Study of the Cupriavidus metallidurans CH34 resistance of selenite and selenate oxyanions: accumulation, localisation and transformation of selenium
Etude de la résistance de Cupriavidus metallidurans CH34 aux oxyanions sélénite et séléniate : accumulation, localisation et transformation du sélénium.
Résumé
Selenium is an essential trace element for the living organisms but it is very toxic at high concentration. Selenite and selenate oxides, soluble forms, highly toxic and bio-assimilable, are the most prevalent forms in the environment. Some soil micro-organisms play a dominant role and contribute to the natural cycle of selenium. Our study model, Cupriavidus (formerly Ralstonia) metallidurans CH34, a telluric bacterium characteristic of metal-contaminated biotopes, is known to resist selenite by reducing it into elemental selenium, an insoluble and less toxic form of selenium. In order to better understand the mechanisms of selenium reduction in the bacteria, three methods of speciation were combined (XAS (XANES and EXAFS), HPLC-ICP-MS and SDS-PAGE-PIXE). They were completed by the direct quantification of selenium accumulated in the bacteria. Speciation analyses highlighted the existence of two mechanisms of reduction of selenium oxides in C. metallidurans CH34. Assimilation transforms selenite and selenate into organic selenium, identified as selenomethionine and leads to its non-specific incorporation into bacterial proteins (presence of selenious proteins). Detoxication precipitates selenite in nanoparticules of elemental selenium. This way of detoxication is not set up after an exposure to selenate although it is nevertheless possible to detect elemental selenium but in very small amount compared to the exposure of selenite. Selenodiglutathion is detected in bacteria stressed by an exposure to selenate in medium limited in sulphate. Bacteria exposed to selenite accumulate 25 times more selenium than when they are exposed to selenate. The study of mutants resistant to selenite, which do not express the membrane protein DedA, showed that the accumulation of selenium after exposure to selenite is decreased compared with the wild strain meaning probable link between the transport of selenite and the DedA protein. Finally, selenate would use the sulphate permease pathway for entering C. metallidurans CH34.
Le sélénium est un élément trace essentiel pour les organismes vivants mais à forte concentration, il est très toxique. Les oxyanions sélénite et séléniate sont les formes les plus toxiques et prédominantes dans l'environnement. Certains micro-organismes jouent un rôle prépondérant en contribuant au cycle naturel du sélénium. Notre modèle d'étude Cupriavidus (anciennement Ralstonia) metallidurans CH34, bactérie tellurique issue de biotopes contaminés en métaux, est connu pour résister au sélénite (forme soluble du sélénium, très toxique et bio-assimilable) en le réduisant en sélénium élémentaire (forme précipitée insoluble et peu toxique). Afin de mieux comprendre les mécanismes de réduction du sélénium par les bactéries, trois méthodes de spéciation ont été combinées (SAX (XANES et EXAFS), HPLC-ICP-MS et SDS-PAGE-PIXE) et normalisées par la quantification du sélénium accumulé dans les bactéries. Les analyses de spéciation ont mis en évidence l'existence de deux voies de réduction du sélénium chez C. metallidurans CH34 : une voie d'assimilation transforme le sélénite et le séléniate en sélénium organique, identifié comme de la sélénométhionine et conduit à son incorporation dans des protéines bactériennes. L'espèce organique sélénométhionine semble être incorporée dans les protéines de façon non spécifique (présence de protéines séléniées). Une voie de détoxication précipite le sélénite en nanoparticules de sélénium élémentaire. Cette voie de détoxication ne se met pas en place après une exposition au séléniate malgré sa présence comme espèce minoritaire par rapport à l'exposition sélénite. Du sélénodiglutathion est détecté dans des bactéries stressées par une exposition au séléniate en milieu limité en sulfate. Les bactéries exposées à du sélénite accumulent 25 fois plus de sélénium que lorsqu'elles sont exposées à du séléniate. L'étude de mutants résistants au sélénite, n'exprimant pas la protéine membranaire DedA, a montré que l'accumulation du sélénium après exposition au sélénite est diminuée comparé à la souche sauvage signifiant un probable lien entre la prise en charge du sélénite et la protéine DedA. Enfin, le séléniate semble emprunter la sulfate perméase de C. metallidurans CH34.