Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les bactéries magnétotactiques représentent un ensemble varié de procaryotes aquatiques qui biominéralisent des organites uniques, appelés magnétosomes. Ces organites permettent aux cellules de s'orienter passivement le long des lignes du champ magnétique terrestre. Les magnétosomes sont composés d'un nanocristal magnétique, de magnétite ou de greigite, entouré par une biomembrane. Leurs propriétés présentent un intérêt pour le paléomagnétisme mais aussi pour les biotechnologies et la nanotechnologie, notamment dans le domaine des applications médicales.
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Magnetotactic bacteria (MTB) represent a diverse group of prokaryotes that biomineralize unique organelles called magnetosomes allowing the cells to passively orientate in magnetic field lines. Magnetosomes consist of magnetic mineral crystals, composed of either magnetite or greigite, each surrounded by a phospholipid bilayer membrane. Bacterial magnetosomes have novel properties and also paleomagnetic significance and have been used in a large number of commercial and medical applications.
Auteur(s)
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Christopher T. LEFÈVRE : Post-doctorant au laboratoire de Bioénergétique cellulaire, CEA de Cadarache
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Nicolas GINET : Chargé de recherche CNRS au laboratoire de Bioénergétique cellulaire, CEA de Cadarache
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Nicolas MENGUY : Professeur à l'Institut de minéralogie et de physique des milieux condensés, université Pierre et Marie Curie
-
David PIGNOL : Chercheur CEA, chef du laboratoire de Bioénergétique cellulaire, CEA de Cadarache
INTRODUCTION
Les bactéries magnétotactiques sont des procaryotes à gram négatif, mobiles, qui ont la particularité de biosynthétiser des cristaux intracellulaires constitués d'oxyde ou de sulfure de fer. Ces nanocristaux magnétiques sont entourés par une membrane et sont alignés en chaîne dans le cytoplasme de la bactérie. Ils sont alors appelés « magnétosomes » et permettent à la cellule de s'orienter et de nager le long de lignes de champ magnétique, artificiel ou terrestre. Richard Blakemore fut le premier à décrire les magnétosomes des bactéries magnétotactiques en 1975 .
Les bactéries magnétotactiques sont des micro-organismes ubiquistes rencontrés dans les sédiments aquatiques ou la colonne de plans d'eau stratifiés, majoritairement au niveau de la zone de transition oxique-anoxique ou bien juste en dessous, dans la zone anoxique. On les trouve aussi bien dans l'eau de mer qu'en eau douce. Ce groupe de procaryotes est morphologiquement, phylogénétiquement et physiologiquement très varié. Cependant, seules quelques bactéries magnétotactiques ont pu être isolées en culture pure et peu de choses sont connues sur leur plasticité métabolique. À l'heure actuelle, les espèces magnétotactiques les mieux décrites appartiennent au genre Magnetospirillum. Les représentants de ce genre sont cultivés de façon reproductible en grande quantité et la plupart d'entre eux peuvent être manipulés génétiquement. Ainsi, la majorité de nos connaissances fondamentales sur le métabolisme, la génétique et la biochimie des bactéries magnétotactiques provient d'études réalisées sur des espèces appartenant à ce genre. Les Magnetospirillum sont également à l'origine des nombreuses études exploitant le potentiel des bactéries magnétotactiques ou seulement de leurs magnétosomes pour des applications biotechnologiques.
Dans cet article, nous nous attacherons à présenter l'état des connaissances fondamentales sur la biodiversité des bactéries magnétotactiques et sur les mécanismes moléculaires de synthèse des cristaux qu'elles biominéralisent. Les potentiels d'utilisation des bactéries magnétotactiques dans les domaines tels que la géologie et les biotechnologies seront ensuite détaillés.
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KEYWORDS
Review | magnetotactic bacteria | nanomagnets | Microbiology | nanotechnology
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Conclusion
En anglais
4. Bactéries magnétotactiques et biotechnologies
Les MTB ainsi que leurs inclusions magnétiques ont des propriétés magnétiques, physiques et optiques intéressantes qui peuvent être et sont exploitées dans de nombreuses applications scientifiques, commerciales et médicales (pour revue : [120] [121] [122] [123] [124]). Alors que le nombre d'applications et de brevets impliquant des MTB est de plus en plus important, le problème de la culture de masse de ces organismes et de la récolte en grande quantité de leurs magnétosomes subsiste. Cependant, des progrès significatifs ont été obtenus dans ce domaine au cours de la dernière décennie.
4.1 Culture de masse des bactéries magnétotactiques
Considérant la grande quantité de matériaux magnétiques nécessaire à la plupart des applications biotechnologiques envisagées, l'obtention de quantités élevées de cellules magnétotactiques et de magnétosomes constitue un verrou majeur. Afin de produire suffisamment de cellules, de magnétosomes et de cristaux de magnétite pour ces applications, les cellules doivent donc être cultivées en culture de masse où les conditions pour la croissance et la synthèse de magnétite sont optimisées. Dans presque tous les cas, les études visant à optimiser la formation de magnétosomes ont porté sur la modification des milieux de croissance et les conditions dans lesquelles les cultures sont incubées. Les espèces du genre Magnetospirillum sont les seules MTB utilisées dans ces études.
La première étude de ce type, dirigée par Matsunaga et al. , basée sur la croissance de Magnetospirillum magneticum dans un fermenteur de 1 000 litres, a permis de produire 2,6 mg de magnétosomes par litre de culture. Des expériences d'optimisation de culture ont ensuite été menées dans des réacteurs semi-continus, mais cela n'a pas abouti à des productions de cellules ou de magnétosomes plus élevées ...
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Bactéries magnétotactiques et biotechnologies
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BLAKEMORE (R.P.) - Magnetotactic bacteria. - Science, 190, p. 377-379 (1975).
-
(2) - BAZYLINSKI (D.A.), FRANKEL (R.B.) - Magnetosome formation in prokaryotes. - Nature Rev. Microbiol., 2, p. 217-230 (2004).
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(3) - MOSKOWITZ (B.M.), BAZYLINSKI (D.A.), EGLI (R.), FRANKEL (R.B.), EDWARDS (K.J.) - Magnetic properties of marine magnetotactic bacteria in a seasonally stratified coastal pond (Salt Pond, MA, USA). - Geophys. J. Int., 174, p. 75-92 (2008).
-
(4) - LEFÈVRE (C.T.), MENGUY (N.), ABREU (F.), LINS (U.), PÓSFAI (M.), PROZOROV (T.), PIGNOL (D.), FRANKEL (R.B.), BAZYLINSKI (D.A.) - A cultured greigite-producing magnetotactic bacterium in a novel group of sulfate-reducing bacteria. - Science, 334, p. 1720-1723 (2011).
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(5) - LEFÈVRE (C.T.), ABREU (F.), SCHMIDT (M.L.), LINS (U.), FRANKEL (R.B.), HEDLUND (B.P.), BAZYLINSKI (D.A.) - Moderately thermophilic magnetotactic bacteria from hot springs in Nevada USA. - Appl. Environ. Microbiol., 76, p. 3740-3743 (2010).
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