Elemental analysis of uncultured magnetotactic bacteria exposed to heavy metals

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Abstract:

Natural enrichments of magnetotactic bacteria were used to study the sites where heavy metals accumulate in uncultured bacteria. Most bacteria obtained by magnetic concentration from these enrichments contained, in addition to the magnetosomes, large phosphorus-rich granules in the cytoplasm. Metal (Zn, Mn, Sr, Cd, Al, Cr, and Pb) chlorides were added independently to the enrichments, and after 24 h, the elemental composition of the phosphorus-rich granules, magnetosomes, and "soft parts" (cytoplasm plus cell envelope) of whole bacteria was analyzed by energy-dispersive X-ray analysis on a transmission electron microscope. All bacteria contained Mn and Sr in the phosphorus-rich granules; some of them presented Mn peaks also in the soft parts. Zinc accumulation was variable and was found mainly in the phosphorus-rich granules, but also in the soft part of some bacteria. Some analyzed bacteria presented Zn peaks only in the soft parts, and some of them did not present Zn in any structure. Cadmium and Al were found only in the granules of some bacteria. Chromium was found in the soft parts of some bacteria. Lead was not detected in any bacteria. We concluded that the phosphorus-rich granules are major sites for metal accumulation by these bacteria. No conclusive results for magnetosomes were obtained because of the limitations of the analytical techniques particularly when used for whole cell analysis.Key words: magnetotactic bacteria, polyphosphate granules, heavy metals, uncultured bacteria, biomineralization, X-ray microanalysis.

Des enrichissements naturels pour les bactéries magnétotactiques ont été utilisés pour identifier les sites d'accumulation des métaux lourds chez des bactéries non cultivées. La plupart des bactéries recueillies par concentration magnétique suite à ces enrichissements contenaient, en plus des magnétosomes, des gros granules riches en phosphore dans leur cytoplasme. Des chlorures métalliques (Zn, Mn, Sr, Cd, Al, Cr et Pb) ont été ajoutés indépendamment des produits d'enrichissement et, après 24 h, la composition élémentaire des granules riches en phosphore, des magnétosomes et des «parties éteintes» ou «soft parts» (cytoplasme et enveloppe cellulaire) des bactéries entières a été mesurée par une analyse de dispersion de l'énergie des rayons X en microscopie électronique à transmission. Chez toutes les bactéries, les granules riches en phosphore contenaient du Mn et du Sr et certaines bactéries présentaient des pics de Mn dans les parties éteintes. L'accumulation de zinc était variable et a été retrouvé principalement dans les granules riches en phosphore et aussi dans les parties éteintes de certaines bactéries. Certaines bactéries analysées ont présenté des pics de Zn uniquement dans les parties éteintes et d'autres n'ont pas révélé la présence de Zn dans aucune des structures. Le cadmium et l'aluminium ont été retrouvés seulement dans les granules chez quelques bactéries. Le chrome a été décelé dans les parties éteintes de certaines bactéries. Aucune bactérie n'a démontré la présence de plomb. Nous concluons de cette étude que les granules riches en phosphore sont les principaux sites d'accumulation des métaux chez ces bactéries. Il n'a pas été possible d'obtenir des résultats concluants pour les magnétosomes à cause des limites des méthodes analytiques surtout lorsqu'on utilise des cellules entières.Mots clés : bactéries magnétotactiques, granules de polyphosphate, métaux lourds, bactéries non cultivées, biominéralisation, microanalyse aux rayons X.[Traduit par la Rédaction]
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  • Published since 1954, this monthly journal contains new research in the field of microbiology including applied microbiology and biotechnology; microbial structure and function; fungi and other eucaryotic protists; infection and immunity; microbial ecology; physiology, metabolism and enzymology; and virology, genetics, and molecular biology. It also publishes review articles and notes on an occasional basis, contributed by recognized scientists worldwide.
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