Les rôles cruciaux et variés des bactéries dans le cycle biogéochimique global de l'iode
L’iode (Iodine, I) est un oligo-élément d’une importance cruciale pour la santé humaine et l’environnement. Il est un composant majeur des hormones thyroïdiennes humaines (comme la thyroxine T4 et la triiodothyronine T3), influençant directement la fonction thyroïdienne. Cependant, environ 1,9 milliard de personnes dans le monde sont touchées par des troubles dus à une carence en iode (Iodine Deficiency Disorder, IDD), dont les symptômes incluent le goitre et le crétinisme. Bien que la prévention de l’IDD puisse être efficace grâce à l’iodation du sel et à l’enrichissement des aliments, une consommation excessive d’iode peut également entraîner une hyperthyroïdie ou une hypothyroïdie. De plus, les isotopes radioactifs de l’iode (comme le 131I et le 129I) constituent une menace sérieuse pour la santé humaine, en particulier lorsqu’ils sont libérés lors d’accidents nucléaires ou de la production d’armes nucléaires, pouvant provoquer des cancers de la thyroïde.
Dans la nature, l’iode existe principalement sous forme d’iodate (Iodate, IO3-), d’iodure (Iodide, I-) et d’iode organique (Organic Iodine, Org-I). Les océans sont les principaux réservoirs d’iode sur Terre, contenant environ 70 % de l’iode de surface. Les bactéries jouent un rôle crucial dans le cycle biogéochimique de l’iode, incluant la réduction de l’iodate, l’oxydation et l’accumulation de l’iodure, ainsi que la formation d’iode organique. Cependant, les mécanismes moléculaires précis de ces processus et leur importance écologique dans le cycle global de l’iode restent largement méconnus. Ainsi, cet article vise à passer en revue le rôle clé des bactéries dans le cycle biogéochimique de l’iode, en mettant l’accent sur les avancées récentes dans la compréhension des mécanismes moléculaires de la transformation de l’iode par les bactéries.
Source de l’article
Cet article a été co-écrit par Zhou Jiang, Yongguang Jiang, Yidan Hu, Yiran Dong et Liang Shi, affiliés à l’École des études environnementales de l’Université de géosciences de Chine (Wuhan), au Laboratoire clé d’État de biogéologie et de géologie environnementale, au Laboratoire clé de protection de l’environnement du ministère de l’Écologie et de l’Environnement pour la traçabilité et le contrôle de la pollution aquatique, ainsi qu’au Laboratoire clé de la science aquatique environnementale du bassin du Yangtsé. L’article a été publié le 30 août 2024 dans la revue Geo-Bio Interfaces, sous le titre The Crucial and Versatile Roles of Bacteria in Global Biogeochemical Cycling of Iodine.
Contenu principal de l’article
1. Rôle des bactéries dans la réduction de l’iodate
L’iodate (IO3-) est plus stable que l’iodure (I-) dans l’environnement, et les bactéries contribuent à la formation d’iodure en réduisant l’iodate. Ce processus se déroule principalement par deux voies : la réduction directe et la réduction indirecte.
Réduction directe : Certaines bactéries (comme Pseudomonas sp. SCT et Denitromonas sp. IR-12) réduisent l’iodate en iodure en conditions anaérobies grâce à leurs iodate réductases (comme IdrABP1P2). IdrAB appartient à la superfamille des réductases du diméthylsulfoxyde (DMSO), nécessitant du molybdène comme cofacteur, tandis que IdrP1P2 sont des cytochromes de type c (c-Cyts). Au cours de la réduction, l’iodate est d’abord réduit en acide hypoïdeux (Hypoiodous Acid, HIO) et en peroxyde d’hydrogène (H2O2), puis le H2O2 est réduit en eau, tandis que le HIO est transformé en iodure et iodate par une réaction de dismutation non biologique.
Réduction indirecte : Les bactéries réductrices de fer (comme Shewanella oneidensis MR-1) et les bactéries réductrices de sulfate (comme Desulfovibrio sp. B304) réduisent indirectement l’iodate via leurs produits de réduction, le Fe(II) et les sulfures. Le Fe(II) et les sulfures réduisent l’iodate en iodure dans des conditions non biologiques. Ce processus est particulièrement important dans les environnements riches en fer et en sulfate, notamment dans les eaux souterraines.
2. Rôle des bactéries dans l’oxydation de l’iodure
Les bactéries oxydent l’iodure en iode moléculaire (I2) en conditions aérobies grâce à leurs oxydases multi-cuivre (Multicopper Iodide Oxidase, IoxAC). De plus, les bactéries oxydant l’ammoniac (comme Nitrosomonas sp. NM51 et Nitrosococcus oceani NC10) oxydent l’iodure en iodate grâce à leurs enzymes d’oxydation de l’ammoniac. Les espèces réactives de l’oxygène (comme les superoxydes et le H2O2) produites par les bactéries peuvent également oxyder l’iodure en triiodure (I3-) dans des conditions non biologiques.
3. Rôle des bactéries dans l’accumulation de l’iodure
Certaines bactéries (comme Arenibacter sp. Strain C-21) oxydent l’iodure en acide hypoïdeux (HIO) grâce à leurs peroxydases à vanadium extracellulaires (Vanadium Iodoperoxidase), puis transportent le HIO à l’intérieur de leurs cellules pour l’accumuler. Ce processus est similaire à l’accumulation d’iode dans les cellules thyroïdiennes humaines et pourrait servir de mécanisme de défense contre les pathogènes microbiens.
4. Rôle des bactéries dans la formation d’iode organique
Les bactéries méthylent l’iodure en iode organique (comme le CH3I) grâce à leurs méthyltransférases (Methyltransferase). De plus, les bactéries produisent également divers composés organo-iodés lors de l’oxydation de l’iodure. Ces composés organo-iodés sont largement présents dans les environnements marins et terrestres, jouant un rôle important dans le cycle global de l’iode.
Importance et valeur de l’article
Cet article passe en revue de manière systématique le rôle clé des bactéries dans le cycle biogéochimique de l’iode, en mettant l’accent sur les avancées récentes dans la compréhension des mécanismes moléculaires de la transformation de l’iode par les bactéries. En révélant les mécanismes précis de la réduction de l’iodate, de l’oxydation et de l’accumulation de l’iodure, ainsi que de la formation d’iode organique, cet article offre de nouvelles perspectives sur la compréhension du cycle global de l’iode. De plus, il souligne les lacunes critiques dans les recherches actuelles, telles que l’importance écologique des bactéries réductrices d’iodate, de fer et de sulfate dans le cycle de l’iode, ainsi que la capacité des bactéries oxydant l’iodure à obtenir de l’énergie par croissance chimiolithotrophe. Les recherches futures devraient approfondir ces questions afin d’améliorer la compréhension du cycle global de l’iode et de fournir des modèles pour prédire le devenir biogéochimique et le transport du 129I dans les sites contaminés.
Points forts de la recherche
- Révélation des mécanismes moléculaires : Cet article détaille les mécanismes moléculaires par lesquels les bactéries réduisent l’iodate, oxydent et accumulent l’iodure, et forment de l’iode organique, en particulier le rôle spécifique d’IdrABP1P2 et de DmsEFAB/MtrCAB dans la réduction de l’iodate.
- Exploration de l’importance écologique : L’article met en avant l’importance écologique des bactéries dans le cycle global de l’iode, en particulier dans les systèmes océaniques et les eaux souterraines.
- Identification des lacunes de connaissances : L’article identifie les lacunes critiques dans les recherches actuelles, offrant des orientations pour les études futures.
Conclusion
Les bactéries jouent un rôle essentiel dans le cycle biogéochimique global de l’iode, influençant ce cycle par la réduction de l’iodate, l’oxydation et l’accumulation de l’iodure, ainsi que la formation d’iode organique. Cet article passe en revue les avancées récentes dans la compréhension des mécanismes moléculaires de la transformation de l’iode par les bactéries et souligne les lacunes critiques dans les recherches actuelles. Les études futures devraient approfondir ces questions afin d’améliorer la compréhension du cycle global de l’iode et de fournir des modèles pour prédire le devenir biogéochimique et le transport du 129I dans les sites contaminés.