Sujet de thèse: Méthylation du mercure à l’échelle cellulaire chez les bactéries sulfatoréductrices. 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 microfluorescence 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 physicochimiques 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.