En savoir plus - Laboratoire interdisciplinaire des environnements

Ecole doctorale RP2E
Sujet de thèse 2014 (LIEC-Nancy-Université de Lorraine)
Impact de la dynamique des processus bio-physicochimiques aux interphases bactériennes sur la
biodisponibilité de contaminants métalliques.
Mieux quantifier et évaluer les risques des contaminants sur les écosystèmes nécessite d’intégrer
l’écodynamique des espèces chimiques en solution (c’est-à-dire le couplage entre réactivité chimique
et transport) et les processus aux interphases de différents organismes cibles. L’ensemble de ces
processus biotiques et abiotiques conditionne la biodisponibilité des contaminants dans les milieux
continentaux (aquatiques ou terrestres). L’objectif de cette thèse est donc d’améliorer nos
connaissances sur les processus bio-physicochimiques qui contrôlent la dynamique d’internalisation
de contaminants métalliques à l’échelle d’interphases bactériennes, mais également sur les réponses
cellulaires associées.
Une première partie de la thèse sera consacrée à déterminer les flux de métaux pertinents au sein de
systèmes bactériens en suspension via une approche expérimentale intégrant la dynamique des
différents phénomènes mis en jeu, c’est-à-dire le transport réactif du métal vers la biointerphase, sa
biosorption, son internalisation, et/ou son excrétion des cellules. Une attention particulière sera
portée sur l’influence des conditions physicochimiques du milieu (pH, force ionique, présence
d’agents complexants) sur la biointernalisation des métaux. Ces expériences seront menées à l’aide
de techniques électroanalytiques avancées qui permettront de suivre in-situ la déplétion en métal tel
que le plomb, le cadmium ou le zinc, dans une suspension bactérienne. Pseudomonas putida, une
bactérie ubiquiste des sols et des milieux aquatiques pour laquelle de nombreux outils génétiques
sont disponibles, sera utilisée comme modèle dans cette étude. Différents mutants de P. putida
possédant des capacités de sorption, de translocation et d’accumulation variables des métaux
seront étudiés afin de modéliser la dynamique du transport des métaux à l’échelle de populations
bactériennes en suspension. Les mutations envisagées affecteront, par exemple, le transport
membranaire des métaux, la synthèse d’appendices de surface, ou la production cytoplasmique de
protéines chélatantes. L’ensemble des données expérimentales collectées sera confronté à de
récents formalismes théoriques afin d’analyser finement les paramètres biophysicochimiques qui
contrôlent la dynamique d’internalisation cellulaire des métaux. En complément, la réponse
cellulaire à l’exposition aux métaux sera étudiée à l’aide de biosenseurs bactériens luminescents,
portant une fusion transcriptionnelle entre un promoteur inductible par la présence de métaux et un
gène rapporteur codant la production de molécules fluorescentes (gfp) ou bioluminescentes
(luciférase). La réponse temporelle de ces constructions génétiques, mesurée par photométrie, sera
étudiée dans les souches mutantes précitées et pour différentes compositions physicochimiques du
milieu d’exposition. Les paramètres biotiques et abiotiques contrôlant la biodisponibilité des métaux
pourront être ainsi déterminés et serviront à mieux contraindre les modèles physico-chimiques
établis jusqu’à présent. Cette étude globale des réponses transcriptionnelles à l'échelle d’une
population bactérienne sera complétée par des mesures similaires à l'échelle de la cellule unique par
microscopie de fluorescence et à force atomique, afin d’évaluer la variabilité de la réponse des
cellules au stress métallique.
L’étude sera réalisée au Laboratoire Interdisciplinaire des Environnements Continentaux (UMR CNRS
7360) à Nancy. Le projet est essentiellement expérimental mais il est attendu que le candidat puisse
s’approprier les formalismes théoriques essentiels à la compréhension des mesures, et intégrer une
recherche pluridisciplinaire. Le candidat devra posséder de solides connaissances en physico-chimie
des interfaces et colloïdes. Des connaissances en microbiologie sont fortement recommandées mais
ne sont pas essentielles pour le poste à pourvoir.
Début prévu de thèse: septembre-octobre 2014.
Pour candidater, envoyer un CV, une lettre de motivation ainsi que vos notes et classement de
Master ou équivalent, à l’adresse email : [email protected]
Encadrement/ pilotage :
Jérôme F.L. Duval (DR2 CNRS - HDR) –Directeur de thèse
Mail : [email protected] – Tel : 03-83-59-62-63
Patrick Billard (MC- université de Lorraine) – Co-encadrant
Mail : [email protected] – Tel : 03-83-68-42-95
Elise Rotureau (CR2 CNRS) - Co-encadrant
Mail : [email protected] – Tel : 03-83-59-62-94
Christian Mustin (DR2 CNRS - HDR)
Mail : [email protected] – Tel : 03-83-68-42-94
Récentes publications des encadrants :
1) J.F.L Duval, E. Rotureau, Dynamics of metal uptake by charged biointerphases: impacts of
depletion, internalisation, adsorption and excretion. Physical Chemistry Chemical Physics. In press.
2) E.Rotureau, Analysis of metal speciation dynamics in clay minerals dispersion by Stripping
Chronopotentiometry techniques, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects,
441, 291-297 (2014)
3) J.F.L. Duval, Dynamics of metal uptake by charged biointerphases: bioavailability and bulk
depletion. Physical Chemistry Chemical Physics, 15, 7873-7888 (2013).
4) A. Cébron, F. Arsene-Ploetze, P. Bauda., P.-N. Bertin, P. Billard, C. Carapito,S. Devin, F. GoulhenChollet, J. Poirel, C. Leyval. Rapid impact of phenanthrene and arsenic on bacterial community
structure and activities in polluted sand batches. Microbial Ecology. Accepted.
5) W. Ghach,M. Etienne, P. Billard, F.-P.-A. Jorand, A. Walcarius. Electrochemically assisted bacteria
encapsulation in thin hybrid sol-gel films. Journal Of Materials Chemistry B. 1, 1052-1059. (2013)
6) F. Aldeek, R. Schneider,M.-P. Fontaine-Aupart, C. Mustin, S. Lecart, C. Merllin,J.-C Block. Patterned
Hydrophobic Domains in the Exopolymer Matrix of Shewanella oneidensis MR-1 Biofilms. Applied
And Environmental Microbiology. 79, 1400-1402 (2013)
7) A.-J. Bongoua-Vevisme, A. Cébron, K.-E. Kassin, G.-R. Yoro, C. Mustin, J. Berthelin. Microbial
Communities Involved in Fe Reduction and Mobility During Soil Organic Matter (SOM) Mineralization
in Two Contrasted Paddy Soils. Geomicrobiology Journal. 30, 347-361. (2013)

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