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– DynaBio

Résumé de soumission

Le but de notre projet est d'étudier la structure, la réactivité et la variabilité de la matrice d'exopolymères qui composent l'espace intercellulaire de biofilms. Les biofilms, qui correspondent à des populations organisées de microorganismes (ex. bactéries, levures), peuvent être observés sur des tissus vivants, des surfaces minérales ou synthétiques. Ils adhèrent par l'intermédiaire d'une matrice viscoélastique composée d'exopolymères (EPS) organiques. Cette matrice intercellulaire constitue, avec les surfaces bactériennes, la vraie interface entre les cellules et leur environnement. Des données convergentes suggèrent une ré-organisation constante de cette matrice traduisant une réponse adaptative de la communauté bactérienne soumise à des pressions environnementales. Selon les conditions environnementales, les bactéries du biofilm consomment ou produisent une large variété d'hétéropolymères organiques exocellulaires. Leurs propriétés physico-chimiques très différentes causent un gonflement ou une contraction du biofilm et confèrent à ces EPS la capacité d'une barrière défensive contre des paramètres environnementaux « agressifs ». Dans notre projet, nous avons sélectionné O2 en tant qu'agent de stress efficace et représentatif de certaines situations environnementales. Nous formulons l'hypothèse que le stress oxydant causé par des variations des concentrations environnementales en oxygène (faible/fort) déterminent l'expression de nouvelles molécules ou de polymères partiellement modifiés mais dont les propriétés physico-chimiques seraient très différentes i.e. polymères plus hydrophobes, export de réducteurs comme du glutathion, … entraînant de fait une fonctionnalité et une architecture nouvelle de la matrice d'EPS et du système biofilm. Dans cette approche, nous privilégions totalement le développement de mesures in situ des propriétés de la matrice d'EPS (par l'usage de nanosondes chimiques) sans imposer au système biofilm de méthodes destructrices comme l'extraction des polymères ou déformantes comme l'usage de microélectrodes qui ne renseignent par ailleurs pas à l'échelle cellulaire sur les flux d'oxydant reçus. Aussi, nous évaluerons cet effet barrière en mesurant à l'aide de biosenseurs, la perception par les cellules bactériennes du flux d'oxygène au travers de la matrice d'EPS modifiée par le stress. L'imagerie aux échelles nano et micrométriques de certaines propriétés physico-chimiques de la matrice des EPS et des surfaces cellulaires (hydrophobicité et propriétés redox), ainsi que la distribution des bactéries percevant l'oxygène représentent l'objet central de notre projet. Notre connaissance de la matrice EPS reste à améliorer dans la mesure où les EPS et leurs propriétés n'ont été que très mal caractérisés jusqu'à présent. Dans la plupart des cas, l'adaptation de populations microbiennes à leur environnement et la dynamique de la réorganisation de la matrice EPS, point central du projet, sont suggérées indirectement par des variations d'architecture et de densité des biofilms suivant l'exposition au stress. Dans ce contexte, nous proposons une étude in situ originale de la structure, de la réactivité et de la variabilité de l'espace intercellulaire de biofilms de Shewanella (bactérie modèle) grâce à une caractérisation à la fois physicochimique (nanosondes) et biologique (biosenseurs). Les biofilms seront soumis à un stress oxydant généré par le di-oxygène. Selon notre hypothèse, les cellules modifieraient la composition de la matrice EPS, en les rendant plus hydrophobes de manière à limiter la diffusion du dioxygène. De même, des espèces chimiques antioxydantes comme le glutathion seraient exportées. Ce projet impliquera les compétences et la collaboration de physico-chimistes (microscopie de fluorescence confocale et biphotonique, microscopie de fluorescence résolue en temps), de chimistes organiciens (nanosondes spécifiques), et de biologistes moléculaires (développement de biosenseurs). La connaissance acquise au cours de ce projet doit permettre une meilleure connaissance de l'expression d'exopolymères dans les biofilms (sous l'effet de paramètres environnementaux), des phénomènes de diffusion au sein de la matrice, des capacités d'accumulation et de transport de polluants hydrophobes par de la biomasse. Ce travail devrait conduire à de nouvelles approches permettant de contrôler les caractéristiques de la matrice d'EPS et par voie de conséquence les biofilms dans les systèmes industriels, les procédés de bioremédiation, et la biofloculation dans les procédés de traitement des eaux.

Coordination du projet

Jean Claude BLOCK (Organisme de recherche)

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

Aide de l'ANR 350 000 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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