Assessment of the cellular and molecular response of a benthic freshwater diatom exposed to carbon-based nanoparticles

Evaluation de la réponse cellulaire et moléculaire d'une diatomée benthique d'eau douce à l'exposition à des nanoparticules carbonées

Marion Garacci (1)

1 LEFE - Laboratoire Ecologie Fonctionnelle et Environnement

Different approaches were used to assess the effect of two forms of carbon-based nanoparticles (CNP) nanotubes and graphene, in order to determine the mechanism of the response generated by the benthic freshwater diatom Nitzschia palea. The effect at the cellular community scale demonstrated a temporary impact on biofilm growth and an accumulation of NPC in the extracellular matrix. The use of transcriptomic study evidenced the role of the physic interaction, causing alteration of the frustule, in the extracellular response leading to an overexcretion of exopolymeric substances (EPS). This approach also revealed the impact of NPC on the photosynthetic activity of diatoms and a modification of the energetic metabolism suggesting an energetic allocation for the EPS production. The study of the extracellular proteome allowed to have a first insight of the extracellular matrix composition, in majority composed of hydrophobic-like proteins. In NPC exposure, diatoms seemed to produce an adhesive system allowing to strengthen the extracellular matrix and increase the biofilm stability while trapping NPC. The exposition of diatoms to the two NPC forms induce a response greatly similar for the highest tested concentration.

Différentes approches ont été utilisées pour évaluer les effets de deux formes de nanoparticules de carbone (NPC), nanotubes et graphène, afin de comprendre les mécanismes de la réponse générée par la diatomée benthique d'eau douce Nitzschia palea. Les effets à l'échelle de la communauté ont démontré un impact temporaire sur la croissance du biofilm et une accumulation des NPC dans la matrice extracellulaire. L'application d'une étude transcriptomique a mis en évidence l'importance de l'interaction physique, à l'origine d'altération du frustule, dans la mise en place de cette réponse extracellulaire se traduisant par une surproduction des substances exo-polymériques (EPS). Cette approche a également révélé l'impact des NPC sur l'activité photosynthétique des diatomées et une modification du métabolisme énergétique, suggérant une allocation énergétique en faveur de la production d'EPS. L'étude du protéome extracellulaire a permis d'avoir un premier aperçu de la composition de la matrice extracellulaire, principalement constituée de protéines à caractère hydrophobe. Lors de l'exposition aux NPC, les diatomées semblent produire un système adhésif complexe permettant de renforcer la matrice extracellulaire et d'augmenter la stabilité du biofilm tout en piégeant les NPC. L'exposition des diatomées face au deux formes de NPC induit une réponse présentant une forte similitude notamment pour les plus fortes concentrations testées.

Mots clés: Carbon allotrops; Carbon nanotubes; Graphene; Diatom; Biofilm; Transcriptomic; Proteomic; Shading effect; Extracellular matrix; Energetic allocation

Mots clés: Allotropes du carbone; Nanotube de carbone; Graphène; Diatomée; Biofilm; Transcriptomiques; Protéomiques; Effet d'ombrage; Matrice extracellulaire; Allocation énergétique

Domaines: Biologie végétale

Marion Garacci. Evaluation de la réponse cellulaire et moléculaire d'une diatomée benthique d'eau douce à l'exposition à des nanoparticules carbonées. Biologie végétale. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2018. Français. ⟨NNT : 2018TOU30250⟩. ⟨tel-02328953⟩