Abstrait

Biotechnologie-2013 : Hydro-Bio-Géo-Chimie - George Ivey - Ivey International Inc.

 Georges Ivey

 Résumé : Les principes relatifs à la contamination des sols, des sédiments et des eaux souterraines ne sont pas enseignés dans les collèges ou les universités. Cela est réalisé grâce à une approche de présentation visuelle et interactive dans laquelle le public apprend que l'eau n'est pas H2O, ce qui affecte réellement la solubilité des contaminants et le rôle important de la sorption des contaminants dans le sol, les sédiments et les eaux souterraines et comment tout cela forme une remédiation, y compris la bioremédiation. Les participants ayant une expérience limitée en chimie, biochimie ou microbiologie apprendront un nouvel ensemble de principes « faciles à utiliser » pour prédire avec précision le comportement et la solubilité de la plupart des contaminants dans le sol, les sédiments et les eaux souterraines, comment modifier les propriétés de l'eau et comment améliorer la solubilité des contaminants pour augmenter sa disponibilité physique, chimique et biologique pour la remédiation in situ et ex situ. Introduction L'activité hydrothermale peut générer une variété de composés réduits, y compris des hydrocarbures de faible poids moléculaire, qui peuvent être produits de manière abiotique par des interactions eau-roche sous haute température et pression. Français Il a été récemment découvert que le Fe2+ dans les systèmes hydrothermaux est oxydé par l'eau formée d'oxygène pour donner de la magnétite (Fe3O4), tandis que l'eau est réduite en H2. En fin de compte, la réduction du CO2 dépendante de H2 conduit à la génération d'hydrocarbures (C2-C11), de méthane et d'aromatiques en utilisant Fe3O4 comme catalyseur. Des alcanes à longue chaîne carbonée et des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) peuvent également être générés dans le sous-sol profond par des processus thermogéniques. Par exemple, de nombreux hydrocarbures ont été observés dans les fluides des évents et les gisements de sulfures du champ de ventilation Rainbow au nord de la dorsale médio-atlantique (MAR), notamment des n-alcanes C9-C14, des alcanes ramifiés C9-C13, des cycloalcanes C9-C11, des hydrocarbures non aromatiques C7-C12, du naphtalène, du méthylnaphtalène et des HAP C13-C16 (fluorène, phénanthrène et pyrène). Français De même, une grande abondance de n-alcanes de chaînes C15–C30 et de HAP à trois ou quatre cycles a été détectée dans les sédiments hydrothermaux du champ d'évent de Lost City dans la partie nord du MAR. La biosphère profonde peut être partiellement soutenue énergétiquement par des hydrocarbures ; cependant, nous savons peu de choses sur cet écosystème unique. Les zones d'évents hydrothermaux en eaux profondes peuvent favoriser la récolte de matière et d'énergie profondes par des extrêmophiles uniques et fournir des indices pour comprendre le couplage de la vie en eaux profondes et des processus abiotiques et biotiques sous le fond marin. Récemment, des gènes d'oxydation d'alcanes qui codent les monooxygénases d'alcanes à chaîne courte, les voies de dégradation des alcools correspondants et les acides gras à chaîne courte se sont révélés abondants dans le métatranscriptome et le métagénome du panache hydrothermal, et ces gènes peuvent être dérivés du groupe bactérien non cultivé SAR324. De plus, une grande diversité d'alcane monooxygénases phylogénétiquement affiliées à des enzymes impliquées dans l'oxydation des alcanes C1–C4 a été observée dans le panache hydrothermal du bassin de Guaymas.Des gènes impliqués dans la dégradation anaérobie des hydrocarbures ont également été détectés parmi plusieurs phylums dans les sédiments du bassin de Guaymas, notamment les Bacteroidetes, les Chloroflexi, les Deltaproteobacteria et le phylum candidat des Latescibacteria (WS3). Des approches métagénomiques et métatranscriptomiques ont révélé la présence de diverses archées oxydantes d'alcanes basées sur la méthyl-coenzyme M réductase, notamment l'oxydant d'alcanes multicarboné Ca. Syntrophoarchaeum spp., les archées oxydantes de méthane anaérobies (ANME-1 et ANME-2c) et les bactéries sulfato-réductrices (HotSeep-1 et Seep-SRB2) coexistant avec les bactéries sulfato-réductrices et ont montré le potentiel d'oxydation des alcanes dans les sédiments hydrothermaux du bassin de Guaymas. Cependant, ces avancées sont principalement basées sur des métadonnées, alors que peu de microbes oxydants d'hydrocarbures ont été isolés des écosystèmes profonds. Français Au cours de la dernière décennie, nous avons exploré la diversité bactérienne impliquée dans la dégradation des HAP dans les sédiments des grands fonds marins du MAR, du Pacifique occidental et de l'Arctique, ainsi que dans les colonnes d'eau profonde de la dorsale indienne du sud-ouest.diversité des bactéries qui peuvent être entraînées par les hydrocarbures in situ. Nous rapportons ici la diversité microbienne des bactéries dégradant les hydrocarbures aliphatiques et aromatiques dans les panaches d'évents, les sulfures de cheminée et les sédiments voisins, et confirmons leur activité dans des conditions in situ. Les résultats élargissent le corpus de connaissances de la communauté microbienne potentiellement utilisatrice d'hydrocarbures habitant l'écosystème de l'évent hydrothermal et favorisent la compréhension de leurs interactions avec les environnements extrêmes. Matériels et méthodes Les échantillons et leurs descriptions sont fournis dans le tableau S1 et dans les matériels et méthodes supplémentaires. Des descriptions détaillées des produits chimiques et des milieux d'enrichissement sont également décrites dans les matériels et méthodes supplémentaires. Analyse des hydrocarbures Pour déterminer les concentrations d'hydrocarbures dans les échantillons de panache hydrothermal, une méthode combinant l'extraction par sorption par barreau agitateur, la désorption thermique–chromatographie en phase gazeuse–spectrométrie de masse et le progiciel Hydro-CARB® (IFP, Rueil-Malmaison, France) a été utilisée. Les détails de ces procédures sont décrits dans les Matériels et méthodes supplémentaires. Enrichissement de bactéries dégradant les hydrocarbures à haute pression Une culture imitant les eaux profondes a été réalisée sous haute pression et basse température dans la chambre d'un récipient HP comme décrit dans les Matériels et méthodes supplémentaires. Expériences de sondage par isotopes stables Des expériences de sondage par isotopes stables (SIP) pour le panache ci-dessus, le dépôt de sulfures et les enrichissements de sédiments ont été réalisées avec des alcanes et des HAP marqués au 13C, produisant un total de 12 échantillons. Les détails de ces procédures sont décrits dans les Matériels et méthodes supplémentaires. Isolement de bactéries hétérotrophes dégradant les hydrocarbures Des dilutions en série d'enrichissements ont été étalées sur des plaques d'agar M2, puis incubées à 15 °C jusqu'à ce que la formation de colonies bactériennes soit observée.Français Les colonies présentant des caractéristiques morphologiques uniques ont été sélectionnées et ré-ensemencées sur des plaques M2 pour obtenir des cultures pures qui ont ensuite été conservées à −20 °C pour des analyses ultérieures.La composition de la communauté bactérienne des échantillons de panache du champ hydrothermal nouvellement découvert nommé Deyin-1 sur le MAR sud (15°S) est présentée dans . Dans l'échantillon de panache ascendant (SAP-1_S), les séquences du gène de l'ARNr 16S liées aux gamma-protéobactéries (31,5 %) et aux epsilon-protéobactéries (19,2 %) étaient très abondantes Parmi les gamma-protéobactéries détectées, les niveaux des genres suivants étaient relativement élevés Alcanivorax (7,4 % du total), Glaciecola (6,7 %), Marinobacter (3,7 %), séquences du clade SUP05 (3,7 %), Cycloclasticus (2,3 %) et Alteromonas (1,8 %) . Parmi les séquences de protéobactéries epsilon, les genres Sulfurimonas (11,9 %), Sulfurovum (4,9 %) et Arcobacter (2,1 %) étaient présents à des concentrations relativement élevées (. De plus, le clade SAR324 (4,4 %) de protéobactéries delta et le clade SAR202 (3,2 %) de Chloroflexi ont été détectés dans l'échantillon de panache ascendant. budivey@iveyinternational.com