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Bacterial metabolites and particle size determine cerium oxide nanomaterial biotransformation

Collin Blanche, Auffan Mélanie, Doelsch Emmanuel, Proux Olivier, Kieffer Isabelle, Ortet Philippe, Santaella Catherine. 2022. Bacterial metabolites and particle size determine cerium oxide nanomaterial biotransformation. Environmental Science and Technology, 56 (23) : 16838-16847.

Article de revue ; Article de recherche ; Article de revue à facteur d'impact
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Liste HCERES des revues (en SHS) : oui

Thème(s) HCERES des revues (en SHS) : Psychologie-éthologie-ergonomie

Résumé : Soil is a major receptor of manufactured nanomaterials (NMs) following unintentional releases or intentional uses. Ceria NMs have been shown to undergo biotransformation in plant and soil organisms with a partial Ce(IV) reduction into Ce(III), but the influence of environmentally widespread soil bacteria is poorly understood. We used high-energy resolution fluorescence-detected X-ray absorption spectroscopy (HERFD-XAS) with an unprecedented detection limit to assess Ce speciation in a model soil bacterium (Pseudomonas brassicacearum) exposed to CeO2 NMs of different sizes and shapes. The findings revealed that the CeO2 NM's size drives the biotransformation process. No biotransformation was observed for the 31 nm CeO2 NMs, contrary to 7 and 4 nm CeO2 NMs, with a Ce reduction of 64 ± 14% and 70 ± 15%, respectively. This major reduction appeared quickly, from the early exponential bacterial growth phase. Environmentally relevant organic acid metabolites secreted by Pseudomonas, especially in the rhizosphere, were investigated. The 2-keto-gluconic and citric acid metabolites alone were able to induce a significant reduction in 4 nm CeO2 NMs. The high biotransformation measured for <7 nm NMs would affect the fate of Ce in the soil and biota.

Mots-clés Agrovoc : nanoparticules, détoxification, décontamination chimique, Pseudomonas, bioconversion, spectroscopie aux rayons x, expérimentation in vitro, expérimentation en laboratoire

Mots-clés libres : Nanoparticle, CeO2, Métabolite, Organic acids, Pseudomonas, Biotransformation, X-ray absorption spectroscopy, Peak fitting

Classification Agris : P02 - Pollution

Champ stratégique Cirad : CTS 4 (2019-) - Santé des plantes, des animaux et des écosystèmes

Agences de financement hors UE : Aix-Marseille Université, Equipex, Agence Nationale de la Recherche, Centre National de la Recherche Scientifique

Projets sur financement : (FRA) Ligne de lumière microfocus et très haute dilution à l'ESRF pour les sciences de l'environnement

Auteurs et affiliations

  • Collin Blanche, CNRS (FRA) - auteur correspondant
  • Auffan Mélanie, CNRS (FRA)
  • Doelsch Emmanuel, CIRAD-PERSYST-UPR Recyclage et risque (FRA) ORCID: 0000-0002-7478-4296
  • Proux Olivier, ESRF (FRA)
  • Kieffer Isabelle, ESRF (FRA)
  • Ortet Philippe, CNRS (FRA)
  • Santaella Catherine, CNRS (FRA) - auteur correspondant

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/603294/)

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