Soutenance de thèse de Elodie DESCAMPS

Ecole Doctorale
Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité
Biologie-Santé - Spécialité Microbiologie
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
greigite,magnétite,biomineralisation,bactérie magnétotactique,
Keywords
geigite,magnetite,biomineralization,magnetotactic bacteria,
Titre de thèse
Greigite ou Magnétite: les déterminants environnementaux et génétiques contrôlant la biominéralisation chez les bactéries magnétotactiques
Greigite or Magnetite: genetical and environmental determinants contoling the biomineralization in magnetotactic bacteria
Date
Lundi 12 février 2018
Adresse
Centre CEA Cadarache 13108 St Paul lez Durance
Salle 120
Jury
Directeur de these David PIGNOL CEA Cadarache
Rapporteur Claudine MEDIGUE Genoscope
Rapporteur karim BENZERARA Institut de Minéralogie, de Physique des Matériaux et de Cosmochimie Université Pierre et Marie Curie et CNRS
Examinateur Valérie MICHOTEY Institut Méditerranéen d'Océanologie
Examinateur Alain DOLLA CNRS Marseille
Examinateur Damien FAIVRE Max Planck Institute of Colloids and Interfaces

Résumé de la thèse

Les bactéries magnétotactiques représentent un groupe d’une grande diversité écologique et phylogénétique. Ces procaryotes sont capables de biominéraliser des nanocristaux de magnétite [un oxyde de fer (Fe(II)Fe(III)2O4)] ou de greigite [un sulfure de fer (Fe(II)Fe(III)2S4)] dans leurs magnétosomes qui sont des organelles alignés en chaînes leur permettant de naviguer le long des lignes de champ magnétique terrestre. Jusqu'à récemment, seules des souches produisant de la magnétite étaient disponibles en culture pure, conduisant à de nombreuses études sur les mécanismes de biominéralisation de cet oxyde de fer. En 2011, une nouvelle bactérie capable de former à la fois de la magnétite et de la greigite, Desulfamplus magnetovallimortis souche BW-1, a été isolée de la Vallée de la Mort en Californie et cultivée avec succès en laboratoire. Dans cette thèse, nous proposons d'utiliser une approche intégrée et multidisciplinaire pour comprendre les mécanismes de biominéralisation de la greigite en utilisant comme modèle d’étude la souche BW-1. Dans la première partie de ma thèse, nous avons cherché à déterminer les conditions environnementales et biologiques favorisant la formation de la magnétite ainsi que celles permettant la production de la greigite. Ces travaux ont également conduit à la caractérisation physiologique et phylogénétique de BW-1. Dans la deuxième partie de ma thèse, l’utilisation d’approches globales et ciblées de transcriptomique ont permis d'évaluer le niveau d'expression des gènes impliqués dans la formation des magnétosomes (magnétite vs. greigite) dans diverses conditions de croissance. De plus, une approche de protéomique a permis d’apporter des informations supplémentaires à cette étude. Les résultats de ma thèse ont permis de progresser dans la compréhension fondamentale de la biominéralisation in vivo, en particulier pour des bactéries magnétotactiques formant de la greigite. En outre, les nanoparticules de fer sont d'un intérêt accru pour des applications biotechnologiques en particulier dans le domaine médical. Ces données apportent donc de nouvelles méthodes efficaces pour la production in vitro ou in vivo de nanoparticules.

Thesis resume

Magnetotactic bacteria represent a phylogenetically and ecologically diverse group of prokaryotes able to biomineralize magnetic nanocrystals composed of magnetite [an iron oxide (Fe(II)Fe(III)2O4)] or greigite [an iron sulfide (Fe(II)Fe(III)2S4)] in their magnetosomes, a prokaryotic organelle whose cytoplasmic alignement in chain allows the cell to navigate along the Earth’s magnetic field lines. Until recently, only magnetite-producing strains were available in pure culture. Thus, only the magnetite biomineralization has been studied. In 2011, a new bacterium able to form both magnetite and greigite, Desulfamplus magnetovallimortis strain BW-1, was isolated from Death Valley, California and cultivated in pure culture. In this work, we propose to use an integrated and multidisciplinary approach to understand the mechanisms involved in greigite biomineralization in BW-1 strain. First, we determined the environmental and biological conditions in which magnetite and greigite are formed. This first part of my PhD also contributed to the physiologic and phylogenetic characterization of this bacterium. Secondly, we used global and targeted transcriptomic approaches to evaluate the transcription level of genes putatively involved in magnetosomes formation (magnetite vs. greigite) under various growth conditions. A proteomic approach provided additional informations to this study. The results obtained at the issue of my PhD contribute to the understanding of in vivo biomineralization, particularly for greigite production in magnetotactic bacteria. Moreover, since iron nanoparticles have a great potential for biotechnological applications, especially in medical field, our results unravel new efficient ways for in vitro or in vivo taylored nanoparticles production.