les principales voies de transformation d'un contaminant « global » tel que Hg sera d’une importance cruciale pour le développement de la modélisation biogéochimique du Hg, des stratégies d'atténuation et d’évaluation des risques environnementaux.
Ce projet de collaboration devrait servir de tremplin pour le développement ultérieur d’une coopération de recherche mutuellement bénéfique et d’échanges entre les équipes de recherche de l'Université de Genève (V. Slaveykova) et du CNRS (D. Amouroux). Ce projet bénéficie de la forte complémentarité, de l'expérience antérieure de collaboration et de la synergie d’expertise entre les deux équipes, ce qui garantit la réalisation des objectifs de recherche abordant l'un des défis actuels de la biogéochimie des élément traces potentiellement toxiques.

Coordinateur du projet

Monsieur David Amouroux (Institut des Sciences Analytiques et de Physico-chimie pour l'Environnement et les Matériaux)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IPREM Institut des Sciences Analytiques et de Physico-chimie pour l'Environnement et les Matériaux
DEFSE Department F.A. Forel for environmental and aquatic sciences, University of Geneva

Aide de l'ANR 684 688 euros
Début et durée du projet scientifique : - 48 Mois

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