Nouvelles

May 30, 2023

Le stress mixte des métaux lourds induit une réponse globale à la famine en fer

The ISME Journal volume 17, pages 382-392 (2023)Citer cet article 2991 Accès 2 Citations 54 Détails des métriques Altmetric La contamination multiple par les métaux lourds est un problème mondial de plus en plus courant.

The ISME Journal volume 17, pages 382-392 (2023)Citer cet article

2991 Accès

2 citations

54 Altmétrique

Détails des métriques

La contamination multiple par les métaux lourds est un problème mondial de plus en plus courant. Les métaux lourds ont le potentiel de perturber le cycle biogéochimique à médiation microbienne. Cependant, les études au niveau systémique sur les effets des combinaisons de métaux lourds sur les bactéries font défaut. Pour cette étude, nous nous sommes concentrés sur le sous-sol de la réserve d'Oak Ridge (ORR ; Oak Ridge, TN, États-Unis) qui est contaminé par plusieurs métaux lourds et de fortes concentrations de nitrate. À l'aide d'un isolat natif de Bacillus cereus qui représente une espèce dominante sur ce site, nous avons évalué l'impact combiné de huit contaminants métalliques, tous à des concentrations pertinentes pour le site, sur les processus cellulaires grâce à une approche multiomique intégrée incluant la protéomique de découverte, la métabolomique ciblée, et le profilage ciblé de l’expression génique. La combinaison de huit métaux a eu un impact sur la physiologie cellulaire d'une manière qui n'aurait pas pu être prédite en additionnant les réponses phénotypiques aux métaux individuels. L'exposition au mélange métallique a provoqué une réaction globale de famine en fer qui n'a pas été observée lors d'expositions individuelles aux métaux. Cette perturbation de l'homéostasie du fer a entraîné une diminution de l'activité des nitrates et nitrites réductases contenant le cofacteur de fer, qui sont tous deux importants dans l'élimination biologique des nitrates sur le site. Nous proposons que les effets combinatoires de l’exposition simultanée à plusieurs métaux lourds constituent une forme sous-estimée mais significative de stress cellulaire dans l’environnement, susceptible de perturber les cycles globaux des nutriments et d’entraver les efforts de biorestauration sur les sites de déchets mixtes. Nos travaux soulignent la nécessité de passer des études mono-métaux aux études multi-métaux pour évaluer et prédire les impacts de contaminants complexes sur les systèmes microbiens.

À partir du 20e siècle, des niveaux croissants de contamination par les métaux lourds se sont produits dans les environnements aquatiques [1, 2] et terrestres [3, 4] en raison d'apports anthropiques plus importants provenant de l'urbanisation, des processus industriels et des activités agricoles. Quelle que soit la source d'entrée spécifique, un thème commun qui émerge sur les sites contaminés est la présence simultanée de plusieurs métaux lourds à des concentrations élevées [2, 5,6,7,8]. Une méta-analyse récente de Zhou et al. [2] a compilé les concentrations de métaux lourds pour les masses d'eau de surface mondiales et a comparé ces valeurs aux limites fixées par l'OMS et l'EPA des États-Unis. De 1972 à 2017, la pollution des eaux de surface par les métaux lourds est passée d’un seul métal à plusieurs métaux.

La pollution par les métaux lourds est non seulement préjudiciable à la santé humaine [9], animale [10, 11] et végétale [12], mais perturbe également le cycle naturel des éléments via des impacts sur l'activité microbienne. Aponte et coll. [13] ont constaté que les contaminants de métaux lourds individuels diminuaient de manière linéaire les activités des principales enzymes microbiennes du sol, en particulier celles impliquées dans le cycle du carbone et du soufre. Dans les systèmes pédologiques, les contaminants de métaux lourds individuels inhibent plusieurs étapes des voies de dénitrification, entraînant une accumulation d'intermédiaires toxiques, notamment le nitrite et l'oxyde nitreux, un gaz à effet de serre [14, 15, 16]. Cependant, les études portant sur les impacts de combinaisons de métaux lourds pertinentes pour l’environnement sur les micro-organismes environnementaux sont rares. Un seul rapport de Dey et al. [17] ont exploré la réponse protéomique du micro-organisme eucaryote Aspergillus fumigatus au stress multimétallique et ont suggéré un rôle pour les voies de renouvellement des protéines et les protéines antioxydantes dans cette réponse. Cependant, cette étude n’a pas examiné si cette réponse était due à des effets interactifs synergiques ou additifs des métaux présents dans le mélange. Dans les systèmes procaryotes, les études limitées sur cette forme de stress se sont exclusivement concentrées sur la détermination des valeurs IC50 pour les combinaisons binaires de métaux [18,19,20,21,22,23,24]. Par exemple, Fulladosa et al. [18] ont exploré la toxicité synergique/antagoniste des appariements binaires de métaux chez Vibrio fisheri en déterminant les valeurs IC50 pour des métaux individuels et des combinaisons binaires de métaux. Ils ont constaté que les paires Co-Cu et Zn-Pb et les paires Co-Cd, Cd-Zn, Cd-Pb et Cu-Pb étaient synergiques et antagonistes dans leurs impacts sur la croissance de V. fisheri, respectivement. [18]. Cependant, le mécanisme de ces effets interactifs reste inconnu et l’impact de l’exposition à plusieurs métaux sur la régulation et le métabolisme des gènes bactériens est encore inexploré.