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La lutte contre la drépanocytose

Un enjeu majeur de santé publique

Chaque année, 275 000 nouveaux cas sont dépistés dans le monde, chez les nourissons. La drépanocytose touche particulièrement les populations d'Afrique et d'Inde. La France n'est pas totalement épargnée avec un enfant pour ...

Homo sapiens découvert hors d'Afrique

Une équipe internationale vient de découvrir le plus ancien fossile d'Homo sapiens jamais découvert en dehors du continent africain : un maxillaire vieux de près de 200 000 ans exhumé sur le mont Carmel au nord d'Israël qui contraint les paléanthropologues à réviser leurs copies. ...

Désintégration du neutron et matière noire 

Pour expliquer divers effets gravitationnels, les physiciens ont été amenés à supposer l'existence d'une « matière noire » à l'intérieur des galaxies et dans l’espace intergalactique. Parmi les hypothèses relatives à sa nature, on suppose l’existence ...

Une symbiose à l'épreuve du milieu

CC SA 3.0 ©Prenn

Duo de choc : les recherches récentes montrent qu’une plante hôte et un champignon peuvent s’associer par-delà leur milieu naturel. Aidée de son symbiote, la plante devient plus résistante.

Le raisinier des mers antillais en voyage au Sénégal

Le ...

L'essor du taxi aérien

Une interview de Claude Le Tallec, Chargé de mission "Transport aérien personnel" à l'ONERA. 

Qu'est-ce qui, à l'heure actuelle, favorise l'émergence de la thématique des voitures volantes ?

Le notion de « voiture volante » ...

L'horloge nucléaire

Ce qui caractérise la performance d’une horloge, c'est la faiblesse de sa dérive au cours du temps : de combien diffère chaque jour l'heure qu'elle indique par rapport à sa référence ; autrement dit au bout de quelle durée se décale-t-elle d’une seconde ?

Le génome de la rose décrypté

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Notre amie la rose

De toutes les plantes ornementales, les roses sont parmi les plus cultivées au monde, que ce soit pour l'agrément que les rosiers confèrent aux ...

La biolixiviation

Les impacts environnementaux et sociaux des industries minières et le besoin accru de certains métaux comme les terres rares pour les appareils électroniques modernes rendent urgente l'élaboration de solutions nouvelles pour traiter les minerais ou récupérer dans les déchets des éléments de plus en plus recherchés. C'est ce que pourrait apporter un procédé, la biolixiviation.

Une solution biotechnologique éprouvée

La biolixiviation, c’est-à-dire l’extraction de métaux grâce à des micro-organismes, est une technique déjà utilisée pour produire 5 % de tout l’or mondial et 20 % du cuivre et, de façon plus marginale, pour l’extraction du nickel, du zinc, du cobalt et de certaines terres rares. Son développement industriel a réellement débuté il y a moins de 20 ans.
Le procédé s'applique à des réserves de minerai, c’est-à-dire de roches suffisamment riches en minéraux d’intérêt. Il nécessite de grandes quantités d’eau, que l’on rend généralement acide et des micro-organismes préléablement sélectionnés (bactéries, archées ou champignons) qui vont faire le travail d’extraction des minéraux intéressants. Bien souvent, l’apport d'oxygène est nécessaire et parfois, pour certains micro-organismes, l'apport en sucres.

La biolixiviation peut s’effectuer par deux voies. Une voie statique qui consiste à verser directement la solution sur le minerai stocké dans un vallon, une cuvette que l’on a imperméabilisée et au fond de laquelle on récupère les métaux dissous. Et une voie dynamique qui consiste à broyer et concasser finement le minerai pour le placer dans de grands réservoirs appelés bioréacteurs. Le contenu de la cuve est alors sans cesse agité afin d’améliorer la surface de contact entre bactéries et minerai et de rendre l’oxygène plus facilement disponible. Avec l’expérience, on a appris à optimiser la température, l’acidité, la vitesse de mélange, les apports en oxygène, en dioxyde de carbone ou en sucres pour que les microorganismes gagnent en productivité.

Plusieurs atouts économiques

Comparée aux méthodes traditionnelles de récupération des minéraux que sont la pyrométallurgie (extraction par fusion des roches) ou l’hydrométallurgie (extraction par dissolution chimique de la roche), la biolixiviation, qui peut aussi être appelée bio-hydrométallurgie, utilise peu d’énergie, produit beaucoup moins de sous-produits et surtout beaucoup moins de polluants. En outre, la mise en oeuvre est relativement peu coûteuse et permet d’extraire des minéraux à partir de minerais pauvres ou de résidus miniers dont l’exploitation traditionnelle ne serait pas rentable. Ainsi, au Chili par exemple, où la quasi-totalité des minerais riches en cuivre ont été exploités, la biolixiviation a pris le relais pour les ressources restantes à faible teneur en métal. En Ouganda, cela fait maintenant une dizaine d’années que les stériles des mines de cuivre sont utilisées pour produire du cobalt. Cependant, le procédé est beaucoup plus lent et, mal conduit, il peut aussi mener à des catastrophes environnementales. Ainsi, la mine finlandaise de Talvivaara, qui avait mis en place un procédé de biolixiviation pour récupérer nickel, zinc, cobalt et cuivre depuis un minerai faiblement concentré dans les années 2000 a connu d’importantes fuites et défauts d’imperméabilisation qui ont ravagé les eaux aux alentours, avec notamment une fuite d’uranium qui a mené l’entreprise à la faillite.

Une clé pour les terres rares ?

Les terres rares (qui comprennent les 15 lanthanides plus le scandium et l’yttrium) sont des matériaux très prisés en électronique, dans les industries des énergies renouvelables, ou encore pour des applications en optique, en raison de leurs propriétés paramagnétiques et luminescentes. Malgré leur nom, les terres rares sont plutôt abondantes dans la croûte terrestre, mais elles sont très dispersées et ne font pas de filons ou de minerais très concentrés. Par conséquent, leur extraction est compliquée et très coûteuse. L’approvisionnement mondial est aux mains de la Chine (90%) via l’exploitation des sous-produits d’autres industries minières, notamment du fer et du cuivre. Flambée des prix, risque de rupture d’approvisionnement sont des motivations très fortes pour trouver des méthodes alternatives à leur extraction. Parmi elle, la « biolixiviation urbaine », qui consiste à extraire les métaux intéressants des déchets électroniques via des microorganismes, a donné lieu à des réussites intéressantes pour récupérer des éléments rares présents dans des lampes fluorescentes ou des aimants de disques durs. En tout état de cause, le procédé semble être promis à un bel avenir. D’une part, parce que les études menées sur les micro-organismes extrêmophiles se développent, ce qui permet d’améliorer encore les rendements et les conditions de la biolixiviation. A titre d’exemple, des souches de bactéries qui continuent d’être actives en milieu salé permettent de continuer les activités minières dans des pays où l’eau douce s’est faite rare. D’autre part, parce que c’est aussi une technique que l’on envisage pour l’exploitation des minéraux sur d’autres corps célestes (Lune, Mars, astéroïdes) ; des études menées sur la station internationale ayant montré que certains microorganismes extrêmophiles terrestres étaient capables de résister aux conditions extrêmes de l’espace (températures, vide, radiations). Enfin, parce qu’elle sert aussi depuis longtemps comme base pour des opérations de dépollution des sols, on parle alors de bioremédiation par les bactéries.
Publié le 03/05/2018

En savoir plus 

http://www.brgm.fr/projet/biotechnologies-viennent-secours-valorisation-environnement

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Les protéines du tardigrade
Les qualités de résistance extrêmes du tardigrade ont permis de mettre en évidence les propriétés de préservation des protéines intrinsèquement désordonnées.

Publié le 27 avril 2017

Que sont les protéines intrinsèquement désordonnées (PID) ?

François-Xavier Theillet, chercheur à l'I2BC (Institut de biologie intégrative de la cellule, rattaché au CEA, au CNRS et à l'université Paris Sud) étudie ces PID et les agrégats qu'elles peuvent former dans le cadre d'études sur les maladies neurodégénératives.

« La plupart des protéines connues adoptent une structure stable, c'est-à-dire un repliement stable, comme une pelote de laine bien enroulée. Elles sont donc relativement compactes, avec une surface et une fonction bien déterminées. Les PID, elles, ressemblent à une pelote de laine déroulée, sans repliement stable, même si elles peuvent se structurer lorsqu'elles interagissent avec des partenaires. Elles sont dans des conformations relativement désordonnées, moins compactes, elles sont donc plus flexibles et leurs zones d'interaction sont plus variées.

Les PID sont souvent impliquées dans les interactions entre protéines au sein de la cellule, ce qui permet notamment la transmission des informations. Elles sont essentielles pour, par exemple, réguler la multiplication et la différenciation cellulaire. De manière moins spécifique, elles ont aussi la capacité de changer les propriétés physiques de leur environnement, comme on l'observe chez le tardigrade. »

L'étude du tardigrade

Les tardigrades sont des invertébrés, que l'on peut qualifier d'extrêmophiles car ils présentent de fortes capacités de résistance. Ils sont notamment capables de résister à une forte perte d'eau, la dessiccation, en entrant dans un état dit de cryptobiose. Une équipe de l'université de Caroline du Nord a montré qu'une telle capacité de résistance provenait des fameuses protéines intrinsèquement désordonnées.

Les scientifiques ont identifié les gènes codant pour ces protéines, surexprimés lorsque les tardigrades subissent une dessiccation progressive. En induisant la production de ces protéines dans une levure et une bactérie par une manipulation génétique, des organismes plus résistants à la dessiccation ont été obtenus. Cette expérience a mis en évidence le rôle de ces protéines dans la cryptobiose des tardigrades.

Une hypothèse est que, grâce à leur malléabilité, les protéines forment une matrice qui protège les molécules sensibles en son sein. Chez le tardigrade, cela s'accompagne sans doute d'autres mécanismes comme le ralentissement du métabolisme ou la réparation de l’ADN abîmé.

Des pistes de conservation

Les phénomènes physiques ne sont pas encore bien décrits, mais les pistes de recherche sont ouvertes. Ces protéines pourraient être utilisées pour lyophiliser des médicaments ou des vaccins. On pourrait les conserver longtemps et facilement, puis les réhydrater au moment voulu, par exemple au terme d'un transport entre deux laboratoires. Dans ce cas, des essais cliniques seraient nécessaires pour garantir l'innocuité de ces protéines.

D'autres protéines du tardigrade sont étudiées dans le monde, comme les Dsup (pour Damage suppressor) qui limitent les atteintes génétiques provoquées par les rayons X. De telles propriétés permettraient d'établir des radiothérapies ciblées, ou de manière plus générale de préserver autrement les matériaux biologiques.

En savoir plus

Tardigrades Use Intrinsically Disordered Proteins to Survive Desiccation, Molecular Cell

Le tardigrade, un animal capable de survivre dans l’espace, En quête de sciences

Tardigrade : ces super-pouvoirs dont vous ne verrez jamais la couleur, France Culture

Interactions, sur Sciences en ligne

Arthur Jeannot
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