Conception de biofilms bactériens artificiels électroactifs en vue d’optimiser les réactions de transferts extracellulaires d’électrons

Abstract : Nous avons cherché dans ce travail à élaborer un biofilm artificiel électroactif dans le but de promouvoir les réactions de transfert extracellulaire d’électrons (EET) en reconstituant artificiellement un biofilm en présence de matériaux exogènes. Un matériau composite auto-assemblé constitué de cellules bactériennes (Shewanella oneidensis), de nanotubes de carbone et de cytochromes c exogènes (issue de cellules de cœur de bœuf) a été tout d’abord proposé. Le processus d’auto-assemblage a été étudié par diffusion de lumière dynamique, microscopie électronique à balayage et spectroscopie Raman. Ces analyses ont mis en évidence l’importance du cytochrome exogène dans l’assemblage et l’organisation du matériau. La viabilité bactérienne a été étudiée et l’activité métabolique a été caractérisée par électrochimie. Les courants à l’anode étaient 10 et 4 fois plus importants avec ce biofilm artificiel (0,027 A m-2) qu’avec les électrodes modifiées par les bactéries seules (0,003 A m-2) ou associées au cytochrome c (0,007 A m-2). Le biofilm artificiel a été testé en substituant S. oneidensis par Pseudomonas fluorescens, produisant un courant d’oxydation lors de l’ajout de 1,5 mM de glucose. Le cytochrome c possède, outre son rôle structurant, une activité de navette à électrons. Son potentiel redox, 254 mV (vs NHE), était adapté à l’oxydation du formiate mais inadapté à la réduction du fumarate. Pour cette raison, il a été substitué par d’autres cytochromes (c3DvH, c7Da, c553DvH, c3DdN ou c3Dg) possédant des potentiels redox plus bas, de 20 mV à -400 mV. Ces cytochromes variaient aussi au niveau de leur charge à pH neutre, permettant de valider l’importance des forces électrostatiques dans l’assemblage du biocomposite. Les résultats optimaux obtenus avec c3DvH et c7Da ont montré l’importance du potentiel redox des éléments exogènes pour l’EET. Nous avons ensuite remplacé le cytochrome c par la protamine. Cette protéine non électroactive a permis l’assemblage du biocomposite tout en maintenant les transferts directs d’électrons entre les bactéries et les différents nanomatériaux testés. Les optimisations ont permis d’atteindre des courants cathodiques de plus de 12 A m-2 en présence de 50 mM de fumarate. Les expériences de stabilité ont montré la présence d’un courant biotique de 1,75 A m-2 après 24 h de réduction de 50 mM de fumarate.
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Contributor : Thèses Ul <>
Submitted on : Thursday, May 16, 2019 - 12:53:32 PM
Last modification on : Friday, May 17, 2019 - 1:41:22 AM

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Stéphane Pinck. Conception de biofilms bactériens artificiels électroactifs en vue d’optimiser les réactions de transferts extracellulaires d’électrons. Microbiologie et Parasitologie. Université de Lorraine, 2017. Français. ⟨NNT : 2017LORR0344⟩. ⟨tel-02131514⟩

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