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Biominéralisation intracellulaire de cyanobactéries : Une bactérie pour remonter le temps

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Les cyanobactéries sont des bactéries abondantes dans de nombreux environnements continentaux et marins actuels. Il y a plus de 2,3 milliards d’années elles ont « inventé » la photosynthèse oxygénique, cette réaction essentielle qui utilise l’énergie lumineuse pour convertir l’eau et le gaz carbonique en carbone organique et dioxygène. C’est ainsi qu’elles ont véritablement modifié le fonctionnement chimique de la surface de la Terre. Elles ont aussi été des ouvrières majeures dans la formation de roches calcaires (biominéralisation). Pourtant, aujourd’hui encore, nous comprenons mal comment elles catalysent cette biominéralisation et comment ceci a pu évoluer au cours des temps.

La découverte récente de certaines espèces capables de former des carbonates de calcium amorphes à l’intérieur de leurs cellules a radicalement modifié notre vision de ce processus. La façon dont ces cellules régulent le calcium est vraisemblablement un trait discriminant vis-à-vis des autres espèces de cyanobactéries incapables de cette biominéralisation.

Sur la ligne HERMES, l’utilisation de la spectromicroscopie STXM (« Scanning transmission X-ray microscopy », ou microscopie à balayage par transmission de rayons X), récemment mise à disposition des utilisateurs de SOLEIL, permet d’offrir les clés indispensables pour identifier et quantifier les différents réservoirs intracellulaires du calcium dans les cellules, et leurs variations. Ceci permet de mieux comprendre les mécanismes de nucléation et croissance de ces phases minérales et leur contrôle par les cellules. De plus, cette approche ouvre plus généralement des perspectives pour l’étude de la régulation du calcium par les cellules.

Figure : Image STXM d’une cellule planctonique - La combinaison de l’imagerie X à haute résolution et de la spectroscopie XANES aux seuils du carbone, calcium et potassium permet d’étudier de façon détaillée la distribution intracellulaire de différentes espèces chimiques lors de la biominéralisation : CaCO3 est produit sous forme de particules sphériques très bien définies, les protéines (coloration verte, ‘cell’)  sont plus uniformément distribuées dans la cellule ; le potassium est contenu dans des inclusions de polymères d’orthophosphate (polyphosphates).