Comment la bactérie ‘Iron Man’ pourrait aider à protéger l’environnement

«Comment la bactérie ‘Iron Man’ pourrait aider à protéger l’environnement», source communiqué de la Michigan State University (MSU).

Des chercheurs de MSU montrent comment les microbes résistent à un métal toxique, ouvrant la porte à des applications de recyclage et de dépollution.

Professor Gemma Reguera de la MSU

Lorsque Gemma Reguera de la Michigan State University a proposé pour la première fois son nouveau projet de recherche à la National Science Foundation (NSF), un évaluateur de la subvention a répondu que l'idée n'était pas «pertinente sur le plan environnemental».

Les autres évaluateurs et le responsable du programme ne partageant pas ce sentiment, la NSF a financé la proposition. Et, désormais, l'équipe de Reguera a montré que des microbes sont capables d'un exploit incroyable qui pourrait aider à récupérer une ressource naturelle précieuse et à absorber les polluants toxiques.

«La leçon est que nous devons vraiment sortir des sentiers battus, en particulier en biologie. Nous connaissons juste la pointe de l'iceberg. Les microbes sont sur terre depuis des milliards d’années et le fait de penser qu’ils ne peuvent pas faire quelque chose nous exclut de tant d’idées et d’applications», a dit Reguera, professeur au Département de microbiologie et de génétique moléculaire.

L’équipe de Reguera travaille avec des bactéries présentes dans le sol et les sédiments, appelées Geobacter. Dans son dernier projet, l'équipe a investigué sur ce qui est arrivé aux bactéries lorsqu'elles rencontrent du cobalt.

Le cobalt est un métal précieux mais de plus en plus rare utilisé dans les batteries des véhicules électriques et les alliages pour les engins spatiaux. Il est également très toxique pour les êtres vivants, y compris les humains et les bactéries.

«Cela tue beaucoup de microbes», a déclaré Reguera. «Le cobalt pénètre dans leurs cellules et fait des ravages.»

Mais l'équipe soupçonnait que Geobacter pourrait être en mesure d'échapper à ce destin. Ces microbes sont un groupe robuste. Ils peuvent empêcher les contaminants d'uranium de pénétrer dans les eaux souterraines et ils peuvent s'alimenter eux-mêmes en tirant de l'énergie des minéraux contenant de l'oxyde de fer. «Ils respirent la rouille», a déclaré Reguera.

Les scientifiques en savent peu sur la manière dont les microbes interagissent avec le cobalt dans l'environnement, mais de nombreux chercheurs, dont un examinateur de subventions, pensaient que le métal toxique serait trop pour les microbes.

Mais l’équipe de Reguera a contesté cette réflexion et a trouvé que Geobacter était un «mineur» de cobalt efficace, extrayant le métal de la rouille sans le laisser pénétrer dans leurs cellules et les tuer. Au contraire, les bactéries se recouvrent essentiellement de métal.

«Ils forment des nanoparticules de cobalt à leur surface. Ils se métallisent et c’est comme un bouclier qui les protège», a déclaré Reguera. «C’est comme Iron Man quand il enfile la combinaison.»

L'équipe a publié sa découverte dans la revue Frontiers in Microbiology, l'article de recherche étant apparu pour la première fois en ligne fin novembre 2020. L'équipe Spartan comprenait Kazem Kashefi, professeur assistant au Département de microbiologie et de génétique moléculaire, et des étudiants diplômés Hunter Dulay et Marcela Tabares, qui sont «deux investigateurs incroyables et relativement jeunes», a dit Reguera.

Cette cellule de Geobacter, qui ressemble un peu à une cacahuète grise sur cette image au microscope, est parsemée d'une couche sombre de minéraux de cobalt qui serait toxique pour de nombreux organismes. Image fournie gracieusement de Hunter Dulay.

Elle voit cette découverte comme une preuve de concept qui ouvre la porte à un certain nombre de possibilités passionnantes. Par exemple, Geobacter pourrait constituer la base d’une nouvelle biotechnologie conçue pour récupérer et recycler le cobalt des batteries lithium-ion, réduisant ainsi la dépendance du pays vis-à-vis des mines de cobalt étrangères.

Cela invite également les chercheurs à étudier Geobacter comme un moyen d'absorber d'autres métaux toxiques qui étaient auparavant considérés comme des condamnations à mort pour les bactéries. Reguera est particulièrement intéressé à voir si Geobacter pourrait aider à nettoyer le cadmium, un métal qui se trouve dans la pollution industrielle qui affecte de manière disproportionnée les communautés les plus défavorisées d'Amérique.

«C'est un rappel d'être créatif et non limité dans les possibilités. La recherche est la liberté d'explorer, de rechercher, de rechercher et de rechercher», a déclaré Reguera. «Nous avons des avis écrits sur ce que les microbes peuvent et devraient faire, mais la vie est tellement diversifiée et colorée. Il existe d'autres processus qui attendent d'être découverts.»

Arrêt de la reproduction de Listeria dans son élan, selon une étude

« Arrêt de la reproduction de Listeria dans son élan », source University of Houston (UH).

Des chercheurs de l'Université de Houston découvrent un composé CoO-TiO2 qui réduit la contamination bactérienne.

La contamination par Listeria peut envoyer les installations de transformation des aliments en pleine crise avec des rappels de produits de masse, des avertissements fédéraux et même une hospitalisation ou un décès pour les personnes qui consomment des produits contaminés. Détruire la bactérie et arrêter sa propagation peut être difficile en raison de la formation de biofilms ou de communautés de bactéries résistantes qui adhèrent aux siphons de sol ou à d'autres surfaces.

Des chercheurs de l'Université de Houston rapportent dans le Journal of Environmental Chemical Engineering que le dioxyde de titane dopé au cobalt (CoO-TiO₂) arrête la reproduction de la Listeria monocytogenes dans des conditions claires et sombres. Cet effet bactériostatique pourrait conduire à un contrôle bactérien dans les produits alimentaires qui ne sont pas seulement conditionnés mais également protégés de la lumière tels que les emballages Tetra-Pak, des canettes et des bouteilles de verre foncé ou en plastique.

« L'ajout de cobalt, un métal lourd, a considérablement amélioré l'efficacité du dioxyde de titane, car il fonctionne désormais dans des conditions humaines normales - lumière du soleil, lumière fluorescente comme les ampoules et même en ‘absence de lumière’, comme dans un congélateur », a dit Francisco Robles, auteur principal de l'étude et professeur de technologie du génie mécanique.

Le dioxyde de titane est depuis longtemps un catalyseur efficace dans l'industrie chimique avec de nombreuses applications, mais il présente des limites car la lumière UV est nécessaire pour le faire fonctionner, selon Robles. « Les sources de lumière UV sont rares à la lumière du soleil et leur production est coûteuse et présente un risque pour la santé (par exemple cancérigène), nous avons donc cherché une solution. Le rendre efficace dans des conditions de lumière naturelle est important et gratuit », a-t-il dit.

Minéral naturel, le dioxyde de titane est souvent utilisé dans l'industrie alimentaire comme additif ou agent de blanchiment pour les sauces, les vinaigrettes et les aliments en poudre et est considéré comme sûr par la Food and Drug Administration des États-Unis. Il est également utilisé dans les écrans solaires pour ses effets protecteurs contre les rayons UV/UVB du soleil.

Sujata Sirsat, co-auteure de l'étude et professeur au Conrad N. Hilton College of Hotel and Restaurant Management de l'UH, estime que le dioxyde de titane dopé au cobalt, qu'il soit fabriqué directement dans des emballages alimentaires ou ajouté à des produits alimentaires, pourrait potentiellement réduire le risque d’éclosions à Listeria dans les environnements de transformation des aliments.

« Listeria est un pathogène d'origine alimentaire rare qui peut survivre dans des conditions réfrigérées. Donc, si vous aviez un bol de salade de pommes de terre contaminé, non seulement Listeria peut survivre, mais elle peut augmenter en nombre et causer potentiellement un grave problème de santé. Le dioxyde de titane dopé au cobalt peut potentiellement arrêter sa propagation dans son élan » a dit Sirsat, experte en sécurité des aliments et en santé publique, qui a dit que des essais de toxicité sont nécessaires pour déterminer sa sécurité sanitaire dans les produits alimentaires.

Selon les CDC, environ 1 600 personnes contractent la listériose chaque année en consommant des aliments contaminés par Listeria monocytogenes, et environ 260 personnes décèdent.

Les chercheurs pensent que le dioxyde de titane dopé au cobalt pourrait avoir un large éventail d'applications au-delà du contrôle des bactéries. « Vous pouvez en enduire les plats de l'hôpital pour les rendre incapables de former des bactéries ou enduire l'emballage du lait et d'autres produits laitiers. Vous pouvez même l'ajouter à la peinture pour faire de la peinture contrôlée contre les bactéries. Les possibilités sont énormes », a dit Robles, qui étudie les effets du composé chimique depuis près de 15 ans.