Interfacial photochemistry of biogenic surfactants: a major source of abiotic volatile organic compounds

International audience15 Films of biogenic compounds exposed to the atmosphere are ubiquitously found on surfaces of cloud droplets, aerosol particles, buildings, plants, soils, and the ocean. These air/water interfaces host countless amphiphilic compounds concentrated there with respect to bulk water, leading to a unique chemical environment. Here, photochemical processes at the air/water interface of biofilm-containing solutions were studied, demonstrating abiotic VOC production from authentic biogenic 20 surfactants under ambient conditions. Using a combination of online-APCI-HRMS and PTR-ToF-MS, unsaturated and functionalized VOCs were identified and quantified, giving emission fluxes comparable to previous field and laboratory observations. Interestingly, VOC fluxes increased with the decay of microbial cells in the samples, indicating that cell lysis due to cell death was the main source for surfactants, and VOC production. In particular, irradiation of samples containing solely 25 biofilm cells without matrix components exhibited the strongest VOC production upon irradiation. In agreement with previous studies, LC-MS measurements of the liquid phase suggested the presence of fatty acids and known photosensitizers, possibly inducing the observed VOC production via peroxy-radical chemistry. Up to now such VOC emissions were directly accounted to high biological activity in surface waters. However, the obtained results suggest that abiotic photochemistry can 30 lead to similar emissions into the atmosphere, especially in less biologically-active regions. Furthermore, chamber experiments suggested that oxidation (O 3 /OH-radicals) of the photochemically-produced VOCs leads to aerosol formation and growth, possibly affectin

Environmental Concentrations of Copper, Alone or in Mixture With Arsenic, Can Impact River Sediment Microbial Community Structure and Functions

In many aquatic ecosystems, sediments are an essential compartment, which supports high levels of specific and functional biodiversity thus contributing to ecological functioning. Sediments are exposed to inputs from ground or surface waters and from surrounding watershed that can lead to the accumulation of toxic and persistent contaminants potentially harmful for benthic sediment-living communities, including microbial assemblages. As benthic microbial communities play crucial roles in ecological processes such as organic matter recycling and biomass production, we performed a 21-day laboratory channel experiment to assess the structural and functional impact of metals on natural microbial communities chronically exposed to sediments spiked with copper (Cu) and/or arsenic (As) alone or mixed at environmentally relevant concentrations (40 mg kg-1 for each metal). Heterotrophic microbial community responses to metals were evaluated both in terms of genetic structure (using ARISA analysis) and functional potential (using exoenzymatic, metabolic and functional genes analyses). Exposure to Cu had rapid marked effects on the structure and most of the functions of the exposed communities. Exposure to As had almost undetectable effects, possibly due to both lack of As bioavailability or toxicity toward the exposed communities. However, when the two metals were combined, certain functional responses suggested a possible interaction between Cu and As toxicity on heterotrophic communities. We also observed temporal dynamics in the functional response of sediment communities to chronic Cu exposure, alone or in mixture, with some functions being resilient and others being impacted throughout the experiment or only after several weeks of exposure. Taken together, these findings reveal that metal contamination of sediment could impact both the genetic structure and the functional potential of chronically exposed microbial communities. Given their functional role in aquatic ecosystems, it poses an ecological risk as it may impact ecosystem functioning

Contribution of antioxidant enzymes to toxicity assessment in fluvial biofilms

Per tal d’avaluar l’impacte de la contaminació en els ecosistemes aquàtics, aquesta tesi es centra en una aproximació multi-biomarcador en els biofilms. En complement dels biomarcadors clàssics, es va demostrar que les activitats dels enzims antioxidants (AEA): catalasa, ascorbat peroxidasa i glutatió reductasa eren biomarcardors d'estrès oxidatiu en els biofilms. Tot i que les AEA poden veure's influenciades amb la mateixa mesura per factors naturals (edat del biofilm, llum de colonització o d'exposició) i contaminants (herbicides i farmacèutics), aquestes AEA permeten entendre millor l'efecte dels contaminants. Cal remarcar que assajos de toxicitat aguda es poden utilitzar per comparar la capacitat antioxidant entre comunitats i conèixer la seva pre-exposició a l'estrès oxidatiu. Aquesta aproximació multi-biomarcador a nivell de comunitat és especialment interessant per avaluar la toxicitat dels contaminants emergents (β-blockers) sobre espècies no-diana. Per tal de millorar-la, també es va verificar la possibilitat de mesurar l'expressió gènica en biofilms.To evaluate the impact of contamination on aquatic ecosystem, this thesis focused on a multi-biomarker approach, including molecular biomarkers, in biofilms. To complete the traditional tool-box of biofilm biomarkers, antioxidant enzymes activities (AEA) of catalase, ascorbate peroxidase and glutathione reductase were shown to be biomarkers of oxidative stress in biofilms. Though AEA can be influenced in the same extent by natural factors (biofilm age, colonization or exposure light) and toxicants (herbicides and pharmaceuticals), they provided valuable information to understand the chemicals effects. In particular, short-term toxicity tests are of interest to compare communities capacity to cope with oxidative stress and to know their exposure history to such stress. This multi-biomarker approach at community-level was found to be especially interesting to assess toxicity of emerging pollutants (β-blockers) on non-target communities. To improve this approach, the feasibility of measuring gene expression in biofilms using a functional gene array was also shown

: Résultats clés de projets de recherche récents et perspectives en écotoxicologie microbienne

International audienc

Dynamique d'acquisition de la tolérance au glyphosate chez les communautés microbiennes périphytiques : étude en microcosmes.

National audienceLe glyphosate est l’herbicide le plus fréquemment retrouvé dans les cours d’eau à des concentrations pouvant atteindre plusieurs μg.L-1 (Carles et al. 2019). Plusieurs études ont montré les effets délétères du glyphosate sur la faune et la flore aquatique. En particulier, la structure des communautés microbiennes du périphyton est altérée par des concentrations environnementales de glyphosate (~10 μg.L-1, Pesce et al. 2009). Ces changements structurels sont susceptibles de s’accompagner de changements fonctionnels, suivant le principe du PICT (Pollution induced community tolerance). En effet, l’exposition chronique des communautés microbiennes à un pesticide peut entraîner une sélection d’individus/espèces résistants au détriment des plus sensibles, engendrant ainsi une augmentation du niveau de tolérance globale de la communauté microbienne exposée à ce pesticide. L’étude de ces capacités adaptatives permet d’établir in situ des liens entre exposition et effets biologiques sur les communautés microbiennes. Ainsi, des études préliminaires ont montré une acquisition de tolérance au glyphosate corrélée aux concentrations en glyphosate mesurées in situ dans la rivière La Cleurie (Vosges). Néanmoins, la présence d’autres contaminants pourrait également influencer cette acquisition de tolérance. L’objectif de notre étude est de démontrer le lien de cause-à-effet entre exposition au glyphosate et acquisition de tolérance via une étude en conditions contrôlées en microcosmes. Pour cela, du périphyton issu d’une zone non-contaminée au glyphosate à l’amont de La Cleurie a été mis en culture au laboratoire puis exposé à un gradient de glyphosate (0,1 à 150 μg.L-1) dans des canaux permettant de reproduire le fonctionnement de la rivière. Après 2, 4 et 6 semaines d’exposition, la tolérance du périphyton au glyphosate et à l’AMPA a été déterminée via des tests de toxicité aigüe. Après 4 semaines d’exposition, l’effet du glyphosate sur les enzymes microbiennes extra-cellulaires impliquées dans les cycles biogéochimiques (β-glucosidase, leucine aminopeptidase, phosphatase) a également été évalué. De plus, la contamination au glyphosate a été supprimée pour la moitié des canaux contaminés après 4 semaines afin de pouvoir évaluer la résilience des communautés microbiennes 2 semaines après cet arrêt de la contamination. Les premiers résultats montrent une baisse de la tolérance microbienne au glyphosate aux faibles concentrations (0,1; 0.5 μg.L-1) dès 2 semaines d’exposition mais peu d’effet des concentrations plus élevées. L’analyse des résultats obtenus après 4 et 6 semaines d’exposition permettra de compléter ces premiers résultats pour mieux décrire la dynamique d’acquisition de la tolérance au glyphosate chez le périphyto

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