Investigating the role of extracellular polymeric substances produced by Parachlorella kessleri in Zn(II) bioremediation using atomic force microscopy
Étude du rôle des substances polymères extracellulaires produites par Parachlorella kessleri dans la biorestauration du Zn(II) à l'aide de la microscopie à force atomique
Abstract
Microalgae, such as Parachlorella kessleri, have significant potential for environmental remediation, especially in removing heavy metals like zinc from water. This study investigates how P. kessleri, isolated from a polluted river in Argentina, can remediate zinc. Using atomic force microscopy (AFM), the research examined the interactions between Zn particles and cells grown with different nitrogen sources-nitrate or ammonium. The results showed that cells grown with nitrate produced extracellular polymeric substances (EPS), while those grown with ammonium did not. Raman spectroscopy revealed distinct metabolic responses based on the nitrogen source, with nitrate-grown cells showing altered profiles after zinc exposure. Zinc exposure also changed the surface roughness and nanomechanical properties of the cells, particularly in those producing EPS. AFM force spectroscopy experiments then confirmed strong Zn binding to EPS in nitrate-grown cells, while interactions were weaker in ammonium-grown cells that lacked EPS. Overall, our results elucidate the critical role of EPS in Zn removal by P. kessleri cells and show that Zn remediation by P. kessleri is mediated by EPS adsorption. This study underscores the significance of regulating nitrogen sources to stimulate EPS production, offering insights that are essential for subsequent bioremediation applications.
Les microalgues, telles que Parachlorella kessleri, présentent un potentiel important en matière d'assainissement de l'environnement, notamment en ce qui concerne l'élimination des métaux lourds tels que le zinc dans l'eau. Cette étude examine comment P. kessleri, isolée d'une rivière polluée en Argentine, peut éliminer le zinc. En utilisant la microscopie à force atomique (AFM), les chercheurs ont examiné les interactions entre les particules de zinc et les cellules cultivées avec différentes sources d'azote (nitrate ou ammonium). Les résultats ont montré que les cellules cultivées avec du nitrate produisaient des substances polymériques extracellulaires (EPS), alors que celles cultivées avec de l'ammonium n'en produisaient pas. La spectroscopie Raman a révélé des réponses métaboliques distinctes en fonction de la source d'azote, les cellules cultivées au nitrate présentant des profils modifiés après exposition au zinc. L'exposition au zinc a également modifié la rugosité de la surface et les propriétés nanomécaniques des cellules, en particulier celles qui produisent des EPS. Des expériences de spectroscopie de force AFM ont ensuite confirmé la forte liaison du Zn à l'EPS dans les cellules cultivées en nitrate, alors que les interactions étaient plus faibles dans les cellules cultivées en ammonium et dépourvues d'EPS. Dans l'ensemble, nos résultats élucident le rôle critique de l'EPS dans l'élimination du Zn par les cellules de P. kessleri et montrent que la remédiation du Zn par P. kessleri est médiée par l'adsorption de l'EPS. Cette étude souligne l'importance de la régulation des sources d'azote pour stimuler la production d'EPS, offrant ainsi des perspectives essentielles pour les applications ultérieures de la biorestauration.
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