Caractérisation du cycle marin des halométhanes : microbiologie, biochimie et géochimie de systèmes bactériens modèles, nouveaux partenaires microbiens et processus associés – MAHABIO

Les composés organo-halogénés volatils sont toxiques pour les organismes vivants et contribuent à la destruction de l'ozone stratosphérique. Les mers et les océans sont des sources importantes de ces composés, notamment d’halométhanes, produits en grande quantité par les micro-organismes et les algues. A l’inverse, les halométhanes peuvent représenter des nutriments pour les bactéries marines. Par conséquent, les concentrations atmosphériques mesurées de ces composés apparaissent stables et ne reflètent pas l'ampleur et la dynamique de leur production et de leur consommation. De plus, les sources et les puits d'halométhanes, ainsi que les flux qui en résultent dans le milieu marin et dans l'atmosphère, restent mal caractérisés. Ainsi à ce jour, une seule voie de dégradation microbienne du chlorométhane (CH3Cl) a été élucidée bien que de nombreuses études dans la littérature suggèrent clairement que d'autres voies existent.
Le projet de recherche franco-allemand MAHABIO, d'une durée de 36 mois, ambitionne de renouveler les recherches sur les cycles biogéochimiques globaux des composés halogénés volatils. Il propose une approche résolument interdisciplinaire, innovante et très ciblée pour explorer et caractériser les processus bactériens associés à la production et à la consommation de chlorométhane dans l'environnement marin.
MAHABIO associe 2 partenaires français et 2 partenaires allemands aux expertises complémentaires en microbiologie, génétique, biochimie et analyse. Les approches expérimentales combinent la culture de micro-organismes marins en conditions oxique et anoxique, l'analyse chimique et isotopique des halométhanes, la caractérisation biochimique et enzymatique des déhalogénases bactériennes, et la caractérisation de souches pures, de communautés synthétiques, de microcosmes et d'échantillons environnementaux par approches globales « omiques ».
MAHABIO est organisé en 3 workpackages expérimentaux : i) caractérisation de la consommation de chlorométhane par des échantillons marins, y compris dans des conditions anoxiques jusqu'ici négligées, et caractérisation des déhalogénases des souches de référence ; ii) quantification de la production bactérienne de chlorométhane dans des échantillons marins et par des souches bactériennes de référence ; et iii) étude intégrative de la production et de la consommation concomitantes de chlorométhane par des communautés bactériennes synthétiques.
L’interaction synergique de l’ensemble des expertises des partenaires de MAHABIO sur tous les aspects du travail proposé est un atout clé du projet. De fait, de nombreuses conditions préalables à ce projet ont déjà été validées lors d'expériences préliminaires (culture de bactéries marines dégradant le chlorométhane, analyse d’isotopes stables du chlorométhane incluant les trois éléments de la molécule (C, H et Cl), et caractérisation préliminaire (par approche génétique et protéomique) chez une bactérie marine d’une voie de dégradation du chlorométhane non encore caractérisée).
L'analyse approfondie de chaque aspect du projet a permis d'identifier explicitement les risques associés, et de proposer des solutions de repli. Par ailleurs, un projet EC2CO du CNRS, initié cette année et piloté par le coordinateur scientifique de MAHABIO, apportera des éléments complémentaires utiles à ceux proposés dans MAHABIO.
Des résultats scientifiques et technologiques très prometteurs sont attendus de MAHABIO : i) caractérisation biochimique, enzymatique et génétique de nouvelles enzymes bactériennes impliquées dans la production et la consommation de chlorométhane, et ii) biomarqueurs et signatures isotopiques associés à la production et à la consommation de chlorométhane. Les résultats escomptés permettront d'améliorer la compréhension du cycle biogéochimique du chlorométhane dans l'environnement marin et contribueront à l'élaboration de nouvelles études de pointe sur les cycles biogéochimiques globaux essentiels au fonctionnement de notre planète.