Fin du projet Go BEAM : des avancées dans la recherche sur la transformation du mercure par les bactéries

Des avancées dans la recherche sur la transformation du mercure par les bactéries Fin du projet exploratoire E2S “Go BEAM”

Le projet de recherche Go BEAM, pour “Go inside a Bacterial cell methylating Mercury” (“à l’intérieur d’une bactérie méthylant le mercure”), porté par Marie-Pierre Isaure, enseignante-chercheuse à l’IPREM, s’est achevé comme prévu à l’automne 2023. Les développements méthodologiques et techniques mis en œuvre et les résultats obtenus ont contribué à une meilleure compréhension des transformations du mercure et de la production du méthylmercure par les bactéries. Ils posent les bases d’une nouvelle approche pour aborder la méthylation du mercure, ouvrant la voie à de nouvelles recherches.

Le mercure est l’un des polluants les plus préoccupants sur notre planète du fait de sa transformation, opérée par des bactéries anaérobies en milieu aquatique, en méthylmercure, un puissant neurotoxique. Le méthylmercure est ensuite bioamplifié et bioaccumulé le long de la chaîne alimentaire, avec à terme, un risque pour la santé humaine et environnementale.

Les mécanismes cellulaires et environnementaux impliqués dans le processus de méthylation du mercure sont mal compris. Décrypter les transformations du mercure à l’échelle de la cellule bactérienne permettrait donc de mieux appréhender sa toxicité et son devenir dans les milieux naturels.

Caractérisation du mercure par rayonnement synchrotron

Le projet Go BEAM (beam signifiant « faisceau lumineux » en anglais) visait à caractériser cette méthylation à l’échelle cellulaire grâce, entre autres, au rayonnement synchrotron, qui permet de produire des rayons X très intenses et d’explorer ainsi finement la matière. Il existe peu de synchrotrons dans le monde, dont deux en France et un près de Chicago, l’Advanced Photon Source à Argonne National Laboratory, où Marie-Pierre Isaure s’est rendue pendant 6 mois en 2022 grâce à une bourse Fulbright.

Les synchrotrons sont capables de détecter, dans la bactérie, la présence de mercure en quantité infime, de déterminer sa distribution à l’échelle cellulaire, et de caractériser sa forme chimique (spéciation). Ces informations sont importantes car la forme du mercure dans l’environnement peut jouer sur son assimilation par les bactéries et sur les taux de méthylation. Mettre au point l’imagerie du mercure à l’échelle d’une cellule bactérienne par nanofluorescences X sur rayonnement synchrotron a nécessité un important travail de préparation avec des techniques cryogéniques, pour que la cellule et la distribution du mercure soient préservées.

Une approche interdisciplinaire mêlant imagerie, chimie analytique et génétique

Le projet a permis de développer une nouvelle approche interdisciplinaire combinant des techniques synchrotron de pointe en imagerie et spectroscopie d’absorption des rayons X, des techniques de chimie analytique basées sur la spectrométrie de masse, et la génétique. En effet, l’équipe travaille sur une bactérie sulfato-réductrice modèle et il a fallu générer des mutants de cette bactérie afin de mieux comprendre le rôle de certains gènes.

L’équipe a notamment pu mettre en évidence une hétérogénéité dans la prise en charge du mercure au sein même de la population microbienne, l’importance des sulfures du milieu extracellulaire dans le processus de méthylation, et la formation de nanoparticules de mercure dont le rôle dans le processus de méthylation reste à déterminer.

Avec Marie-Pierre Isaure, géochimiste, l’équipe était constituée de Marisol Goñi-Urriza (microbiologiste) et Mathilde Monperrus (chimiste), d’une post-doc et de deux doctorantes financées par l’I-SITE E2S (Solutions pour l’Energie et l’Environnement). Ont également collaboré au projet Claire Gassie, Bahia Khalfaoui-Hassani et Rémy Guyoneaud (IPREM). Plusieurs articles scientifiques ont été publiés, notamment dans Environmental Science and Pollution Research, Frontiers in Microbiology, ou encore Talanta, et d’autres devraient bientôt l’être.

L’équipe s’est vue également financée par un projet ANR, Micromer (2022-2026), et un projet franco-américain, France And Chicago Collaborating in The Sciences, Nano X-Ilight (2022-2024), permettant aux chercheurs de continuer les recherches sur ce sujet de la méthylation/déméthylation du mercure par les bactéries sulfato-réductrices.

 

Ce projet a bénéficié d’une aide de l’État gérée par l’Agence Nationale de la Recherche au titre du programme d’Investissements d’avenir / Plan d’investissement France 2030 portant la référence ANR-16-IDEX-0002.