Méthylation du mercure à l`échelle cellulaire chez les bactéries sulfato

Sujet de thèse: Méthylation du mercure à l’échelle cellulaire chez les bactéries sulfato-
réductrices.
Laboratoire: IPREM UMR 5254, Université de Pau et des Pays de l’Adour, Pau (64).
Début de thèse : novembre/décembre 2014.
Descriptif de la thèse:
Les activités anthropiques constituent de nos jours les principales sources de mercure
dans l’environnement. Le mercure et ses dérivés organiques sont classés dans la liste des
polluants prioritaires par la communauté européenne, le méthyl mercure étant la forme la plus
toxique. La compréhension des processus qui influent sur la formation ou la disparition de ce
composé est nécessaire pour permettre une meilleure gestion des risques liés à la production
de méthyl mercure dans l’environnement. En effet, le méthyl mercure est fortement
bioaccumulé et bioamplifié le long de la chaîne trophique, avec des conséquences sur la santé
publique. La méthylation du mercure par des bactéries sulfato-réductrices constitue le
processus majeur de production de méthyl mercure. Néanmoins, ce processus est mal
caractérisé. Le projet étudiera le processus de méthylation au niveau de la cellule bactérienne
jusqu’à la molécule, en couplant des approches de chimie analytique, microbiologie et
génétique.
Les objectifs de la thèse sont :
1. La description du déterminisme génétique de la méthylation ainsi que des mécanismes
impliqués dans leur régulation.
2. La détermination de l’assimilation et la localisation des différentes formes de mercure dans
la cellule bactérienne.
3. La détermination des facteurs environnementaux influençant le taux de méthylation du
mercure. Le rôle de différents donneurs de méthyl ainsi que les phénomènes de
transformation intra et extra cellulaires seront caractérisés en fonction de la spéciation
extracellulaire. Enfin, les biomolécules spécifiques pouvant servir comme complexes aux
espèces du mercure seront caractérisées.
L’étudiant sera impliqué dans les différents objectifs, encadré par des partenaires spécialisés
dans des domaines différents (génétique, chimie analytique et imagerie).
Méthodologie envisagée :
1. Le déterminisme génétique sera caractérisé par des approches de génétique :
construction de mutants et expression hétérologue dans une bactérie non méthylante.
Les mutants de la souche modèle méthylante seront construits par l’élimination de
gènes cibles par remplacement de cassettes de gènes. L’expression hétérologue des
gènes cibles sera également réalisée dans une souche modèle non méthylante. Ces
approches de génétique seront couplées à des approches chimiques pour déterminer
l’impact de la délétion ou l’insertion de ces gènes dans le processus de méthylation.
2. Des approches couplées de microscopie électronique à transmission et micro-
fluorescence X sur rayonnement synchrotron seront utilisées pour localiser le mercure
dans les membranes, le périplasme et le cytoplasme. Des techniques de spectroscopie
d’absorption des rayons X (EXAFS/XANES) seront mises en œuvre pour identifier les
formes du mercure dans ces compartiments d’accumulation. Ces techniques
permettent d’étudier le mercure in situ dans les bactéries (dans la souche modèle et
dans les mutants), avec un minimum de perturbation de l’échantillon.

3. Afin de déterminer l’influence des facteurs environnementaux sur le taux de
méthylation, des approches couplées GC-MS et GC-ICPMS seront utilisées pour
caractériser les transformations des espèces du mercure marquées par des traceurs
isotopiques stables. Ces techniques permettent un suivi des processus dynamiques,
réversibles et couplés et permettent d'identifier les espèces de mercure. Les donneurs
de méthyl seront caractérisés par utilisation de substrats enrichis au C13. L’influence
de la spéciation extracellulaire sur les transformations de mercure (rôle des ligands
organiques et inorganiques dans la cinétique de l'absorption et des réactions de
transformation) sera également étudiée. Enfin, l’identification des complexes
spécifiques Hg-protéine pour chaque espèce du mercure dans les fractions
subcellulaires sera menée à bien par HPLC-ICPMS.
Profil du candidat :
Nous rechercherons un(e) candidat(e) très motivé(e) et intéressé(e) par la
microbiologie et la chimie analytique avec une formation en biologie, et/ou chimie analytique
et environnement et de préférence une expérience pratique en génétique bactérienne et/ou
chimie analytique et/ou imagerie. Une connaissance des techniques d’analyses physico-
chimiques notamment pour l'analyse du mercure (chromatographie gazeuse/ICPMS), la
caractérisation de peptides (spectrométrie de masse, HPLC) serait appréciée mais n'est pas
requise. Le dossier de candidature doit comprendre une lettre de motivation, un CV (détaillant
le cursus universitaire et précisant les mentions obtenues) et les noms et adresses e-mail d’au
moins deux référents.
Contacts:
Marisol Goñi-Urriza : [email protected]
Marie-Pierre Isaure : [email protected]
Mathilde Monperrus : [email protected]
La recherche à l’IPREM:
La thèse se réalisera au sein du laboratoire IPREM (http://iprem.univ-pau.fr/live/),
concrétisation d'une synergie de la recherche en environnement et matériaux. Il regroupe 4
équipes de recherche dont les compétences s'articulent autour de disciplines fondamentales
faisant appel à la chimie analytique, chimie physique, chimie théorique, physique et chimie
des polymères et micro-biologie.
Deux équipes de l'IPREM sont impliquées dans ce projet, l'équipe Environnement et
Microbiologie (EEM-IPREM;http://iprem-eem.univ-pau.fr/live/) et l'équipe Chimie Bio
Analytique Inorganique et Environnement (LCABIE-IPREM; http://www.lcabie.com/).
L'EEM-IPREM développe ses activités de recherche sur le devenir de contaminants rejetés
dans l’environnement. L’apport de polluants dans l’environnement peut modifier les
équilibres spécifiques des écosystèmes, la dynamique et la structure des populations. Les
membres de l’équipe cherchent à comprendre les réponses des communautés biologiques à la
présence de polluants dans les écosystèmes sélectionnés. Les objectifs spécifiques de l’équipe
Environnement et Microbiologie s’orientent vers :
- La connaissance de l’adaptation des populations à un apport de polluants dans un
écosystème perturbé ;
- La compréhension des systèmes adaptatifs des organismes : processus de résistance, de
détoxication, de biodégradation ou de biotransformation ;
- La compréhension des processus moléculaires mis en œuvre dans la régulation génétique
de ces processus adaptatifs ;

- L’effet des activités biologiques sur le devenir des polluants : atténuation naturelle,
bioréhabilitation ;
- Le développement d’outils moléculaires et biochimiques afin d'évaluer les capacités de
biodégradation ou de biotransformation.
Le LCABIE-IPREM axe ses recherches sur le développement d'instrumentations et de
méthodes analytiques pour l'analyse de spéciation (détection, identification et quantification
des formes chimiques) des métaux et des métalloïdes afin de comprendre l'écodynamique des
contaminants minéraux des micromilieux jusqu'au transfert au vivant et décrire, au niveau
moléculaire, les mécanismes d'essentialité et de toxicité des métaux dans le vivant.
Les objectifs spécifiques de l’équipe LCABIE s’orientent vers :
- la détermination in situ et expérimentale de la labilité, de la réactivité, de la biodisponibilité
et du transfert des métaux et des métalloïdes dans l'environnement
- la description moléculaire des réponses du vivant au stress environnemental des métaux
- la caractérisation multidimensionnelle des nano- et micro-particules (NP) dans
l'environnement et le vivant
- la détermination de la signature et des processus de fractionnement isotopiques des éléments
traces et des contaminants métalliques à l'échelle moléculaire.