Team:Lyon-INSA-ENS/Project/IntroductionFr

Le projet "Cobalt Buster"

• Surproduction de Curli via un opéron synthétique contrôlé par le promoter Prcn-csgBAEFG inductible par le cobalt


• Surexpression du gène Curli via le superactivateur OmpR234


• Ingénerie chez E. coli au niveau de l'adhésion afin d'améliorer la bioremédiation

Surproduction de curli via un opéron synthétique contrôlé par le promoter Prcn-csgBAEFG inductible par le cobalt

Surexpression du gène Curli via le superactivateur OmpR234

Ingénerie chez E. coli au niveau de l'adhésion afin d'améliorer la bioremédiation

Biofilms et dépollution. Souvent associé à des maladies et un encrassement non voulu des surfaces, les biofilms ont un un intérêt dans la bioremédiation, la biocatalyse ou comme biocarburant. Les procédés de bioremédiation utilise la capacité microbienne naturelle à dégrader les substances organiques ou à modifier la spéciation des métaux en les immobilisant ou en les rendant volatils. De telles propriétés sont observées dans les écosystèmes naturel ainsi que dans des systèmes artificiels utilisées pour nettoyer les déchets solides ou liquides. L'intensité et la qualité de cette activité microbienne dépend de facteurs physiques et chimiques locaux, mais aussi de la voie choisie par les bactéries (biofilm ou planton). La formation de biofilm est associée à la résistance à la plupart des biocides par divers mécanismes. L'adhésion est donc une propriété de choix dans la plupart des processus de remédiation.

Stratégie: stimuler les capacités naturelles ! La liaison à la matrice extracellulaire, les pompes d'efflux et l'activation des transporteurs permettent la concentration et la séquestration des biocides, tels que les métaux. Le génie génétique permet de dynamiser ces activités et d'améliorer le traitement de la pollution dûe au métaux, en particulier pour les métaux toxiques à faible concentration. Les procédés chimiques classiques utilisant des résines échangeuses d'ions sont alors économiquement inapproprié, et grâce à leur grande sélectivité, les micro-organismes semblent très efficaces.

Biofiltres OGM pour le traitement des déchets nucléaires liquides. Le traitement des déchets nucléaires est une application prometteuse pour le traitement biologique des contaminations dûe aux métaux. Le confinement est en effet un obstacle majeur à l'utilisation d'organismes génétiquement modifiés pour le traitement des déchets. Les déchets radioactifs étant soumis à un traitement rigoureux et réglementé, l'utilisation des OGM dans ce contexte devrait être bien accepté par la société. L'activité des centrales nucléaires modernes possédant des réacteurs à eau pressurisée génère des effluents radioactifs qui contiennent entre autres du cobalt radioactif. Le tube du circuit de refroidissement est composé d'un alliage d'acier riche en cobalt et nickel. Sous le bombardement de neutrons provenant du réacteur, ces métaux stables se changent en isotopes radioactifs.

En subissant un bombardement neutronique en provenance du réacteur, les métaux stables se transforment en 60Co (demi-vie = 5,3 ans) et 58Co (demi-vie = 71 jours). La capture du cobalt est intéressant du point de vue sanitaires puisqu'il représente un danger sous ses deux formes radioactives et stables (cancérigènes) . Cela représente également un avantage sur le plan environnemental en évitant la contamination des eaux, des sols et des eaux souterraines. Même avec une courte demi-vie, le cobalt 60 émet des rayons gamma de haute intensité , et se désintègre en nickel, élément stable, mais polluant.

La corrosion est la conséquences de la solubilisation de ces produits d'activation, et des contaminants de l'eau.

Une capture sélective du cobalt. contrôler l'immobilisation du cobalt radioactif est à la fois une importante question sanitaire et environnementale. Les produits d'activation sont régulièrement capturés en utilisant des résines échangeuses d'ions. Cela génère un grand volume de déchets solides en raison de la nature non spécifique des ions adsorbés. Dans ce contexte, une recherche effectuée lors d'une collaboration entre l'INSA de Lyon et l'ENS a récemment construit une souche E.coli capable d'éliminer 85% du cobalt radioactif présent initialement sous forme de traces dans un effluent nucléaire simulé.

Un gène d'efflux ARCN * KO mutant de la bactérie E. coli a été conçu pour produire un transporteur avec captation préférentielle pour le cobalt (Nicot). Le processus qui a été développé par Agnès Rodrigue et ses collègues indiens assure la décontamination du cobalt jusqu'à 0,5 ppm (8nM dans 100 000L) avec seulement 4 kg de bactéries contre 50 kg de bactérie non modifiée ou 8,000 kg d'un polymère échangeur d'ions durant seulement deux fois une heure d'incubation. Ce genre de processus utilisant des bactéries modifiées serait une bonne chose, car la production de bactéries dans un bioréacteur est économique. (Appl Microbio Biotechnol 2009 81:571 - 578).
* rcnA = résistance au cobalt et au nickel

Toutefois, l'utilisation de bactéries fixatrices de cobalt doit être facilitée, avant d'envisager une application industrielle.

“Cobalt Buster " biofiltre. Notre objectif est de faciliter la récupération du métal en induisant la fixation des bactéries sur un support solide. Nous avons choisi de travailler sur la propriété d'adhésion recherchée en utilisant les propriétés exceptionnelles des fibres amyloïdes curli. Dans une première approche, un opéron synthétique comprenant les gènes nécessaires à la production des curli sous le contrôle d'un promoteur fort inductible au cobalt a été conçu et synthétisé. Cette construction permet à E. coli K12 (MC4100, MG1655, NM522 ...) de se coller sur le polystyrène et le verre. L'adhésion est renforcée par la présence de cobalt et devrait éviter une croissance sans flottement. Dans une seconde approche, une part permettant une surproduction constitutive du superactivateur de curli OmpR234 a été construit. En activant les gènes curli situé dans le génome de base de E. coli K12, cette part permet d'augmenter l'adhérence des bactéries au polystyrène et au verre. Ces résultats nous amènent à discuter d'une industrialisation avec la société Assystem et de perspectives de recherche et de développement avec la société EDF.