Titre : Interactions moléculaires de bactéries polaires avec le

Domaine de Formation : Sciences, Techniques et Santé
Mention : Ingénieries pour la Santé et le Médicament (Master ISM)
Spécialité : Méthodes de Recherche en Environnement et en Santé (MRES) - Master M2 Recherche
Titre : Interactions moléculaires de bactéries polaires avec le mercure. Etude d’une voie
d’entrée dans la chaîne alimentaire.
Auteurs : Nicolas Marusczak 1,2, D. Schneider 1, C. Ferrari 2 A. Dommergue 2
Directeur de stage : Christophe Ferrari
Laboratoires d’accueil : 1- LAPM, Université Joseph Fourier, Institut Jean Roget Domaine de la Merci, BP
170, 3842 GRENOBLE Cedex 09; 2- LGGE, Université Joseph Fourier, 54 rue Molière, 38402 St-Martin d’Hères
Contexte : Le mercure est un élément naturellement présent dans l’atmosphère. Par
processus biotique ou abiotique, la forme oxydée (Hg2+) peut se transformer en forme
toxique, le méthylmercure. C’est sous cette forme, que le mercure contamine les
écosystèmes, notamment les écosystèmes polaires. Depuis plusieurs années, les
concentrations internes en méthylmercure chez les animaux des écosystèmes arctiques
(poissons, ours polaires, phoques par exemple) ne cessent d’augmenter sans que la « porte
d’entrée » de ce mercure soit connue. L’origine de cette contamination pourrait s’expliquer
par une oxydation et un dépôt rapide du mercure élémentaire gazeux sur le manteau
neigeux : un phénomène appelé « Atmospheric Mercury Depletion Events » (AMDE). Or on
sait que les bactéries interagissent avec le mercure, et l’isolement de bactéries polaires au
Svalbard en 2004 a permis de le confirmer. Nous proposons ici de mieux comprendre les
interactions moléculaires mises en jeu entre ces bactéries et le mercure, notamment lors de
la fonte du manteau neigeux, qui semble être un moment primordial dans le transfert du
mercure dans la chaîne alimentaire.
Objectifs : Connaître le rôle des bactéries polaires isolées en 2004 au Svalbard dans le
transfert du mercure vers les écosystèmes polaires en déterminant la part de mercure
biodisponible déposé lors des AMDE, et en comprenant les interactions moléculaires entre
ces bactéries et le mercure, par la détermination des Concentrations Minimales Inhibitrices
(CMI) des bactéries isolées par la recherche de gènes de résistance au mercure (gènes
mer).
Méthodes : Pour déterminer la part de mercure biodisponible dans le manteau neigeux,
nous avons mis au point un biosenseur. Ce dernier a été construit par insertion d’une partie
de l’opéron mer (merRo/ptmerT) en amont des gènes de la luciférase (luxCDABE). Pour
déterminer les CMI, nous avons mis en culture les bactéries avec des concentrations
croissantes en mercure, et pour la mise en évidence des gènes mer, deux approches ont été
abordées : la Réaction de Polymérisation en Chaîne (PCR) et l’hybridation moléculaire.
Résultats : Les mesures de mercure biodisponible réalisées grâce au biosenseur, lors de la
campagne de terrain effectué au Spitzberg (Norvège), d’avril à juin 2007, révèle des
concentrations en mercure biodisponible très élevées, de l’ordre de 100 ng.L-1. Les CMI
déterminé révèlent des niveaux d’inhibition différents selon les souches, allant de 50 µg.L-1 à
1 mg.L-1. Les PCR ont permis de mettre en évidence chez deux souches, la présence de
gènes mer, leur conférant ainsi une résistance enzymatique vis-à-vis du mercure.
Conclusion : Au vu des concentrations en mercure biodisponible mesurées grâce au
biosenseur, des interactions entre bactéries et mercure sont plus que probable. Ceci est
confirmé par les CMI déterminées, qui sont supérieurs aux concentrations retrouvées. La
mise en évidence de gènes mer chez deux bactéries montre l’existence d’une forme de
résistance au mercure.
Mots clés : Mercure biodisponible, Arctique, bactéries, gènes mer, biosenseur.
Domaine de Formation : Sciences, Techniques et Santé
Mention : Ingénieries pour la Santé et le Médicament (Master ISM)
Spécialité : Méthodes de Recherche en Environnement et en Santé (MRES) - Master M2 Recherche
Titre : Moleculars interactions of polar bacteria with mercury. The study of a potential entry
path in the food chain.
Auteurs : Nicolas Marusczak 1,2, D. Schneider 1, C. Ferrari 2 A. Dommergue 2
Directeur de stage : Christophe Ferrari
Laboratoires d’accueil : 1- LAPM, Université Joseph Fourier, Institut Jean Roget Domaine de la Merci, BP
170, 3842 GRENOBLE Cedex 09; 2- LGGE, Université Joseph Fourier, 54 rue Molière, 38402 St-Martin d’Hères
Context: Mercury is an element naturally present in the atmosphere. By biotic or abiotic
process, the oxidized form (Hg2+) can be transformed into toxic form, methylmercury. This
form contaminates the ecosystems, in particular the polar ecosystems. For several years, the
internal methylmercury concentrations in the animals of the arctic ecosystems (fish, polar
bears, seals for example) without knowing the origin of its entry. The origin of this
contamination could be explained by an oxidation and a fast deposit of gas elementary
mercury on the snow cover: a phenomenon called “Atmospheric Mercury Depletion Events”
(AMDE). However it is known that the bacteria interact with mercury and the insulation of
polar bacteria in Svalbard in 2004 confirmed it. We propose here a better comprehension of
the molecular interactions brought into play between these bacteria and mercury, in
particular when the snow cover melt, which seems to be one paramount moment in the
transfer of mercury in the food chain.
Objective: To know the role of the polar bacteria (insulated in 2004 in Svalbard) in the
transfer from mercury towards the polar ecosystems by determining the biodisponible
mercury share deposited at the time of the AMDE, and finally by understanding the molecular
interactions between these bacteria and mercury, by the determination of the Minimal
Inhibitory Concentrations (MIC) of the bacteria insulated by gene research from resistance to
mercury (mer genes).
Methods: To determine the bioavailable mercury share in the snow cover, we developed a
biosensor. This last was built by insertion of part of the mer operon (merRo/ptmerT)
upstream of genes coding luciferase (luxCDABE). For determine MIC, we put in culture the
bacteria with increasing concentrations of mercury, and for the description of the mer genes,
two approaches were used: Polymerase Chain Reaction (PCR) and molecular hybridization.
Results: The measurements of bioavailable mercury carried out thanks to the biosensor, at
the time of the countryside of ground carried out in Spitzberg (Norway), from April at June
2007, reveals very high concentration of bioavailable mercury, about 100 ng.L-1. The MIC
obtained reveals different levels of inhibition according to strains, going from 50 µg.L-1 to 1
mg. L-1. The PCR made it possible to highlight at two stains, the presence of mer genes, thus
conferring an enzymatic resistance to mercury.
Conclusion: Within sight of the bioavailable mercury concentrations measured thanks to the
biosensor, interactions between bacteria and mercury are more than probable. This is
confirmed by the MIC determined, which is higher than the found concentrations. The results
revealing the presence of mer genes in two bacteria shows the existence of a form of
resistance to mercury.
Key words: Bioavailable mercury, arctic, bacteria, mer genes, biosensor (5 maximum)