Offre de stage M2 2018-2019 – Identification et caractérisation des mécanismes de fractionnement isotopique du calcium lors de l’adsorption du calcium sur des bactéries du sol (OS125)
Offre de stage M2 2018-2019 – Identification et caractérisation des mécanismes de fractionnement isotopique du calcium lors de l’adsorption du calcium sur des bactéries du sol (OS125)
Contexte de l’étude
Le calcium (Ca) est un nutriment essentiel qui occupe des fonctions physiologiques et structurelles clefs dans le métabolisme des plantes. C’est également le cation prédominant que l’on trouve sous forme hydratée dans les sols. Il forme des liaisons faibles électrostatiques et non-spécifiques sur les sites négatifs des minéraux argileux et de la matière organique parce qu’il est retenu plus fortement que d’autres cations échangeables2. De plus, à l’échelle globale, le Ca est un cation résultant de l’altération des continents et à ce titre, intervient dans le cycle du carbone.
Ces dernières années, les isotopes stables du Ca ont montré leur potentiel pour identifier les processus se produisant à l’interface eau-sol-plante, mais également au cours de son transfert vers les océans et au sein des océans. Ainsi, l’étude du cycle biogéochimique du Ca dans la zone critique à l’aide des isotopes du Ca a révélé des fractionnements isotopiques associés aux processus biotiques (prélèvement par les racines et translocation au sein d’un arbre, recyclage par la végétation) ou abiotiques (précipitation via les minéraux secondaires, adsorption). Néanmoins, à l’échelle globale, ni la contribution des végétaux, ni celle des phases carbonatées ne suffisent à expliquer la signature isotopique en Ca moyenne actuelle arrivant aux océans (0.88‰). Différents travaux ont suggéré que d’autres réservoirs formés de composés minéraux et/ou organiques (minéraux argileux, oxy-hydroxydes, composés humiques) des sols pourraient contribuer à la signature isotopique du Ca arrivant aux océans 1516. Par conséquent, il apparait essentiel d’identifier et de caractériser précisément ces réservoirs en termes de concentrations élémentaires et de rapports isotopiques en Ca pour améliorer notre compréhension des réservoirs et mécanismes régulant la signature isotopique en Ca arrivant aux océans. Une étude récente vient de montrer que lors de l’adsorption ou de la désorption du Ca sur des phyllosilicates modèles du sol (kaolinite KGa-2, montmorillonite Swy, muscovite de Tuftane), l’isotope léger (40Ca) est préférentiellement adsorbé/désorbé (par rapport à 44Ca) et que l’amplitude de ce fractionnement est fonction de la charge de surface et de la surface spécifique, ainsi qu’à la présence d’un espace interfoliaire accessible aux cations17. Des tests en cours suggèrent également un plus fort fractionnement lors de la fixation du Ca sur des hydroxydes de manganèse que sur des minéraux argileux (44/40Ca égal à 1.2 et 0.3 ‰, respectivement), dont il convient de comprendre l’origine. L’ensemble de ces expérimentations d’adsorption/désorption s’est effectué en conditions abiotiques, ne prenant en compte que les interactions eau-minéral. Or, deux études récentes ont suggéré que la présence de bactéries facilite le prélèvement de nutriments par les plantes, rendant le réservoir nutritionnel nonlimitant en Ca; de ce fait les eaux du réservoir nutritif ne sont pas fractionnées, alors qu’en l’absence de bactéries, elles le sont. Il est donc nécessaire de comprendre plus précisément le rôle des bactéries sur les fractionnements isotopiques du Ca.
Objectifs du stage
Les objectifs du stage sont de tester le rôle des micro-organismes sur le fractionnement isotopique du Ca en milieu naturel. Au préalable, il sera nécessaire de tester de potentiels effets d’adsorption du Ca sur les parois cellulaires des micro-organismes et leurs conséquences sur les fractionnements isotopiques du Ca, comme cela a été observé pour les isotopes du Cu et du Zn. Nous réaliserons des expérimentations en batch en considérant des bactéries telluriques à Gram positif comme Bacillus subtilis et négatif comme les Pseudomonas fluorescents, mortes et vivantes avec de fortes et de faibles concentrations en Ca, en fonction du pH. Les différences de membranes connues pour ces bactéries, peuvent jouer un rôle dans le fractionnement du calcium, les bactéries à Gram + possédant une épaisse couche de peptidoglycane composée d’acides téichoïques tandis que la paroi des bactéries à Gram – est composée d’une fine couche de peptidoglycane et d’une membrane externe de phospholipides, ornée par des lipopolysaccharides. De la même façon, nous testerons les fractionnements isotopiques en Ca induits par l’adsorption du Ca sur des sidérophores, métabolites bactériens produits par les micro-organismes en réponse à une carence en fer et capable de complexer de nombreux métaux. Ces molécules sont connues pour être présentes en concentration importante dans les sols compte tenu de la faible biodisponibilité du fer, élément indispensable à la croissance de la plupart des micro-organismes. Les bactéries du genre Pseudomonas, présentes à la fois sur les végétaux mais aussi fréquemment retrouvées dans les sols, produisent de nombreux sidérophores. La pyoverdine est le sidérophore majeur synthétisé par ces bactéries qui sera testé dans ce projet.
Conditions de réalisation du stage
Le stage se déroulera au sein du Laboratoire d’Hydrologie et de Géochimie de Strasbourg (LHyGeS) en collaboration avec le laboratoire de Biotechnologie et Signalisation Cellulaire de Strasbourg (BSC).
Durée du stage : 5-6 mois entre février et juillet 2018 Le stage est financé par un projet ISOTOP de l’INSU et bénéficiera d’une indemnité de stage selon la législation en vigueur.
Profil recherché et modalités de candidature
Le candidat doit disposer de connaissances en géochimie. Des connaissances en microbiologie seront un plus. Un CV et une lettre de motivation sont à envoyer à Anne-Désirée Schmitt (adschmitt@unistra.fr) et à Valérie Geoffroy (valerie.geoffroy@unistra.fr).
Pour plus d'information, le descriptif de l'offre est téléchargeable ici.
Le calcium (Ca) est un nutriment essentiel qui occupe des fonctions physiologiques et structurelles clefs dans le métabolisme des plantes. C’est également le cation prédominant que l’on trouve sous forme hydratée dans les sols. Il forme des liaisons faibles électrostatiques et non-spécifiques sur les sites négatifs des minéraux argileux et de la matière organique parce qu’il est retenu plus fortement que d’autres cations échangeables2. De plus, à l’échelle globale, le Ca est un cation résultant de l’altération des continents et à ce titre, intervient dans le cycle du carbone.
Ces dernières années, les isotopes stables du Ca ont montré leur potentiel pour identifier les processus se produisant à l’interface eau-sol-plante, mais également au cours de son transfert vers les océans et au sein des océans. Ainsi, l’étude du cycle biogéochimique du Ca dans la zone critique à l’aide des isotopes du Ca a révélé des fractionnements isotopiques associés aux processus biotiques (prélèvement par les racines et translocation au sein d’un arbre, recyclage par la végétation) ou abiotiques (précipitation via les minéraux secondaires, adsorption). Néanmoins, à l’échelle globale, ni la contribution des végétaux, ni celle des phases carbonatées ne suffisent à expliquer la signature isotopique en Ca moyenne actuelle arrivant aux océans (0.88‰). Différents travaux ont suggéré que d’autres réservoirs formés de composés minéraux et/ou organiques (minéraux argileux, oxy-hydroxydes, composés humiques) des sols pourraient contribuer à la signature isotopique du Ca arrivant aux océans 1516. Par conséquent, il apparait essentiel d’identifier et de caractériser précisément ces réservoirs en termes de concentrations élémentaires et de rapports isotopiques en Ca pour améliorer notre compréhension des réservoirs et mécanismes régulant la signature isotopique en Ca arrivant aux océans. Une étude récente vient de montrer que lors de l’adsorption ou de la désorption du Ca sur des phyllosilicates modèles du sol (kaolinite KGa-2, montmorillonite Swy, muscovite de Tuftane), l’isotope léger (40Ca) est préférentiellement adsorbé/désorbé (par rapport à 44Ca) et que l’amplitude de ce fractionnement est fonction de la charge de surface et de la surface spécifique, ainsi qu’à la présence d’un espace interfoliaire accessible aux cations17. Des tests en cours suggèrent également un plus fort fractionnement lors de la fixation du Ca sur des hydroxydes de manganèse que sur des minéraux argileux (44/40Ca égal à 1.2 et 0.3 ‰, respectivement), dont il convient de comprendre l’origine. L’ensemble de ces expérimentations d’adsorption/désorption s’est effectué en conditions abiotiques, ne prenant en compte que les interactions eau-minéral. Or, deux études récentes ont suggéré que la présence de bactéries facilite le prélèvement de nutriments par les plantes, rendant le réservoir nutritionnel nonlimitant en Ca; de ce fait les eaux du réservoir nutritif ne sont pas fractionnées, alors qu’en l’absence de bactéries, elles le sont. Il est donc nécessaire de comprendre plus précisément le rôle des bactéries sur les fractionnements isotopiques du Ca.
Objectifs du stage
Les objectifs du stage sont de tester le rôle des micro-organismes sur le fractionnement isotopique du Ca en milieu naturel. Au préalable, il sera nécessaire de tester de potentiels effets d’adsorption du Ca sur les parois cellulaires des micro-organismes et leurs conséquences sur les fractionnements isotopiques du Ca, comme cela a été observé pour les isotopes du Cu et du Zn. Nous réaliserons des expérimentations en batch en considérant des bactéries telluriques à Gram positif comme Bacillus subtilis et négatif comme les Pseudomonas fluorescents, mortes et vivantes avec de fortes et de faibles concentrations en Ca, en fonction du pH. Les différences de membranes connues pour ces bactéries, peuvent jouer un rôle dans le fractionnement du calcium, les bactéries à Gram + possédant une épaisse couche de peptidoglycane composée d’acides téichoïques tandis que la paroi des bactéries à Gram – est composée d’une fine couche de peptidoglycane et d’une membrane externe de phospholipides, ornée par des lipopolysaccharides. De la même façon, nous testerons les fractionnements isotopiques en Ca induits par l’adsorption du Ca sur des sidérophores, métabolites bactériens produits par les micro-organismes en réponse à une carence en fer et capable de complexer de nombreux métaux. Ces molécules sont connues pour être présentes en concentration importante dans les sols compte tenu de la faible biodisponibilité du fer, élément indispensable à la croissance de la plupart des micro-organismes. Les bactéries du genre Pseudomonas, présentes à la fois sur les végétaux mais aussi fréquemment retrouvées dans les sols, produisent de nombreux sidérophores. La pyoverdine est le sidérophore majeur synthétisé par ces bactéries qui sera testé dans ce projet.
Conditions de réalisation du stage
Le stage se déroulera au sein du Laboratoire d’Hydrologie et de Géochimie de Strasbourg (LHyGeS) en collaboration avec le laboratoire de Biotechnologie et Signalisation Cellulaire de Strasbourg (BSC).
Durée du stage : 5-6 mois entre février et juillet 2018 Le stage est financé par un projet ISOTOP de l’INSU et bénéficiera d’une indemnité de stage selon la législation en vigueur.
Profil recherché et modalités de candidature
Le candidat doit disposer de connaissances en géochimie. Des connaissances en microbiologie seront un plus. Un CV et une lettre de motivation sont à envoyer à Anne-Désirée Schmitt (adschmitt@unistra.fr) et à Valérie Geoffroy (valerie.geoffroy@unistra.fr).
Pour plus d'information, le descriptif de l'offre est téléchargeable ici.