Bacterial Microflora of Metals and Metalloïds-rich environments
Microflore bactérienne des milieux riches en métaux et métalloïdes
Résumé
Many metals and metalloïds are necessary for the devopment of human societies who exploited sub-soil ressources in strategic elements for centuries. However, living higher organisms affected by the toxicity of metals, that can induce important damages to health of impacted populations, and to polluted ecosystems. Environments which present high concentrations in metals and metalloïds present ecological conditions favorable for the development of some micro-organisms. Those environments contain microflora able to resist to high concentrations in metals, and many bacteria can use metals and metalloïds as elecron donnors or acceptors. They contribute actively to biogeochemical cycles of those elements. The present document represents a synthesis of the author's work between 1990 and 2010 in the domain of biotechnologies and biogeochemistry. Those studies were focused on bacterial processes of solubilisation or immobilisation of metals and/or metalloïds, in neutral, moderately or strongly acidic conditions. The main research subjects were the following: acidophilic bioleaching of sulfide ores, interactions beween bacteria and solubilised iron, biological oxidation of arsenic in mining environments, and application of this phenomenon to water treatment, use of AsIII as energy source for isolated bacteria, bio-reduction and bio-precipitation of metals and metalloïds, in particular chromium and arsenic, in conditions of sulfate-reduction.
De nombreux métaux et métalloïdes sont indispensables au développement des sociétés humaines, qui ont exploité les gisements de divers éléments stratégiques depuis des siècles, voire des millénaires. Cependant, les êtres vivants dits " supérieurs " sont sensibles à la toxicité des métaux et métalloïdes : ces derniers peuvent causer des dommages importants à la santé des populations exposées, ainsi qu'à l'ensemble des écosystèmes contaminés. Les milieux riches en métaux et métalloïdes offrent cependant des niches écologiques favorables au développement de certains micro-organismes. La microflore de ces environnements est capable de résister à de fortes concentrations en métaux, et de nombreuses bactéries peuvent utiliser des métaux et des métalloïdes en tant que donneurs ou accepteurs d'électrons. Elles participent ainsi activement aux cycles biogéochimiques de ces éléments. Le présent mémoire est une synthèse des travaux réalisés par l'auteur entre 1990 et 2010 dans le domaine des biotechnologies et de la biogéochimie. Ces études ont été focalisées sur des processus bactériens de solubilisation ou d'immobilisation des métaux et/ou métalloïdes, en milieu neutre, modérément acide ou très acide. Les principaux sujets de recherche abordés ont été les suivants : * la biolixiviation acidophile des minerais sulfurés, et les interactions entre bactéries et fer dissous, * l'oxydation biologique de l'arsenic dans les environnements miniers, et l'application de ce phénomène dans le domaine du traitement des eaux, * l'utilisation de l'As(III) comme source d'énergie par des bactéries isolées, * les phénomènes de bio-réduction et bio-précipitation de métaux et métalloïdes, en particulier du chrome et de l'arsenic, en conditions de sulfato-réduction. Les différents travaux évoqués dans le présent mémoire ont porté soit sur la biogéochimie d'environnements pollués, soit sur la mise au point de procédés de bioremédiation. Le projet de recherche proposé pour les années à venir conservera cette dualité processus/procédés. Il sera focalisé sur les réactions qui modifient les formes des métaux et métalloïdes en présence de catalyseurs microbiens, et s'efforcera de quantifier le bénéfice potentiel tiré de ces réactions par les micro-organismes, en fonction des conditions physico-chimiques. Cette démarche permettra de cibler la recherche de niches écologiques où des métabolismes bactériens originaux, potentiellement exploitables en termes de procédés, pourraient être mis en évidence.
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