Team:Lyon-INSA-ENS/Project/ContextFr

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L'activité d'une centrale nucléaire moderne à réacteur à eau pressurisée génère des <b>effluents radioactifs</b>. Ceux-ci contiennent entre autres du <b>cobalt radioactif</b>.
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Les tuyaux du circuit de refroidissement sont faits d'un alliage d'acier riche en cobalt. Ce cobalt est stable (59Co).
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              <li> <a href="#rcn-csgBAEFG"> <font color="green"> <b> Surproduction de Curli via un opéron synthétique contrôlé par le promoter Prcn-csgBAEFG inductible par le cobalt</b> </font> </a> </li>
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Sous le bombardement de neutrons provenant du réacteur, le cobalt stable se transforme en un isotope radioactif, le cobalt 60 (60Co).
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              <li> <a href="#ompR"> <font color="green"> <b> Surexpression du gène Curli via le superactivateur OmpR234  </b> </font> </a> </li>
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              <li> <a href="#adhesion"> <font color="green"> <b> Ingénerie chez<i> E. coli</i> au niveau de l'adhésion afin d'améliorer la bioremédiation </b> </font> </a> </li>
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              <big>Surproduction de curli </big>via un opéron synthétique contrôlé par le promoter P<i>rcn-csgBAEFG</i> inductible par le cobalt<br><HR>
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La capture de ce métal est intéressante d'un point de vue <b>sanitaire</b> car celui-ci présente un danger sous ses deux formes : sous la <i>forme radioactive</i> et sous sa <i>forme stable</i> (cancérigène). La capture du cobalt présente également un <b>enjeu environnemental</b> afin d'éviter des <i>contaminations des eaux</i> de surface et souterraines ainsi que des sols. Même si le cobalt 60 possède une <b>demi-vie courte</b>, il émet cependant des rayons gamma de forte intensité et se décompose en nickel stable mais polluant.
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<img name="emp" src="https://static.igem.org/mediawiki/2011/e/eb/Schema_projet.png" heigth="479px" width="650px" border=0 usemap="#ma_map"/>
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Contrôler la récupération du cobalt radioactif est à la fois une question sanitaire et une question environnementale que nous avons l'intention de résoudre grâce à une <b>réponse innovante et économique</b>. Une chercheur de l'équipe de Lyon-INSA-ENS, <i>Agnès Rodrigue</i>, a récemment construit une souche d'E.coli capable d'éliminer le cobalt radioactif. Après seulement deux fois une heure d'incubation, cette <b>souche élimine 85% du cobalt</b> initialement présent à l'état de traces dans une reconstitution d'un effluent nucléaire, effluent fait d'un mélange de métaux lourds (Appl Microbio Biotechnol 2009 81:571- 578).
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              Surexpression du gène Curli via le superactivateur OmpR234  <br><HR>
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Le procédé développé par l'équipe d'Agnès Rodrigue garantit la <b>décontamination du cobalt jusqu'à 0,5 ppm</b> (8 nM dans 100 000L) avec seulement <b>4kg de bactéries</b> contre 50 kg avec des bactéries non modifiées ou <b>8 000 kg de résines échangeuses d'ions</b>. Ce genre de procédé qui se base sur des <b>bactéries génétiquement modifiées</b> est intéressant puisque la production de bactéries dans un bio-réacteur est plutôt peu coûteuse. Cependant, une question reste non résolue à la fin de cette étude : la séparation des bactéries ayant fixé le cobalt.
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<img name="emp2" src="https://static.igem.org/mediawiki/2011/1/19/Schema2.jpg" heigth="479px" width="650px" border=0 usemap="#ma_map2"/>
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            Ingénerie chez<i> E. coli</i> au niveau de l'adhésion afin d'améliorer la bioremédiation<br><HR>
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Le <big>premier objectif</big> de notre projet est d'induire la <b>fixation de bactéries</b> optimisées pour la capture du cobalt et sa rétention en réponse à la présence de contaminant dans les effluents à traiter. Cela pourra se faire notamment grâce aux nouvelles techniques de génétique.
 
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<b>Biofilms et dépollution.</b> Souvent associé à des maladies et un encrassement non voulu des surfaces, les biofilms
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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
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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 bofilm 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 remédiation.
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Le <big>deuxième objectif</big> est de développer des souches capables de <b>construire sur demande des bio-films</b>. Notre but est de créer des capteurs qui pourront déclencher la formation de biofilms en réponse à la présence d'éléments radioactifs variés et d'offrir  un procédé de bio-remédiation plus efficace et moins couteux.
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<b>Strategy: boost natural abilities!</b> Binding to extracellular matrix, efflux pumps and
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activation of transporters allow concentration and sequestration of biocides such as metals.
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Genetic engineering allows to boost these activities and to improve the treatment of metallic
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pollution, especially for toxic metals in low concentration. Classic chemical processes using
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ion-exchange resins are then economically inappropriate, and thanks to their high selectivity,
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micro-organisms appear very efficient.
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Pour conclure, notre objectif est donc de <b>déposer une part</b> qui permet de rendre n'importe qu'elle souche inductible au cobalt. <big>En présence de cet élément, les souches vont devenir adhérentes et former des biofilms grâce à leur curli.</big>
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<b>OGM biofilters for nuclear liquid waste treatment.</b> Treatment of nuclear waste is a
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promising application for biological treatment of metals contaminations. Confinement is
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indeed a major hindrance to the use of Genetically Modified Organisms for waste treatment.
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Since radioactive waste are submitted to a strict and regulated handling, use of GMO in this
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context should be well-accepted by the society. The activity of modern nuclear power plants
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with pressurized water reactors generates radioactive effluents that contain among others
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radioactive cobalt. The tubing of the cooling circuit is made of a steel alloy rich in cobalt and
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nickel. Under neutrons bombardment coming from the reactor, <b>these stable metals change into
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radioactive isotopes.</b> </p>
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    Undergoing neutron bombardment coming from the reactor , stable metals change into 60Co
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(half-life = 5.3 years) and 58Co (half-life = 71 days). The capture of cobalt is interesting on
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a <b>sanitary</b> point of view, because it represents a <b>danger under both its radioactive and
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stable forms (carcinogenic)</b>. It also represents an advantage on an <b>environmental</b> point of
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view, in order to avoid contamination of waters, soil and groundwater. Even with a short half
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life, cobalt 60 emits <b>high intensity gamma rays</b>, and decays to nickel, which is stable but
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polluting.
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<b>Selective cobalt capture.</b> Controlled immobilization of radioactive cobalt is both an
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important sanitary and environmental issue. Activation products are routinely captured
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by using synthetic ion exchangers. This generates large volume of solid waste due to the
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nonspecific nature of ion sorption. In this context, a researcher from the Lyon INSA-ENS
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team has recently constructed an <b>E.coli strain able to eliminate 85% of radioactive cobalt </b> initially present as traces in a simulated nuclear effluent.</p>
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    An efflux gene rcnA* knockout mutant of the E. coli was engineered to produce a transporter
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with preferential uptake for cobalt (NiCoT). The process that was developed by Agnès
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Rodrigue and her Indian colleagues ensures the decontamination of cobalt <b>up to 0,5 ppm</b> (8
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nM in 100 000L) with <b>only 4kg of bacteria as against 50kg</b> with an unmodified bacterium or
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8,000kg of an ion-exchange polymer in only twice one-hour incubations. This kind of process
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with modified bacteria will be a good value because the production of bacteria in a bioreactor
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is economical. (Appl Microbio Biotechnol 2009 81:571- 578). <br/>
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* rcnA = resistance to cobalt and nickel
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<b>“Cobalt Buster” biofilter.</b> Our objective is to facilitate the recovery of the metal-stuffed
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engineer this sought-after adherence property by using the exceptional properties of the
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curli amyloid fibers. In a first approach, a synthetic operon comprising the absolutely
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required genes for curli production under control of a strong and cobalt-inducible promoter
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was designed and synthesized. This construct allows K12 E. coli (MC4100, MG1655,
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NM522…) to stick to polystyrene and glass. Adherence is reinforced by the presence of
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cobalt and should avoid free floating growth. In a second approach, a part allowing the
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constitutive overproduction of the curli superactivator OmpR234 was constructed. By
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activating the cryptic curli genes located in the core genome of K12 E. coli, this part allows
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to increase bacterial adherence to polystyrene and glass. Such results lead us to discuss of a
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perspectives with the EDF company.
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Revision as of 15:18, 20 September 2011









Un projet ancré au coeur des préoccupations actuelles






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




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 bofilm 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 remédiation.



Strategy: boost natural abilities! Binding to extracellular matrix, efflux pumps and activation of transporters allow concentration and sequestration of biocides such as metals. Genetic engineering allows to boost these activities and to improve the treatment of metallic pollution, especially for toxic metals in low concentration. Classic chemical processes using ion-exchange resins are then economically inappropriate, and thanks to their high selectivity, micro-organisms appear very efficient.



OGM biofilters for nuclear liquid waste treatment. Treatment of nuclear waste is a promising application for biological treatment of metals contaminations. Confinement is indeed a major hindrance to the use of Genetically Modified Organisms for waste treatment. Since radioactive waste are submitted to a strict and regulated handling, use of GMO in this context should be well-accepted by the society. The activity of modern nuclear power plants with pressurized water reactors generates radioactive effluents that contain among others radioactive cobalt. The tubing of the cooling circuit is made of a steel alloy rich in cobalt and nickel. Under neutrons bombardment coming from the reactor, these stable metals change into radioactive isotopes.

Undergoing neutron bombardment coming from the reactor , stable metals change into 60Co (half-life = 5.3 years) and 58Co (half-life = 71 days). The capture of cobalt is interesting on a sanitary point of view, because it represents a danger under both its radioactive and stable forms (carcinogenic). It also represents an advantage on an environmental point of view, in order to avoid contamination of waters, soil and groundwater. Even with a short half life, cobalt 60 emits high intensity gamma rays, and decays to nickel, which is stable but polluting.

Corrosion results in solubilization of these activation products, and water contamination.



Selective cobalt capture. Controlled immobilization of radioactive cobalt is both an important sanitary and environmental issue. Activation products are routinely captured by using synthetic ion exchangers. This generates large volume of solid waste due to the nonspecific nature of ion sorption. In this context, a researcher from the Lyon INSA-ENS team has recently constructed an E.coli strain able to eliminate 85% of radioactive cobalt initially present as traces in a simulated nuclear effluent.

An efflux gene rcnA* knockout mutant of the E. coli was engineered to produce a transporter with preferential uptake for cobalt (NiCoT). The process that was developed by Agnès Rodrigue and her Indian colleagues ensures the decontamination of cobalt up to 0,5 ppm (8 nM in 100 000L) with only 4kg of bacteria as against 50kg with an unmodified bacterium or 8,000kg of an ion-exchange polymer in only twice one-hour incubations. This kind of process with modified bacteria will be a good value because the production of bacteria in a bioreactor is economical. (Appl Microbio Biotechnol 2009 81:571- 578).
* rcnA = resistance to cobalt and nickel

However, the recovery of cobalt-fixing bacteria has to be facilitated before to consider industrial application.



“Cobalt Buster” biofilter. Our objective is to facilitate the recovery of the metal-stuffed bacteria by inducing their fixation to a solid support. (France 3 movie?). We choose to engineer this sought-after adherence property by using the exceptional properties of the curli amyloid fibers. In a first approach, a synthetic operon comprising the absolutely required genes for curli production under control of a strong and cobalt-inducible promoter was designed and synthesized. This construct allows K12 E. coli (MC4100, MG1655, NM522…) to stick to polystyrene and glass. Adherence is reinforced by the presence of cobalt and should avoid free floating growth. In a second approach, a part allowing the constitutive overproduction of the curli superactivator OmpR234 was constructed. By activating the cryptic curli genes located in the core genome of K12 E. coli, this part allows to increase bacterial adherence to polystyrene and glass. Such results lead us to discuss of a possible industrialization with the ASSYSTEM company and of research and development perspectives with the EDF company.







ENS assystem Biomérieux INSA INSA