Team:Lyon-INSA-ENS/Project/ContextFr

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 provenancce 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.

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.