Microorganism de reducere diferit al metalelor

O reducere disimilatoare a metalelor de către microorganisme (în engleză: microorganism de reducere a metalului disimilator ) este o bacterie sau arheea a cărei respirație celulară anaerobă folosește un metal ca acceptor final de electroni. Cele mai comune metale folosite de astfel de microorganisme sunt fierul feric Fe ( III ) și magneziul Mg ( IV ), redus la fierul feros Fe ( II ) și magneziul Mg ( II ), majoritatea procariotelor capabili să reducă Fe ( III ) reduce Mg ( IV ). Alte metale și metaloizi pot servi și ca acceptori finali de electroni, precum vanadiu V ( V ), crom Cr ( VI ), molibden Mo ( VI ), cobalt Co ( III ), paladiu Pd ( II ), aur Au ( III ) și mercur Hg ( II ).

Condiții și mecanisme de reducere disimilatoare a metalelor

De microorganisme pentru a reduce dissimilatory de metale sunt un grup divers de procariote , care se reflectă în factorii implicați în diferite forme de reducere a metalului. Procesul de reducere a metalului disimilator este anaerob , dar microorganismele care pot fi realizate atât anaerobe stricte , cum ar fi familia de Geobacteraceae  (în) , anaerob opțional, ca Shewanella gen . În plus, diferiți donatori de electroni pot fi folosiți și în oxidare, cuplat cu reducerea metalelor. Astfel, unele specii sunt limitate la hidrogen H 2și acizi organici mici, în timp ce alții pot oxida compuși aromatici . În unele cazuri, cum ar fi reducerea cromului Cr ( VI ), rata de reducere a metalului poate fi îmbunătățită cu ajutorul compușilor organici mici .

Un alt factor care influențează reducerea diferită a metalelor este aciditatea mediului. Deși există microorganisme reducătoare acidofile și alcalofile , majoritatea dintre cele mai bine caracterizate sunt neutrofile . În mediul solului sau sedimentelor, unde pH - ul este adesea neutru, metale precum fierul apar în forma lor solidă oxidată cu potențial de reducere variabil, care poate afecta utilizarea lor de către microorganisme.

Datorită impermeabilității peretelui celular la minerale și a insolubilității oxizilor metalici, microorganismele de reducere diferite ale metalelor au dezvoltat mijloace de reducere a metalelor în mediul extracelular prin transferul de electroni din citoplasmă . Citocromului c , care sunt proteine transmembranare joacă un rol important în transportul de electroni din citosol către enzimele legate de membrana plasmatică la exteriorul celulei . Electronii sunt apoi transportați la acceptorul final de electroni printr- o interacțiune directă între enzime și oxizi metalici.

În plus față de reducerea contactului direct, microorganismele de reducere diferite ale metalelor sunt, de asemenea, capabile să reducă metalele de la distanță. Anumite specii sunt astfel capabile să producă compuși capabili să dizolve minerale insolubile sau să acționeze ca navete electronice, ceea ce le permite să acționeze la distanță. Alți compuși organici care se găsesc în mod obișnuit în soluri și sedimente, cum ar fi acizii humici , pot acționa și ca navete electronice. În cadrul biofilmelor , nanofirele  (în) și salturile succesive de electroni (proces în care electronii sar de la celulă la celulă în mineral) au fost, de asemenea, propuse ca mecanisme pentru a explica reducerea metalelor fără contact direct cu celulele. Citocromului c pot fi implicate în ambele mecanisme. În nanofire, de exemplu, citocromii c sunt implicați în ultima etapă a transferului de electroni la oxidul metalic.

Minerale finale acceptoare de electroni

S-a observat o mare varietate de minerale care conțin fier feric Fe ( III ) ca acceptori finali de electroni, cum ar fi magnetit , hematit , goetit , lepidocrocit , ocru feros , oxizi ferici hidratați , smectită , ilitul sau jarozitul .

Formarea mineralelor secundare

În mediul natural, este posibil ca mineralele secundare să se formeze ca subproduse ale reducerii metalelor de către microorganisme. Mineralele secundare produse prin bio-reducere diferită a metalelor sunt, de exemplu , magnetit , siderit , vivianit și carbonat de Fe ( II ) hidratat .

Note și referințe

  1. (ro) Jonathan R. Lloyd , „  Reducerea microbiană a metalelor și radionuclizilor  ” , FEMS Microbiology Reviews , vol.  27 Fără oase  2-3, Iunie 2003, p.  411-425 ( PMID  12829277 , DOI  10.1016 / S0168-6445 (03) 00044-5 , citiți online )
  2. (ro) DR Lovley , "  Reducerea Fe disimilatoare (III) și Mn (IV)  " , Microbiologie și recenzii de biologie moleculară , Vol.  55, n o  2 Iunie 1991, p.  259–287 ( PMID  1886521 , PMCID  372814 , citiți online )
  3. (ro) Derek Lovley , „  Fe disimilatorie (III) - și Mn (IV) -procariote reducătoare  ” , Procariotele , 2013, p.  287-308 ( DOI  10.1007 / 978-3-642-30141-4_69 , citiți online )
  4. (în) Karrie A. Weber, Laurie A. Achenbach și John D. Coates , „  Microorganismele care pompează fierul: oxidarea și reducerea microbiană a fierului anaerob  ” , Nature Reviews Microbiology , vol.  4, n o  10, Octombrie 2006, p.  752-764 ( PMID  16980937 , DOI  10.1038 / nrmicro1490 , citiți online )
  5. (en) Liang Shi, Thomas C. Squier, John M. Zachara și James K. Fredrickson , „  Respirația metalice (hidr) oxizi prin Shewanella și Geobacter : un rol cheie pentru citocromilor multihaem c-tip  “ , Molecular Microbiologie , vol.  65, n o  1, Iulie 2007, p.  12-20 ( PMID  17581116 , PMCID  1974784 , DOI  10.1111 / j.1365-2958.2007.05783.x , citiți online )
  6. (în) Gunnar Sturm, Kerstin Dolch, Katrin Richter, Micha Rautenberg și Johannes Gescher , „  Reductoare de metal și ținte de reducere. Un scurt sondaj despre distribuția reductoarelor de metale disimilatoare și multitudinea acceptorilor terminali de electroni  ” , Respirația microbiană a metalelor , 2013, p.  129-159 ( DOI  10.1007 / 978-3-642-32867-1_6 , citiți online )
  7. (în) Katrin Richter și Johannes Marcus Schicklberger Gescher , "  Reducerea disimilatorie a acceptorilor extracelulari de electroni în respirația anaerobă  " , Microbiologie aplicată și de mediu , vol.  78, nr .  4, februarie 2012, p.  913-921 ( PMID  22179232 , PMCID  3273014 , DOI  10.1128 / AEM.06803-11 , citiți online )
  8. (ro) Liang Shi, Hailiang Dong, Gemma Reguera, Haluk Beyenal, Anhuai Lu, Juan Liu, Han-Qing Yu și James K. Fredrickson , „  Mecanisme de transfer extracelular de electroni între microorganisme și minerale  ” , Nature Reviews Microbiology , zbor.  14, n o  10, octombrie 2016, p.  651-662 ( PMID  27573579 , DOI  10.1038 / nrmicro.2016.93 , citiți online )
  9. (ro) TV Tikhonova și VO Popov , „  Studii structurale și funcționale ale citocromilor multihemici c implicați în transportul extracelular de electroni în reducerea bacteriilor disimilatoare de metal  ” , Biochimie (Moscova) , vol.  79, nr .  13, decembrie 2014, p.  1584-1601 ( PMID  25749166 , DOI  10.1134 / S0006297914130094 , citiți online )
  10. (în) Kelly P. Nevin și Derek R. Lovley , „  Mecanisme pentru reducerea Fe (III) oxidului în medii sedimentare  ” , Geomicrobiology Journal , vol.  19, n o  2 2002, p.  141-159 ( DOI  10.1080 / 01490450252864253 , citiți online )
  11. (în) DR Lovley, JL Fraga EL Blunt-Harris, THE Hayes EJP Phillips și JD Coates , "  Substanțe humice ca mediator pentru reducerea catalizată prin metale microbiene  " , Acta hydrochimica și hydrobiologica , vol.  26, n o  3, Mai 1998, p.  152-157 ( DOI  10.1002 / (SICI) 1521-401X (199805) 26: 3 <152 :: AID-AHEH152> 3.0.CO; 2-D , citiți online )
  12. (în) Gemma Reguera, Kevin D. McCarthy, Teena Mehta, Julie S. Nicoll, Mark T. Tuominen și Derek R. Lovley , „  Extracellular Electron Transfer via microbial nanowires  ” , Nature , vol.  435, nr .  7045, 23 iunie 2005, p.  1098-1101 ( PMID  22955881 , DOI  10.1038 / nature03661 , citiți online )
  13. (în) Rachel M. Snider, Sarah M. Strycharz-Glaven Stanislav D. Tsoi, Jeffrey S. Erickson și domnul Leonard Tender , „  Transportul pe distanțe mari de electroni în biofilmele Geobacter sulfurreducens este redox gradient-driven  ” , Proceedings of the Academia Națională de Științe a Statelor Unite ale Americii , vol.  109, nr .  38, 18 septembrie 2012, p.  15467-15472 ( PMID  22955881 , PMCID  3458377 , DOI  10.1073 / pnas.1209829109 , JSTOR  41706427 , Bibcode  2012PNAS..10915467S , citiți online )
  14. (în) Jennyfer Miot și Marjorie Etique , "  Formarea și transformarea mineralelor purtătoare de fier prin fier (II) -Oxidant și fier (III) -Bacterii reducătoare  " , Oxizi de fier: de la natură la aplicații , 2016( DOI  10.1002 / 9783527691395.ch4 , citiți online )
  15. (în) Derek R. Lovley, John F. Stolz, Gordon L. North Jr. și Elizabeth JP Phillips , „  Producția anaerobă de magnetit de către un microorganism disimilator de reducere a fierului  ” , Nature , vol.  330, 19 noiembrie 1987, p.  252-254 ( DOI  10.1038 / 330252a0 , Bibcode  1987Natur.330..252L , citiți online )