Etudes des interactions physicochimiques et biologiques entre des nanoparticules manufacturées et des bactéries de l'environnement. - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2008

Physico-chemical and biological interactions between manufactured nanoparticles and environmental bacteria.

Etudes des interactions physicochimiques et biologiques entre des nanoparticules manufacturées et des bactéries de l'environnement.

Abstract

Thanks to their particular properties due to their size, the nanomaterials (dimension < 100 nm) are widely used in many industrial applications (daily care products, nanostructured materials...). However, their growing use frightens because of their uncertain impact on humans and environment. This study is dedicated to a deep understanding of the physicochemical and biological interactions between two cellular models from the environment: Synechocystis (cyanobacteria essential for the biosphere) and Escherichia coli (bacteria of mammalian intestines) with cerium oxide nanoparticles (ex: diesel additive).
The complexity of the study of nanoparticles requires a different approach (multidisciplinary) from those of toxicity tests of classic compounds. Indeed, we showed that the physicochemical parameters (stability, aggregation, dissolution and surface chemistry) of nanoparticles in the contact medium, strongly influence the toxicity. Furthermore, the physicochemical interactions (flocculation, adsorption, redox mechanisms) are linked to the biological model and especially the presence of exopolysaccharides (for Synechocystis) as natural barrier between the cell wall and the nanoparticles. Moreover, the composition of the nanoparticles dispersion medium (particularly the pH) has a major influence on the toxicity (survival and membrane integrity), whereas for E. coli, the nanoparticles are the main culprits for the mortality (confirmed by metabonomic studies via NMR).
Grâce à leurs propriétés particulières dues à leur petite taille, les nanomatériaux (dimension < 100 nm) sont utilisés dans de nombreuses applications grand public (cosmétique, matériaux nanostructurés,...). Cependant, leur présence grandissante inquiète car leur impact potentiel sur les humains et l'environnement reste mal connu. Cette étude est consacrée à une compréhension approfondie des interactions physicochimiques et biologiques entre deux modèles cellulaires présents dans l'environnement : Synechocystis (cyanobactérie contribuant au maintien de la biosphère) et Escherichia coli (bactérie des intestins des mammifères) avec des nanoparticules d'oxyde de cérium (abondance environnementale croissante, ex : additif au diesel).
La complexité de l'étude des nanoparticules nécessite une approche différente (multidisciplinaire) de celle des tests de toxicité utilisés pour les composés classiques. En effet, nous montrons que les paramètres physicochimiques (stabilité, agrégation, dissolution et état de surface) des nanoparticules dans le milieu de contact, influencent fortement la toxicité observée sur les cellules. De plus, les interactions physicochimiques (floculation, adsorption, mécanismes redox) sont liées au modèle biologique, en particulier à la présence d'exopolysaccharides (chez Synechocystis) comme barrière naturelle entre la paroi cellulaire et les nanoparticules. La composition du milieu de dispersion des nanoparticules (notamment son pH) a aussi une influence majeure sur la toxicité (survie et intégrité membranaire). Tandis que pour E. coli, ce sont majoritairement les nanoparticules qui provoquent la mortalité (confirmé par analyses métabonomiques par RMN).
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Dates and versions

tel-00331931 , version 1 (20-10-2008)

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  • HAL Id : tel-00331931 , version 1

Cite

Ophélie Zeyons. Etudes des interactions physicochimiques et biologiques entre des nanoparticules manufacturées et des bactéries de l'environnement.. Physique [physics]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00331931⟩
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