Shewanella oneidensis

S. oneidensis MR-1 appartient à une classe de bactéries dénommée les "bactéries réductrices de métaux par dissimilation" (DMRB en anglais), de par leur capacité à coupler la réduction des métaux avec leur métabolisme. Les moyens utilisés pour réduire les métaux sont sujets à débat, de par le fait que les expériences récentes ayant utilisé la Microscopie Électronique à Balayage et la Microscopie Électronique à Transmission ont révélé des protusions structurelles anormales ressemblant à des filaments qui sont supposés être impliqués dans la réduction des métaux. Ce processus de production de filaments externes est complètement absent de la respiration bactérienne conventionnelle et constitue la problématique de recherche de beaucoup d'études en cours.

Les mécanismes de résistance de cette bactérie et de son utilisation des ions de métaux lourds est profondément liée à la structure de ses voies métaboliques. Les transporteurs putatifs de reflux multidrogues, les protéines de détoxification, les facteurs sigma extracytoplasmiques et les régulateurs de domaines PAS ont démontré avoir une activité d'expression plus forte en présence d'un métal lourd. La protéine SO3300 de classe du Cytochrome c a également une transcription plus forte[4]. Par exemple, lors de la réduction de l'Uranium VI, certains cytochromes comme MtrC et OmcA sont utilisés pour former des nanoparticules de UO₂ et les associer à des biopolymères[5].

Shewanella oneidensis MR-1 peut changer l'état d'oxydation des métaux. Ces processus microbiens ont ouvert la voie à l'exploration d'applications innovantes, comme la biosynthèse de nanomatériaux métalliques [3]. Contrairement aux méthodes chimiques et physiques habituelles, les processus microbiens de synthèse des nanomatériaux peuvent être réalisés en phase aqueuse dans des conditions non nocives pour l'environnement. Cette approche est devenue un centre d'intérêt dans la recherche en cours en nanotechnologies "vertes" en relation avec le développement durable. En effet, il existe quantité d'organismes pouvant être utilisés pour synthétiser des nanomatériaux métalliques, parmi lesquels la bactérie Shewanella oneidensis qui peut réduire une grande variété d'ions métalliques dans le milieu extracellulaire, ce qui facilite grandement l'extraction de ces nanomatériaux. Les chaînes de transport d'électrons extracellulaires permettant de transférer les électrons à travers les membranes cellulaires sont relativement bien caractérisées, en particulier la membrane externe des cytochromes C MtrC et OmcA[6]. Une étude récente a suggéré qu'il serait possible de changer la taille et l'activité des nanoparticules biogéniques extracellulaires via l'expression contrôlée des gènes codant les protéines de surface. On peut citer comme bon exemple la synthèse d'une nanoparticule d'argent par Shewanella oneidensis, lors de laquelle son activité antibactérienne peut être influencée par l'expression de cytochromes C sur la membrane externe. Les nanoparticules d'argent sont considérées comme faisant partie d'une nouvelle génération d'agents antimicrobiens, car elles présentent une activité bactériolytique envers un grand nombre de bactéries et elles gagnent en intérêt dans un contexte de résistance sans cesse croissante aux antibiotiques par les bactéries pathogènes[3]. Shewanella a été utilisée en laboratoire pour réduire des quantités considérables de palladium et pour déchlorer jusqu'à près de 70 % de biphényles polychlorés[7]. La production de nanoparticules par Shewanella oneidensis MR-1 est étroitement associée à la voie MTR[3] (cas des nanoparticules d'argent), ou à la voie de l'hydrogénase[8] (cas des nanoparticules de palladium).