Biominéralisation par des cyanobactéries : du modèle aux cellules

Axe 1 - Biominéralisation

Thèse de Nithavong CAM

Soutenue le 13 novembre 2015 à 10 h
Amphi Durand - Bâtiment Esclangon
Université P. et M. Curie
4 Place Jussieu 75005 Paris

Laboratoires co-porteurs

• Laboratoire de Réactivité de Surface
  Porteur de projet : Jean-François Lambert
  Co-encadrant : Thomas Georgelin
  Équipe : Biointerfaxes
• Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie
  Co-encadrant : Karim Benzerara
  Équipe : Géobiologie

Résumé

Cette thèse vise à avancer dans la compréhension de la formation récemment découverte de carbonates amorphes intracellulaires par des cyanobactéries.
Des synthèses abiotiques ont permis de produire des carbonates similaires aux inclusions intracellulaires en termes de morphologie, structure et composition chimique.
Ceci a permis notamment de discuter les conditions chimiques présentes dans le milieu intracellulaire de ces bactéries, qui semblent incompatibles avec les connaissances actuelles de l’intérieur des cyanobactéries.
Plusieurs souches de cyanobactéries formant ou non des carbonates intracellulaires ont été cultivées en laboratoire. Des études de chimie des solutions sur le milieu extracellulaire ont montré que la précipitation intracellulaire est un processus actif pour la cellule, c’est-à-dire nécessitant de l’énergie. De plus, les cyanobactéries formant des carbonates de calcium intracellulaires imposent de faibles concentrations en calcium dans leur milieu de vie.
Le suivi de la formation de carbonates intracellulaires dans des milieux contrôlés a aussi permis de démontrer qu’une espèce formait spécifiquement des carbonates de baryum et de strontium grâce à une affinité pour le baryum supérieure à celle pour le strontium, elle-même supérieure à celle pour le calcium. Ceci ouvre des perspectives intéressantes pour la dépollution et questionne l’utilisation des rapports Sr/Ca comme proxy des paléo-environnements.

A culture of cyanobacteria is grown in a medium containing Ca, Sr and Ba. We can observe Ca, Sr and Ba carbonates forming inside a cell by scanning transmission electron microscopy in bright field mode and the corresponding EDX mapping. These carbonates have a core-shell structure with successive layers of Ba, Sr and Ca. This spatial distribution illustrates the successive and selective incorporation of Ba then Sr and finally Ca within the cells.

Composition du jury

• Patrick Guenoun, ingénieur CEA, Rapporteur
• Oleg Pokrovsky, directeur de recherche, Rapporteur
• Alejandro Fernandez-Martinez, chargé de recherche, Examinateur
• Purificación Lopez-Garcia, directrice de recherche, Examinatrice
• Thibaud Coradin, directeur de recherche, Examinateur
• Karim Benzerara, directeur de recherche, Directeur de thèse
• Jean-François Lambert, professeur, Directeur de thèse

Publications

• N. Cam, T. Georgelin, M. Jaber, J-F. Lambert, K. Benzerara
  In vitro synthesis of amorphous Mg-, Ca-, Srand Ba-carbonates: what do we learn about intracellular calcification by cyanobacteria ?
  Geochim. Cosmochim. Acta. (2015)
  DOI: 10.1016/j.gca.2015.04.003
  Ref Hal : hal-01147190v1
• Nithavong Cam, Karim Benzerara, Thomas Georgelin, Maguy Jaber, Jean-Francois Lambert et al. 
  Selective uptake of alkaline earth metals by cyanobacteria forming intracellular carbonates
  Environmental Science & Technology, American Chemical Society, 2016, 50 (21), pp.11654-11662.
  DOI : 10.1021/acs.est.6b02872
  Ref Hal : hal-01383264v1

Oral presentation

• Abiotic synthesis of amorphous (Mg, Ca, Sr, Ba)- carbonates: mimicking intracellular controlled calcification by cyanobacteria
  12th International Symposium on Biomineralization. Freiberg, Saxony / Germany - 27-30 August
  N. Cam, T. Georgelin, K. Benzerara, M. Jaber, J-F. Lambert