Une bactérie pour dépolluer les eaux contaminées radioactives

Publié par Adrien le 23/02/2020 à 08:00
Source: CNRS INSB
Le radium 226 et le strontium 90 sont des isotopes radioactifs potentiellement néfastes pour la santé et l'environnement. Ils sont difficiles à dépolluer car ils se comportent comme le calcium, un élément très abondant qui sature rapidement les dispositifs de dépollution. Une étude publiée dans ES&T montre qu'une bactérie photosynthétique (Les bactéries photosynthétiques sont des procaryotes qui utilisent la lumière comme source initiale d'énergie.) piège très efficacement ces isotopes même dans des eaux riches en calcium (Le calcium est un élément chimique, de symbole Ca et de numéro atomique 20.). Elle pourra inspirer de nouvelles stratégies de dépollution d'effluents contaminés.


Image colorisée en microscopie électronique à balayage d'une cellule (gris) de Gloeomargarita lithophora contenant des inclusions intracellulaires (grains clairs/jaunes) de carbonate de calcium.
© Karim Benzerara & Stefan Borensztajn

Le calcium (Ca), le radium (Le radium est un élément chimique de symbole Ra et de numéro atomique 88.) (Ra) et le strontium (Le strontium est un élément chimique, de symbole Sr et de numéro atomique 38. Le strontium, comme le calcium, est un alcalino-terreux. Il est mou,...) (Sr) sont trois éléments chimiques regroupés au sein de la famille des alcalino-terreux. Ils présentent ainsi des propriétés chimiques analogues et se comportent de façon similaire dans les systèmes biologiques. Le Ca est un élément abondant à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des...) et parfois essentiel pour les organismes vivants, comme par exemple pour la formation de notre squelette (Le squelette est une charpente animale rigide servant de support pour les muscles. Il est à la base de l'evolution des vertébrés. Celui ci leur a fourni un avantage sélectif conséquent suite au besoin d'un...). Au contraire, les isotopes 90 du Sr et 226 du Ra, sont radioactifs et toxiques. Ils peuvent être toxiques même à de faibles concentration dans l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le...), car ils ont tendance à s'accumuler le long de la chaîne alimentaire (Une chaîne alimentaire est une suite d'êtres vivants dans laquelle chacun mange celui qui le précède. Le premier maillon d'une chaîne est très souvent un végétal chlorophyllien. Dans les mers et océans, le...) et sont retenus efficacement dans les os.

Il existe différentes approches visant à extraire ces isotopes radioactifs depuis l'environnement pour pouvoir ensuite les stocker à l'écart, le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) qu'ils décroissent radioactivement pendant plusieurs centaines (pour le 90Sr) à plusieurs milliers d'années (pour le 226Ra). Cependant, l'efficacité de ces méthodes physico-chimiques est limitée en pratique par la grande abondance d'autres éléments chimiques comme le Ca, même dans les environnements pollués. Les pièges, pas assez discriminant (En mathématiques, le discriminant est une notion algébrique. Il est utilisé pour résoudre des équations du second degré. Il se généralise pour des polynômes de...) entre le Ca, le 90Sr et le 226Ra saturent ainsi rapidement et deviennent inopérant.

Récemment, les chercheurs ont cultivé Gloeomargarita lithophora, une cyanobactérie qui forme des granules intracellulaires carbonatés, en présence de traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la responsabilité de la Commission...) de 226Ra ou de 90Sr et d'un million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui...) de fois plus de Ca. Cette bactérie a été identifiée dans de nombreux environnements naturels à travers le monde (Le mot monde peut désigner :). En mesurant l'évolution temporelle des doses de rayonnements g et b émises par le 226Ra et le 90Sr, respectivement dans la fraction soluble et dans la fraction cellulaire des cultures, ils ont montré que plus de 99% des radionucléides sont piégés par les cellules en moins d'une heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y compris en...) et ce malgré la présence d'un large excès de Ca. En comparaison, la quasi- totalité des radionucléides restait en solution en l'absence de Gloeomargarita lithophora ou lorsque des cellules d'une autre espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la systématique. L'espèce est un...) de cyanobactérie étaient ajoutées.

Cette efficacité de piégeage serait le résultat d'une étonnante capacité de Gloeomargarita lithophora à incorporer le Sr et le Ra préférentiellement au Ca. De plus, l'accumulation de quantités relativement importantes d'isotopes radioactifs au sein même des cellules ne semble pas altérer cette capacité. Les chercheurs souhaitent désormais développer un procédé qui permettra d'utiliser cette bactérie pour dépolluer des eaux environnementales polluées de manière efficace et économique.

Pour en savoir plus:
Sequestration of Radionuclides Radium-226 and Strontium-90 by Cyanobacteria Forming Intracellular Calcium Carbonates.
Mehta N, Benzerara K, Kocar BD, Chapon V.
Environ Sci Technol. 2019 Nov 5;53(21):12639-12647. doi: 10.1021/acs.est.9b03982. Epub 2019 Oct 23.
https://www.nature.com/articles/d41586-019-03087-1

Laboratoires:
Institut de minéralogie, physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la...) des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) et cosmochimie (IMPMC) - (CNRS/Sorbonne Université/Muséum National d'Histoire Naturelle)
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