HYPERBIOMIN — Les HYPERthermophiles et leur mécanisme de BIOMINeralisation

Les sources hydrothermales océaniques profondes sont souvent des systèmes anaérobies riches en fer et en soufre. Alors que la pyrite FeS2 se forme abiotiquement à l’intérieur des cheminées à des températures élevées (> 250°C), un important stock de FeS2 (pyrite et marcasite) est également produit dans les parties plus froides des cheminées à des températures plus basses (< 150°C) par un mécanisme encore inconnu. Il a été montré en laboratoire que les Thermococcales, organismes prédominants des parties chaudes des sources hydrothermales, produisent rapidement d’abondantes quantités de pyrite (FeS2) dans les cellules et les vésicules, alors que de la greigite (Fe3S4) se forme sur les substances polymères extracellulaires (EPS), ce qui suggère qu’elles pourraient contribuer à la formation importante géochimiquement de FeS2 à « basse température ». Afin de fournir une évaluation de la contribution des Thermococcales et plus généralement de la biosphère hyperthermophile (T>80°C) aux cycles biogéochimiques, il est maintenant temps de progresser dans la compréhension du mécanisme de biominéralisation à haute température précédemment identifié. Thermococcus kodakarensis sera l’organisme de choix pour le projet HYPERBIOMIN, puisque de nombreux résultats intéressants ont déjà été obtenus pour cette souche et dans notre laboratoire ; les outils génétiques pour cette archée hyperthermophile sont bien établis. Le projet HYPERBIOMIN répond à trois questions principales : (1) Quelles sont les conditions physiologiques des cellules et les paramètres physico-chimiques du milieu de vie qui influencent et contrôlent les minéraux produits par T. kodakarensis? (2) Quelles sont les entités biologiques et les gènes impliqués dans les mécanismes de minéralisation par T. kodakarensis ? (3) Quelles sont les stratégies adaptatives développées par les hyperthermophiles pour influencer et faire face à leurs environnements à haute température hautement minéralisés? Pour répondre à ces questions, le projet suivra trois approches complémentaires : (1) La première approche consiste à déterminer et à analyser quantitativement les minéraux produits dans différentes conditions physico-chimiques imitant l’environnement fluctuant des cheminées hydrothermales. Jusqu’à présent, j’ai limité les études de biominéralisation aux paramètres de croissance optimaux des Thermococcales. En collaboration avec un étudiant en thèse et un master, nous allons déterminer les impacts de la température et du pH, mais aussi des changements métaboliques des Thermococcales (production H2S vs production H2) induits par les conditions environnementales sur la composition, la structure et les propriétés des minéraux formés. (2) La deuxième approche porte sur l’exploration des mécanismes moléculaires de biominéralisation par T. kodakarensis. À ce jour, aucune information n’est disponible sur les relations entre la production de minéraux et des gènes putatifs impliqués. Nous allons détecter et identifier les principaux partenaires moléculaires impliqués dans le mécanisme de biominéralisation de T. kodakarensis. Nous nous concentrerons d’abord sur les gènes codant pour les ferritines et les transporteurs de fer en raison de leur importance potentielle dans le processus de biominéralisation du fer. J’explorerai ensuite les gènes impliqués dans la synthèse et l’expression des vésicules qui ont été reportés comme impliquées dans la formation de pyrite par Thermococcales. (3) Dans une troisième approche, j’étudierai l’importance de ces processus de biominéralisation pour les mécanismes d’adaptation des Thermococcales et des archées méthanogènes de l’écosystème hydrothermal. Des expériences impliquant à la fois T. kodakarensis et Methanocaldococcus jannaschii seront menées pour déchiffrer dans cet écosystème simplifié les réponses adaptatives face à l’environnement hydrothermal extrême, en présence ou absence de minéraux dont le rôle potentiel dans l’adaptation sera étudié.