Contribution des bactéries magnétotactiques à la séquestration du carbone inorganique et des éléments alcalino-terreux par la formation de phases minérales carbonatées intracellulaires – CarboMagnet

Connaitre la diversité des processus biologiques piégeant le carbone et leur dynamique est plus important que jamais afin d’identifier les puits et sources de carbone et prédire comment le changement climatique va affecter le fonctionnement des écosystèmes. Ainsi, la formation de CaCO3 par les bactéries a reçu une attention croissante du fait de son impact sur les cycles du C et du Ca, son aptitude à cimenter/stabiliser les sédiments et les sols, ou bien à remédier les sites pollués par les alcalino-terreux (AEE) (e.g., 90Sr, 226Ra). Souvent, ces processus de carbonatogenèse sont considérés uniquement comme extracellulaires et se déroulant dans des solutions aqueuses sursaturées par rapport aux phases de CaCO3. Cependant, plusieurs études dont les notres, ont montré que des espèces de cyanobactéries et une gammaprotéobactérie sulfoxidante géante non cultivée du genre Achromatium forment du CaCO3 amorphe intracellulairement (iACC). Cette biominéralisation peut se dérouler dans des solutions sous-saturées, où la précipitation de CaCO3 n’aurait pas lieu sans bactéries. Malgré l’intérêt géochimique de cette carbonatogenèse intracellulaire bactérienne, la distribution phylogénétique et environnementale de ces bactéries, les processus impliqués et son importance quantitative dans les cycles géochimiques restent inexplorés. Le projet CarboMagnet émerge de notre découverte récente de bactéries magnétotactiques très diversifiées formant des iACC à l’interface oxie-anoxie (OAB) dans des environnements aquatiques marins et d’eau douce, où de forts gradients chimiques (e.g., fO2, [H2S]…) se développent. Nous testerons plusieurs hypothèses : (i) ces bactéries sont un réservoir appréciable de carbone inorganique et d’AEE dans ces environnements ; (ii) La dynamique de ce réservoir dépend de la concentration en AEEs et/ou d’autres paramètres chimiques ; (iii) ce processus de séquestration est associé à un répertoire de gènes spécifiques et de métabolismes liés notamment au carbone et au soufre ; (iv) ces bactéries incorporent préférentiellement les AEEs lourds et fractionnent les isotopes du Ca et/ou du Mg de manière particulière ; (v) les carbonates formés peuvent être partiellement conservés dans les sédiments après la mort des cellules par cristallisation et/ou protection par des membranes. Les processus moléculaires et géochimiques de cette biominéralisation seront étudiés par une combinaison d’approches en biogéochimie, minéralogie, génomique et écologie microbienne, de la cellule unique à l’échelle de la communauté, et de l'environnement naturel jusqu’au laboratoire. In fine, CarboMagnet fournira de nouveaux modèles microbiens pour ce processus et quantifiera la contribution de ce réservoir au cycle du C et des éléments alcalino-terreux dans ces environnements. Plusieurs faits nous donnent un positionnement unique sur ce sujet. Ainsi, nous étudierons deux sites, relativement proches et faciles d’accès (Lake Pavin, Carry-le-Rouet) qui contiennent des bactéries magnétotactiques formant des iACC abondantes. Ces deux sites, environnementalement variés (eau douce vs marin), sont déjà très bien connus géochimiquement et microbiologiquement. Ensuite, nous avons démontré la possibilité d’utiliser des procédures de tri magnétiques permettant de manière unique d’étudier/enrichir/concentrer très efficacement ces bactéries, comparé aux autres bactéries formant des iACC mais non magnétotactiques. Troisièmement, nous sommes un consortium multidisciplinaire qui a l’expérience de travailler ensemble depuis plusieurs années et inclue toutes les expertises nécessaires et complémentaires pour mener à bien ce projet : l’étude microbiologique et génomique des MTB ; la caractérisation minéralogique et en microscopie des iACC et leur dérivés cristallins ; la mesure de fractionnements isotopiques et la caractérisation des conditions phyisochimiques et des équilibres chimiques en solution qui prévalent là où ces bactéries vivent.