Mercury species transformations by microbial communities and model bacteria from sulfur-rich aquatic environments

Cette thèse vise à améliorer les connaissances sur le cycle du mercure (Hg) dans les environnements aquatiques riches en soufre, en se concentrant sur le rôle des bactéries liées au soufre dans la transformation des espèces du Hg. Cela inclut la réduction et la méthylation du Hg inorganique (iHg) et la déméthylation du méthylmercure (MeHg). Des études sur le terrain et en laboratoire ont été menées pour comprendre la détermination des transformations des espèces du Hg depuis le niveau cellulaire au niveau des communautés microbiennes.Deux sites de terrain ont été sélectionnés : une source chaude sulfurée (TdM) et un lac salin riche en sulfates (Lac Gallocanta). Un échantillonnage intensif a permis de suivre les variations temporelles/saisonnières de la spéciation et des processus de transformation du Hg dans l'eau, les sédiments et les biofilms. Des traceurs isotopiques enrichis en Hg spécifiques aux espèces ont été utilisés pour surveiller les voies de transformation de plusieurs espèces du Hg. À TdM, mon travail a examiné le rôle crucial du métabolisme bactérien lié au soufre, tel que celui des sulfato-réducteurs et des phototrophes anoxygéniques, dans la régulation des niveaux de MeHg. Cette régulation fut ainsi démontrée par la dominance de la déméthylation microbienne du MeHg observée dans les biofilms phototrophiques et les sédiments. En comparaison, le lac salin riche en sulfate présentait une méthylation prédominante du Hg dirigée par les sulfato-réducteurs dans les sédiments de surface. Dans les deux sites, ce travail démontre que la dégradation photochimique du MeHg dans l'eau joue un rôle clé dans l'élimination du MeHg.En laboratoire, la méthylation du Hg à l'échelle cellulaire a été étudiée en utilisant une bactérie modèle réductrice de sulfates, Pseudodesulfovibrio hydrargyri BerOc1, isolée des sédiments saumâtres, au cours d'une expérience cinétique de méthylation de 30 heures. Les signatures isotopiques spécifiques aux espèces du Hg ont été examinées à l'échelle cellulaire et en culture. Les biomolécules liant le Hg ont été criblées dans la fraction extracellulaire. Le fractionnement dépendant de la masse des isotopes du Hg a permis de contraindre le devenir du MeHg, de sa production intracellulaire à sa libération à l'extérieur de la cellule. Les résultats montrent que le MeHg produit à l'intérieur de la cellule, avec une composition isotopique plus légère par rapport à l'iHg initial, est largement exporté hors de la cellule et lié à plusieurs fractions de biomolécules.Dans l'ensemble, cette thèse étudie les transformations microbiennes des espèces de Hg, de l'échelle moléculaire à l'échelle de l'écosystème, en utilisant des techniques d'isotopes stables de Hg enrichis et naturels. Les traceurs enrichis en isotopes stables du Hg ont permis d'identifier les voies de transformation des différentes espèces du Hg dominantes dans les écosystèmes aquatiques riches en soufre. L'occurrence d'une voie ou d'une autre est largement influencée par les bactéries liées au soufre ou leurs communautés. La présence de sulfures aqueux affecte souvent la complexation des espèces du Hg en formant des complexes anioniques, limitant ainsi la capacité de transformation, notamment la méthylation de l'iHg. Des études en culture pure de bactéries réductrices de sulfates, contraintes par les signatures isotopiques du Hg, suggèrent également qu'à l'échelle cellulaire, la forme finale et concentration de MeHg dépendent de plusieurs processus cellulaires, telles que l'absorption de l'iHg et la méthylation intracellulaire, ainsi que la déméthylation extracellulaire du MeHg. L'intégration des études de terrain et de laboratoire élargit significativement notre compréhension de la biogéochimie des espèces du Hg dans les environnements aquatiques riches en soufre. Ce projet de doctorat a été mené dans le cadre du programme E2S UPPA MeSMic.