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Posté par Michel le Lundi 26/12/2011 à 00:00
Une bactérie produisant des nano-aimants
Un consortium international, impliquant des chercheurs du CEA (1), du CNRS et des universités de la Méditerranée et Pierre et Marie Curie, ainsi que des chercheurs du DOE (2) à Ames (USA), des universités du Nevada (USA), de Rio de Janeiro (Brésil), de San Luis Obispo (USA) et de Pannonia (Hongrie), vient de caractériser un nouveau groupe de bactéries magnétotactiques (MTB) capables de produire des nano-aimants de magnétite et de greigite (3) en fonction des conditions environnementales.

La caractérisation phylogénétique, physiologique et génomique de l'une de ces bactéries, nommée Desulfamplus magnetomortis BW-1, a été possible grâce à son isolement en culture (La définition que donne l'UNESCO de la culture est la suivante [1] :) et a permis ainsi d'identifier deux groupes de gènes essentiels à la formation des nano-aimants. Le premier groupe interviendrait dans la formation de nano-aimants de magnétite tandis que le second serait impliqué dans la production de nano-aimants de greigite. C'est la première fois qu'une bactérie magnétotactique produisant des cristaux de greigite est isolée en culture. Il s'agit d'une avancée majeure permettant d'élargir le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) des applications biotechnologiques de ces nano-aimants. Ces résultats ont été publiés dans la revue Science du 23 décembre 2011.


Echantillonnage de sédiments et d'eau saumâtre à Badwater Basin, vallée de la mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si on a pu parler de la mort dans un sens cosmique plus général,...), Californie
© LBC/CEA

Les bactéries magnétotactiques (MTB) possèdent un organite unique, appelé magnétosome, constitué de nano-cristaux magnétiques de greigite (Fe3S4) ou de magnétite (Fe3O4). Alignés comme une aiguille de boussole (Une boussole est un instrument de navigation constitué d’une aiguille magnétisée qui s’aligne sur le champ magnétique de la Terre. Elle indique ainsi le nord magnétique,...), ces nano-cristaux leur permettent de nager le long des lignes de champs magnétiques à la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique...) du milieu le plus favorable pour leur croissance. Bien que très largement répandues dans la nature, les MTB restent difficiles à cultiver en laboratoire. Seules quelques souches de ces bactéries, capables de produire uniquement des nano-aimants de magnétite, ont pu être cultivées. Quant aux bactéries magnétotactiques formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur...) des nano-cristaux de greigite, les chercheurs n'avaient à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil...) jamais réussi à les isoler.

Pour répondre à ce challenge, des chercheurs du CEA, du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), des Universités de la Méditerranée et Pierre et Marie Curie (Maria Sk?odowska-Curie (née à Varsovie le 7 novembre 1867 et décédée à Sancellemoz le 4 juillet 1934), connue en...), en collaboration avec leurs partenaires américains, brésiliens et hongrois, ont réalisé des prélèvements au Nevada et en Californie dans des milieux aquatiques constitués d'eau douce ou d'eau saumâtre. Ils ont montré la présence de bactéries magnétotactiques (MTB) produisant à la fois de la greigite et de la magnétite dans ces milieux. De plus, l'analyse phylogénétique (4) de ces bactéries leur a permis d'identifier deux nouveaux genres inconnus appartenant à la classe Deltaproteobacteria, l'une des classes bactériennes les plus étudiées.

Grâce à l'analyse d'échantillons provenant d'un bassin saumâtre de la vallée de la mort en Californie, les chercheurs ont réussi à isoler et à cultiver une bactérie, nommée Desulfamplus magnetomortis BW-1, appartenant à un de ces nouveaux genres bactériens et capable de produire à la fois de la greigite et de la magnétite. De manière générale, chez les MTB, la formation des magnétosomes est contrôlée génétiquement par un groupe de gènes, les gènes mam, qui sont spécifiques des bactéries magnétotactiques. Le séquençage du génome de la bactérie BW-1 a confirmé l'existence de ces gènes mam chez cette nouvelle espèce. Toutefois, chez BW-1, ces gènes s'organisent différemment et forment deux groupes de gènes distincts dans le génome. Le premier groupe est homologue aux gènes permettant chez les MTB la formation de nano-aimants de magnétite. Le second partage le plus de similarités avec des gènes impliqués dans la formation de nano-aimants de greigite. La formation des magnétosomes de magnétite et de greigite, chez la bactérie BW-1, serait donc régie par ces deux groupes de gènes dont l'expression serait régulée en fonction des conditions environnementales.

Un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'applications biotechnologiques sont à l'étude pour l'utilisation des nanocristaux de magnétite produit par les MTB, notamment pour l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par impression mécanique ;...) par résonnance magnétique, la dépollution ou l'utilisation de magnétosomes modifiés comme catalyseurs (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni des produits, ni des réactifs et n'apparaît...). La première mise en culture de cette nouvelle bactérie produisant de la greigite est une avancée majeure qui va permettre de caractériser ces nouveaux nanoaimants et d'élargir le champ des applications potentielles des magnétosomes.

Les travaux de cette étude ont partiellement été financés par la Fondation pour la Recherche Médicale.


Observation en microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre...) électronique à transmission d'une bactérie produisant des nano-cristaux de greigite
© LBC/CEA


Observation en microscopie électronique à transmission d'une chaîne de magnétosome de magnétite et de greigite (étoiles).
© LBC/CEA

Notes:

(1) L'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le...) de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des êtres...) Environnementale et de Biotechnologie (L’OCDE définit les biotechnologies comme "l’application de la science et de la technologie aux organismes vivants à d’autres matériaux vivants ou non vivants, pour...) de la Direction des sciences du vivant, Cadarache (Le centre de Cadarache est un centre de recherche nucléaire français situé dans les Bouches-du-Rhône, au confluent du Verdon et de la Durance sur un site de 1 625 hectares sur la commune de...).

(2) Department of Energy: équivalent du CEA aux Etats-Unis.

(3) La greigite est un minéral, un sulfure (En chimie, un sulfure est un composé chimique ou la combinaison de soufre avec un degré d'oxydation de -2, avec un autre élément...) de fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la...) qui possède des propriétés ferromagnétiques, au même titre que la magnétite.

(4) Identification par séquençage des ARN ribosomiques 16S de ces bactéries.


Référence:

A cultured greigite-producing magnetotactic bacterium in a novel group of sulfate-reducing bacteria (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des...). Christopher T. Lefèvre, Nicolas Menguy, Fernanda Abreu, Ulysses Lins, Mihály Pósfai, Tanya Prozorov, David Pignol, Richard B. Frankel, Dennis A. Bazylinski, Science, Dec/23/2011.


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Source: CNRS