Rôle des espèces réactives de l’oxygène et substances exopolymériques des bactéries dans le processus de biominéralisation du manganèse

L’objectif de ce travail de thèse a été de déterminer quels sont les facteurs physicochimiques locaux qui déclenchent la précipitation du manganèse dans des biofilms d’Escherichia coli. Pour étudier le rôle de la structure du biofilm sur la biominéralisation, trois mutants d’E. coli MG1655 et deux d’E. coli 1094 produisant différents types de EPS ont été utilisés. Ce travail de doctorat démontre que les espèces réactives de l’oxygène, y compris les anions superoxyde, sont produites par E. coli et régulées pendant les stades de croissance bactérienne. Le superoxyde est produit par les bactéries dans leur phase exponentielle de croissance et est dégradé lorsqu’elles atteignent leur phase stationnaire. Ces travaux fournissent également des informations sur le contrôle de ces molécules lorsque les bactéries sont organisées sous forme de biofilm. Les superoxydes ne sont pas produits dans l’ensemble du biofilm, mais ce dernier peut créer des microenvironnements caractérisés par des concentrations distinctes de superoxydes. Ce travail démontre également que dans nos conditions d’étude, le superoxyde scontribue à l’oxydation du manganèse pour former des nanoparticules sur les surfaces bactériennes et dans les EPS. En conséquence, E. coli est capable, dans certaines conditions et pour certaines souches, d’oxyder le MnII et de produire des phases minérales oxydées de Mn. Les espèces réactives de l’oxygène sont présentes naturellement dans l’environnement mais la présence d’organismes vivant permet de contrôler leurs concentrations relatives. L’activité oxydante des biofilms pour le MnII est renforcée par la présence de lumière confirmant le rôle des espèces réactives de l’oxygène dans cette oxydation. La distribution spatiale des nanoparticules de Mn oxydé dépend de l’exopolymère sécrété et suggère donc que l’emplacement de la minéralisation est régi par la nature des EPS. Ces résultats sont confirmés par des expériences de microscopie électronique in situ en cellule liquide qui mettent en évidence le rôle de la densité des sites fonctionnalisés chargés sur la localisation, la morphologie et la cinétique de la formation des minéraux de manganèse.