Team:Lyon-INSA-ENS/Project/ContextFr

Le projet "Cobalt Buster"

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 intérêt dans la bioremédiation, la biocatalyse ou comme biocarburant. Les procédés de bioremédiation utilisent 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 naturels ainsi que dans des systèmes artificiels utilisés 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 de développement 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 une propriété recherchée 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 aux métaux, en particulier pour les métaux toxiques à faible concentration. Les procédés chimiques classiques utilisant des résines échangeuses d'ions sont alors économiquement inappropriés, 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 dûes 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 acceptée 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 intéressante du point de vue sanitaire puisqu'il représente un danger sous ses formes radioactive et stable (cancérigène) . Cela représente également un avantage sur le plan environnemental en évitant la contamination des eaux, des sols et des eaux souterraines. Bien qu'ayant une demi-vie courte, le cobalt 60 émet des rayons gamma de haute intensité , et se désintègre en nickel, élément stable, mais polluant.

La corrosion entraîne la solubilisation de ces produits d'activation, et la contamination de l'eau.

Capture sélective du cobalt. L'immobilisation contrôlée du cobalt radioactif est à la fois un enjeu sanitaire et environnemental important. Les produits d'activation sont normalement capturés en utilisant des résines échangeuses d'ions. Cela génère de grand volume de déchets solides en raison de la nature non spécifique des ions adsorbés. Dans ce contexte, une chercheuse faisant partie de l'équipe Lyon INSA-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 mutant des pompes d'efflux rcnA* de la bactérie E. coli a été conçu pour produire un transporteur avec une captation préférentielle pour le cobalt (Nicot). Le processus développé par Agnès Rodrigue et ses collègues indiens assure la décontamination du cobalt jusqu'à 0,5 ppm (8 nM dans 100 000L) avec seulement 4 kg de bactéries modifiées contre 50 kg avec une 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 un bon moyen, 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 ces bactéries fixatrices de cobalt doit être facilitée, avant d'envisager une application industrielle .

Le biofiltre "Cobalt Buster". Notre objectif est de faciliter la récupération des bactéries pleines de métal en induisant leur fixation sur un support solide (Regarder l'animation "Biofiltre"). Nous avons choisi de développer la propriété d'adhésion recherchée en utilisant les propriétés exceptionnelles des fibres amyloïdes curli. Lors d'une première approche, un opéron synthétique comprenant l'ensemble des gènes nécessaires à la production de curli sous contrôle d'un promoteur fort inductible par le cobalt a été conçu et synthétisé. Cette construction permet à E. coli K12 (MC4100, MG1655, NM522 ...) de se coller sur du polystyrène et du verre. L'adhésion est renforcée par la présence de cobalt et devrait éviter toute croissance sans adhésion. Dans une seconde approche, une part permettant la surproduction constitutive du superactivateur de la synthèse de curli OmpR234 a été construite. En activant les gènes curli situés 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 possible industrialisation avec la société Assystem et des perspectives de recherche et développement sur le sujet avec la société EDF.