Porteur(s)
Louis DELECOURT, doctorant
Laboratoire(s)
Co-encadrants : Marie-Thérèse GIUDICI-ORTICONI (Laboratoire de Bioénergétique et d’ingénierie des protéines-BIP) & Christophe BORDI (Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Macromoléculaires - LISM)
Résumé:
Les microorganismes vivent dans des communautés complexes, perçoivent leur environnement et y répondent en échangeant des signaux et des ressources. Cette complexité et interconnexion confèrent à l’ensemble de la communauté de nouvelles fonctions et des performances accrues non prévisibles par la simple analyse des génomes des espèces présentes. Les consortia synthétiques, inspirés d’écosystèmes naturels, offrent un modèle précieux pour explorer, décrypter et contrôler en vue d’applications potentielles les interactions inter-espèces en conditions simplifiées. Ce travail se concentre sur un consortium modèle associant Nitratidesulfovibrio vulgaris Hildenborough (NvH) et Clostridium acetobutylicum. Au sein de ce système, en condition de stress nutritionnel des interactions métaboliques et physiques se mettent en place conduisant à une production de bio-hydrogène plus importante qu’en culture pure. Si la nécessaire présence de molécules de quorum-sensing de type AI-2 a été démontrée dans la mise en place des interactions, l’objectif de la thèse a été de décrypter les bases moléculaires de cette interaction. Une approche in silico a été définie et mise en place afin d’identifier les acteurs potentiels du QS AI-2 chez C. acetobutylicum et NvH. Les résultats ont permis de proposer l’existence de voies de QS de type Lsr non canoniques et jusqu’alors non caractérisées chez ces bactéries. Des approches in vitro ont, elles, démontré la fonction des protéines LsrK-like et LsrR-like chez NvH et donc leur rôle dans la signalisation de type AI-2. Ainsi LsrK-like est une kinase présentant la double fonction de phosphoryler l’AI-2 et le glycérol et LsrR-like, un régulateur se fixant sur l’ADN et répondant exclusivement au signal de l’AI-2 phosphorylé dans les conditions testées. Ces résultats reflètent une adaptation de la bactérie NvH afin de percevoir un signal environnemental à travers le remodelage de la voie de signalisation du glycérol. En effet, cette hypothèse est appuyée par une étude transcriptomique qui a permis d’identifier les gènes de NvH régulés par AI-2. Ainsi, cette étude a permis de pointer un transporteur pouvant être impliqué dans l’import d’AI-2 complétant ainsi la voie de signalisation QS, ainsi qu’un remodelage métabolique de la bactérie NvH en présence d’AI-2, telle que l’activation de la voie de synthèse de la thiamine. En parallèle, une analyse méta-transcriptomique a permis d’étudier les gènes régulés au sein du consortium pointant des voies métaboliques significativement impactées par l’interaction entre les deux bactéries. Ainsi les résultats montrent des modifications dans les voies de production de certains amino-acides ou encore dans d’autres voies de quorum sensing chez C. acetobutylicum. Ces travaux ont nécessité la mise au point d’une nouvelle méthode de quantification absolue par « digital droplet PCR » pour évaluer le ratio cellulaire au sein d’un consortium synthétique. Ces travaux soulignent l’importance des systèmes de communication intra- et interspécifiques dans la régulation des interactions au sein du consortium, et ouvrent des pistes pour de futures études sur le biocontrôle des systèmes microbiens.
