Significance, mechanisms and environmental implications of microbial biomineralization

Microorganisms can mediate the formation of minerals by a process called biomineralization. This process offers an efficient way to sequester inorganic pollutants within relatively stable solid phases. Here we review some of the main mechanisms involved in the mediation of mineral precipitation by microorganisms. This includes supersaturation caused by metabolic activity, the triggering of nucleation by production of more or less specific organic molecules, and the impact of mineral growth. While these processes have been widely studied in the laboratory, assessment of their importance in the environment is more difficult. We illustrate this difficulty using a case study on an As-contaminated acid mine drainage located in the South of France (Carnoulès, Gard). In particular, we explore the potential relationships that might exist between microbial diversity and mineral precipitation. The present review, far from being exhaustive, highlights some recent advances in the field of biomineralogy and provides non-specialists an introduction to some of the main approaches and some questions that remain unanswered.

RésuméLes microorganismes peuvent favoriser la formation de minéraux par un processus nommé biominéralisation. Ce processus offre une voie efficace pour piéger les polluants inorganiques dans des phases solides relativement stables. Ici, nous présentons les principaux mécanismes impliqués dans la formation de minéraux par les microorganismes. Cela inclut l’augmentation de la sursaturation des solutions pour un minéral, induite par une activité métabolique, la stimulation d’une nucléation hétérogène par la production de molécules organiques plus ou moins spécifiques et enfin la modification de la croissance minérale. Alors que ces mécanismes ont été abondamment étudiés au laboratoire, la quantification de leur importance relative dans le milieu naturel, c’est-à-dire savoir à quel point les microorganismes influencent le cycle des polluants inorganiques, reste très difficile. Nous illustrons cette difficulté en résumant les travaux réalisés sur le drainage minier acide de Carnoulès (Gard, France). En particulier, nous évoquons les éventuelles relations qui pourraient exister entre la diversité microbienne et l’ampleur de la biominéralisation. Cette synthèse, loin d’être exhaustive, illustre quelques avancées récentes dans le domaine de la biominéralogie sur des problèmes environnementaux et fournit des clés au non-spécialiste sur les principales approches et concepts de la minéralogie, ainsi que sur les questions qui restent ouvertes.