Fractionnement dépendant et indépendant de la masse des isotopes du fer par les bactéries magnétotactiques

Matthieu Amor, IPGP

mercredi 25 mai 2016

Les bactéries magnétotactiques ont la capacité de synthétiser des nanoparticules de magnétite (Fe₃O₄) de façon génétiquement contrôlée au sein de leur cellule. Lorsque les bactéries meurent, les nanoparticules peuvent être fossilisées dans les roches sédimentaires. Bien que ces bactéries pourraient constituer une des plus anciennes formes de biominéralisation sur Terre, l’absence de marqueur fiable de leur activité empêche l’identification de leurs fossiles dans les enregistrements sédimentaires. Au cours de cette étude, nous avons déterminé le fractionnement des isotopes du fer par la bactérie magnétotactique Magnetospirillum magneticum souche AMB-1 afin de mieux comprendre les mécanismes de formation de la magnétite chez ces bactéries, et d’apporter des marqueurs isotopiques fiables de leur activité pour identifier leurs fossiles au sein d’échantillons naturels.

Des cultures d’AMB-1 ont été réalisées en présence de différentes sources de Fe(II) et de Fe(III). La composition isotopique des sources de fer, des milieux de culture après les croissances bactériennes, des lysats bactériens (correspondant aux bactéries séparées des magnétites) et des échantillons de magnétite ont été déterminées. Dans chaque condition de culture correspondant aux différentes sources de fer utilisées, les milieux de croissance en fin de culture ont été enrichis en isotopes légers relativement aux sources de fer. Deux réservoirs de fer cellulaires ont pu être observés : (1) les magnétites enrichies en isotopes légers de 1,5 à 2,5 ‰ en d⁵⁶Fe relativement aux sources de fer, et (2) les lysats bactériens enrichis en isotopes lourds de 0,3 à 0,8 ‰ relativement aux sources de fer. De plus, un fractionnement dit indépendant de la masse de l’isotope impair (⁵⁷Fe) a été observé pour la première fois. Ce fractionnement indépendant de la masse n’a pas été observé pour les isotopes pairs (⁵⁴Fe, ⁵⁶Fe et ⁵⁸Fe), suggérant un effet magnétique isotopique. Les échantillons de magnétite ont en effet été enrichis en ⁵⁷Fe de 0,23 ‰ relativement aux isotopes ⁵⁴Fe, ⁵⁶Fe et ⁵⁸Fe.

Sur la base de nos résultats, nous proposons finalement un modèle de précipitation de la magnétite chez AMB-1, et proposons d’utiliser ces marqueurs isotopiques spécifiques à la magnétite d’AMB-1 (i.e., enrichissement en isotopes légers et fractionnement indépendant de la masse) pour identifier les fossiles de bactéries magnétotactiques dans l’enregistrement sédimentaire.

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Fractionnement dépendant et indépendant de la masse des isotopes du fer par les bactéries magnétotactiques

Matthieu Amor, IPGP

mercredi 25 mai 2016

 

Les bactéries magnétotactiques ont la capacité de synthétiser des nanoparticules de magnétite (Fe₃O₄) de façon génétiquement contrôlée au sein de leur cellule. Lorsque les bactéries meurent, les nanoparticules peuvent être fossilisées dans les roches sédimentaires. Bien que ces bactéries pourraient constituer une des plus anciennes formes de biominéralisation sur Terre, l’absence de marqueur fiable de leur activité empêche l’identification de leurs fossiles dans les enregistrements sédimentaires. Au cours de cette étude, nous avons déterminé le fractionnement des isotopes du fer par la bactérie magnétotactique Magnetospirillum magneticum souche AMB-1 afin de mieux comprendre les mécanismes de formation de la magnétite chez ces bactéries, et d’apporter des marqueurs isotopiques fiables de leur activité pour identifier leurs fossiles au sein d’échantillons naturels.

Des cultures d’AMB-1 ont été réalisées en présence de différentes sources de Fe(II) et de Fe(III). La composition isotopique des sources de fer, des milieux de culture après les croissances bactériennes, des lysats bactériens (correspondant aux bactéries séparées des magnétites) et des échantillons de magnétite ont été déterminées. Dans chaque condition de culture correspondant aux différentes sources de fer utilisées, les milieux de croissance en fin de culture ont été enrichis en isotopes légers relativement aux sources de fer. Deux réservoirs de fer cellulaires ont pu être observés : (1) les magnétites enrichies en isotopes légers de 1,5 à 2,5 ‰ en d⁵⁶Fe relativement aux sources de fer, et (2) les lysats bactériens enrichis en isotopes lourds de 0,3 à 0,8 ‰ relativement aux sources de fer. De plus, un fractionnement dit indépendant de la masse de l’isotope impair (⁵⁷Fe) a été observé pour la première fois. Ce fractionnement indépendant de la masse n’a pas été observé pour les isotopes pairs (⁵⁴Fe, ⁵⁶Fe et ⁵⁸Fe), suggérant un effet magnétique isotopique. Les échantillons de magnétite ont en effet été enrichis en ⁵⁷Fe de 0,23 ‰ relativement aux isotopes ⁵⁴Fe, ⁵⁶Fe et ⁵⁸Fe.

Sur la base de nos résultats, nous proposons finalement un modèle de précipitation de la magnétite chez AMB-1, et proposons d’utiliser ces marqueurs isotopiques spécifiques à la magnétite d’AMB-1 (i.e., enrichissement en isotopes légers et fractionnement indépendant de la masse) pour identifier les fossiles de bactéries magnétotactiques dans l’enregistrement sédimentaire.

titre:

Fractionnement dépendant et indépendant de la masse des isotopes du fer par les bactéries magnétotactiques

intervenant:

Matthieu Amor

date:

mercredi 25 mai 2016

extrait:

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