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The gammaproteobacterium Achromatium forms intracellular amorphous calcium carbonate and not (crystalline) calcite

Authors :
Caroline L. Monteil
Romain Bolzoni
Karim Benzerara
Olivier Forni
Olivier Beyssac
Béatrice Alonso
Maria P. Asta
Christopher T. Lefèvre
Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (IMPMC)
Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR206-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Biosciences et Biotechnologies d'Aix-Marseille (ex-IBEB) (BIAM)
Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
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Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
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Institut des Sciences de la Terre (ISTerre)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Gustave Eiffel-Université Grenoble Alpes (UGA)
European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Skłodowska-Curie grant agreement 747597
This project has received funding from the CNRS: 'Programme national Ecosphère Continentale et Côtière (EC2CO)' (BACCARAT2 – N°13068)
ANR-18-CE31-0003,SIGMAG,SIGNATURE DES MAGNETITES PRODUITES PAR LES BACTERIES MAGNETOTACTIQUES : PERSPECTIVES CHIMIQUES ET ISOTOPIQUES(2018)
ANR-19-CE01-0005,PHOSTORE,Piégeage du phosphore : contribution des bactéries magnétotactiques dans les zones de transition oxique-anoxique(2019)
Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
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Source :
Geobiology, Geobiology, In press, ⟨10.1111/gbi.12424⟩, Geobiology, Wiley, In press, ⟨10.1111/gbi.12424⟩, Geobiology, inPress, ⟨10.1111/gbi.12424⟩
Publication Year :
2020
Publisher :
HAL CCSD, 2020.

Abstract

Achromatium is a long known uncultured giant gammaproteobacterium forming intracellular CaCO3 that impacts C and S geochemical cycles functioning in some anoxic sediments and at oxic-anoxic boundaries. While intracellular CaCO3 granules have first been described as Ca oxalate then colloidal CaCO3 more than one century ago, they have often been referred to as crystalline solids and more specifically calcite over the last 25 years. Such a crystallographic distinction is important since the respective chemical reactivities of amorphous calcium carbonate (ACC) and calcite, hence their potential physiological role and conditions of formation, are significantly different. Here, we analyzed the intracellular CaCO3 granules of Achromatium cells from Lake Pavin using a combination of Raman microspectroscopy and scanning electron microscopy. Granules in intact Achromatium cells were unequivocally composed of ACC. Moreover, ACC spontaneously transformed into calcite when irradiated at high laser irradiance during Raman analyses. Few ACC granules also transformed spontaneously into calcite in lysed cells upon cell death and/or sample preparation. Overall, the present study supports the original claims that intracellular Ca-carbonates in Achromatium are amorphous and not crystalline. In that sense, Achromatium is similar to a diverse group of Cyanobacteria and a recently discovered magnetotactic alphaproteobacterium, which all form intracellular ACC. The implications for the physiology and ecology of Achromatium are discussed. Whether the mechanisms responsible for the preservation of such unstable compounds in these bacteria are similar to those involved in numerous ACC-forming eukaryotes remains to be discovered. Last, we recommend to future studies addressing the crystallinity of CaCO3 granules in Achromatium cells recovered from diverse environments all over the world to take care of the potential pitfalls evidenced by the present study.

Details

Language :
English
ISSN :
14724677 and 14724669
Database :
OpenAIRE
Journal :
Geobiology, Geobiology, In press, ⟨10.1111/gbi.12424⟩, Geobiology, Wiley, In press, ⟨10.1111/gbi.12424⟩, Geobiology, inPress, ⟨10.1111/gbi.12424⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....36755e6cef2bdfd8684812fc1bc1c3a6