CE34 - Contaminants, écosystèmes et santé

Compréhension des mécanismes moléculaires de tolérance et d'accumulation des métaux d’une microalgue verte hypertolérante du genre Coelastrella – DemoniaCo

Des approches classiques de biologie cellulaire et physiologie végétale sont utilisées pour étudier la tolérance de Coelastrella aux métaux.

Nos premiers résultats décrivent les réponses physiologiques de Coelastrella dans un milieu synthétique contenant de l’U. L’ensemble de ces données indique que Coelastrella est une microalgue verte tolérante à l’U, hyperaccumulatrice de ce métal, capable de dépolluer des eaux naturelles contaminées dans lesquelles la spéciation des métaux est complexe tout en accumulant des composés valorisables (lipides).

Des expériences d’imagerie élémentaire sont en cours pour localiser et quantifier l’U accumulé dans l’algue. Les réponses moléculaires de Coelastrella à l’U sont en cours d’analyse.

Camille Beaulier, Marie Dannay, Fabienne Devime, Célia Baggio, Nabila El Sakkout, Camille Raillon, Olivier Courson, Jacques Bourguignon, Claude Alban, Stéphane Ravanel. Characterization of a uranium-tolerant green microalga of the genus Coelastrella with high potential for the remediation of metal-polluted waters. doi.org/10.1101/2023.06.29.546994

Résumé de soumission

La pollution des écosystèmes terrestres et aquatiques par les éléments traces métalliques, également appelés métaux lourds, constitue une menace majeure et croissante pour l’environnement et la santé humaine. Une meilleure compréhension des effets de ces éléments toxiques sur les plantes terrestres et les microalgues est essentielle pour développer des approches de traitement des environnements contaminés par des procédés de phyto- et phycoremédiation. L'identification et la caractérisation d’organismes qui tolèrent et accumulent les métaux sont essentielles pour atteindre ces objectifs. En effet, ces organismes ont mis en place des mécanismes moléculaires sophistiqués pour faire face aux éléments toxiques. Le décryptage de ces stratégies est important pour comprendre comment les plantes/algues se comportent dans un scénario de contamination métallique de leur environnement et peut fournir des informations clés pour de nouvelles applications biotechnologiques pour la capture des métaux.
Nous avons isolé une microalgue unicellulaire photosynthétique hypertolérante aux métaux dans un environnement contaminé par l'uranium, un radionucléide chimiotoxique. Cette microalgue verte a été identifiée par séquençage de son ADNr 18S comme une espèce du genre Coelastrella, par la suite désignée Cos. En raison de sa capacité à vivre dans des milieux de culture contaminés par de fortes concentrations d'uranium ou d'argent, nous supposons que Cos a développé des mécanismes moléculaires uniques pour survivre dans des environnements pollués par certains éléments toxiques. A l'appui de notre hypothèse, il est connu que certaines plantes terrestres et microalgues tolérantes aux métaux ont établi des stratégies efficaces pour faire face aux métaux (absorption et efflux cellulaires, compartimentation, détoxification par des chélateurs...). Les loci génétiques clés qui expliquent les propriétés uniques de tolérance et d'accumulation des métaux ont été identifiés chez certaines plantes terrestres, par exemple chez l'espèce Arabidopsis halleri hypertolérante au zinc et au cadmium. Ces découvertes ont été essentielles pour mieux comprendre l'homéostasie des métaux chez les espèces tolérantes et non tolérantes. De plus, elles ont servi de base à de nouvelles stratégies visant à améliorer les propriétés de phytoextraction d’espèces végétales à croissance rapide et à forte biomasse, mais non tolérantes. Chez les microalgues vertes, cependant, les gènes impliqués dans la tolérance aux métaux et leur accumulation n'ont jamais été identifiés. L'objectif du projet DemoniaCo est de combler cette lacune et d'élucider les mécanismes moléculaires impliqués dans la tolérance et l'accumulation des métaux toxiques chez Coelastrella sp. Afin d’atteindre cet objectif, nous utiliserons une combinaison d'approches de physiologie cellulaire au sens large et de biologie des systèmes, en particulier une analyse approfondie des effets toxicologiques des métaux sur le transcriptome, le protéome, l'ionome et le métabolome de l'algue. Cette stratégie multi-échelle et intégrative sans précédent fournira de nouvelles informations sur la biologie fondamentale et appliquée d'une microalgue verte hypertolérante aux métaux. En plus de l'identification du réseau de gènes permettant à l’algue Cos de tolérer l'uranium et l'argent, les résultats attendus du projet comprennent la caractérisation de la tolérance à une variété d'éléments toxiques autres que l’uranium et l’argent, la caractérisation de l'absorption de ces métaux et de leur distribution subcellulaire dans les cellules algales, le comportement de la microalgue dans des eaux naturelles contaminées par des métaux afin d'estimer ses performances en matière de phycoremédiation, et l'étude du potentiel de Cos en tant qu'espèce modèle oléagineuse pour la production de lipides pour des applications de biocarburants.

Coordination du projet

Stéphane Ravanel (LABORATOIRE DE PHYSIOLOGIE CELLULAIRE ET VEGETALE)

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

LPCV LABORATOIRE DE PHYSIOLOGIE CELLULAIRE ET VEGETALE
BFP Biologie du Fruit et Pathologie

Aide de l'ANR 428 009 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2021 - 48 Mois

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