Inventory of microbiological species living in spent nuclear fuel pools : towards the identification of radioresistant species
Analyse des espèces biologiques vivant dans les piscines des installations nucléaires : vers l'identification d'espèces radiorésistantes
Résumé
Biotechnology with microorganisms able to survive high radiation doses and concentrate radionuclides is an attractive technology to decontaminate nuclear effluents with low waste volume. By using two direct and complementary analysis methods, metagenetics and metaproteomics, the complete inventories of microorganisms present in a French nuclear reactor cooling pool (during operation and at shutdown) and in a radioactive 60Co sources storage pool have been performed. The microbiota from the two pools were extremely different, with a majority of Cyanobacteria in the sources storage pool, and Proteobacteria in the reactor pool. Depending on the pools’ conditions a change in the microbiota had been observed. Variovorax was the main genus identified during the reactor’s operation. Some strains of Variovorax are able to use H2 as an energy source, conferring them an advantage in nuclear pools. Several microorganisms have been isolated from the reactor pool. Among them 46 bacteria were identified. Their abilities to resist ionizing radiations and to accumulate specific radionuclides were determined. Several genera studied in this work had never been described concerning their ability to resist radiations or accumulate radionuclides. Six strains could entirely remove uranium from a 5 μM solution and up to 50 μM for two strains. This work presents the first complete inventory of a working nuclear reactor cooling pool. This PhD work opens interesting industrial perspectives as the isolated strains could be implemented in a new nuclear effluents decontamination process and fundamental perspectives as their resistance and radionuclides accumulation pathways could be deciphered.
Les biotechnologies basées sur des microorganismes capables de survivre à de fortes doses de rayonnement ionisants et de concentrer les radionucléides constituent une technique attractive pour décontaminer les effluents nucléaires, en particulier du fait du faible volume de déchets générés. En utilisant deux méthodes d’analyses directes et complémentaires que sont la métagénétique et la métaprotéomique, l’inventaire complet de la piscine de refroidissement d’un coeur de réacteur nucléaire (en fonctionnement et à l’arrêt) et d’une piscine de stockage de sources radioactives de cobalt a été réalisé. Les microbiotes sont extrêmement différents entre les deux piscines. Une majorité de Cyanobacteria a été identifiée dans la piscine du réacteur alors qu’une majorité de Proteobacteria l’a été dans la piscine des sources. Durant le fonctionnement du réacteur, une majorité de Variovorax a été identifiée. Certaines espèces de Variovorax sont capables d’utiliser du H2 comme source d’énergie, ce qui peut leur donner un avantage dans un environnement nucléaire aquatique. Parmi les microorganismes isolés de la piscine du réacteur, 46 bactéries ont été identifiées. Leur capacité à résister aux rayonnements gamma et à accumuler l’uranium et le cobalt ont été déterminées. Parmi ces bactéries, six souches ont été capables d’accumuler la totalité de l’uranium d’une solution à 5 μM, et deux d’entre elles ont entièrement accumulé l’uranium d’une solution à 50 μM. Ce travail présente le premier inventaire complet d’une piscine de refroidissement d’un coeur de réacteur nucléaire en fonctionnement. Cette thèse présente des perspectives tant sur le plan industriel avec l’utilisation des microorganismes isolés dans un procédé de biodécontamination d’effluents nucléaires que sur le plan fondamental avec l’élucidation des mécanismes développés par ces microorganismes pour résister aux rayonnements et accumuler les radionucléides.
Origine : Version validée par le jury (STAR)