Influence de l'environnement et des communications inter-bactériennes sur la production de biosurfactants par Pseudomonas Aeruginosa

Environmental impact and interspecies communication on biosurfactant production by Pseudomonas Aeruginosa

• Auteur / Autrice : Alexis Bazire
• Direction : Alain Dufour, Dominique Haras
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Lorient

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biotechnologie appliquée à l'environnement

Surfactants biologiques

Pseudomonas aeruginosa

Mots clés libres

Rhamnolipides

Résumé

La bioremèdiation, qui utilise la capacité naturelle des micro-organismes à disperser et dégrader les hydrocarbures, est l'une des perspectives des plus attractives pour la décontamination des zones souillées par les marées noires. Pseudomonas aeruginosa produit des biosurfactants (dispersants) de type glycolipides nommés rhamnolipides, dont la régulation dépend d'un système relatif à la densité cellulaire, le quorum sensing (QS). Lors de cette étude, la hiérarchie du QS fut pour la première fois mise en évidence par des cinétiques de production des deux molécules signal : la N-(3-oxododecanoyl)-L-homoserine lactone (3OC12-HSL) et la N-butyryl-L-homoserine lactone (C4-HSL) (HSL), les rhamnolipides étant produits ultérieurement. Nous avons montré que le facteur sigma RpoN était impliqué dans l'arrêt de synthèse des 3OC12-HSL et qu'il n'avait aucune influence sur la production des C4-HSL, alors qu'il inhibait la synthèse des rhamnolipides. En revanche, RpoS activait indirectement la production des rhamnolipides, via les HSL. Nous avons observé qu'une concentration en sel proche de celle de l'eau de mer inhibait la production des rhamnolipides, en diminuant l'expression des gènes impliqués dans la synthèse des biosurfactants (rhlAB et rhlC). L'expression de rhlI et la synthèse des HSL qui en dépend, étaient également diminuées. Le stress hyperosmotique agissait sur d'autres facteurs associés au QS comme la pyocyanine et la formation du biofilm. Un apport en osmoprotecteur (glycine bétaïne) a permis une restauration partielle des expressions génétiques et des phénotypes, démontrant l'intérêt de son utilisation pour la bioremèdiation maritime. Les facteurs environnementaux agissent également sur la production des rhamnolipides indépendamment du QS, puisqu'une carence en phosphate favorisait la production des biosurfactants alors qu'elle diminuait la concentration en HSL. Contrairement aux autres gènes impliqués dans la production des rhamnolipides, rhlG était induit par le stress salin. Nos résultats indiquent que RhlR (régulateur de transcription fixant C4-HSL) est le principal inhibiteur de rhlG et que l'inhibition est augmentée par une concentration élevée en C4-HSL. Les facteurs sigma RpoN et σ70 paraissent impliqués à parts égales dans la transcription de rhlG, et le complexe C4-HSL/RhlR inhiberait la transcription dépendante de RpoN. Nous n'avons en revanche pas pu confirmer que rhlG soit indispensable à la production des rhamnolipides. RhlG et rcsF qui sont organisés en opéron, seraient toutefois impliqués dans la croissance de P. Aeruginosa en milieu limité en oxygène.

The ability of micro-organisms to disperse and degrade hydrocarbons is used in bioremediation, which is one of the most attractive methods for the removal of crude oil in marine areas. Pseudomonas aeruginosa produces glycolipidic biosurfactants named rhamnolipids, the synthesis of which is regulated by a system depending of bacterial density: the quorum sensing (QS). In this study, the QS hierarchy was for the first time clearly shown by a time-course analysis of production of the two cell-to-cell signal molecules: N-(3-oxododecanoyl)-L-homoserine lactone (3OC12-HSL) and N-butyryl-L-homoserine lactone (C4-HSL), the rhamnolipids being subsequently produced. We showed here that the sigma factor RpoN stopped the production of 3OC12-HSL but had no effect on the C4-HSL one, despite its inhibitory effect on rhamnolipid production. RpoS was able to induce rhamnolipid production, probably by activating HSL production. We observed that a sea-water saline concentration inhibited rhamnolipid production, by reducing the expression level of the rhlAB, C and I genes, which are responsible for C4-HSL and rhamnolipid syntheses. Hyperosmotic stress also altered other QS-depending phenotypes such as pyocyanin production and biofilm formation. The osmoprotectant glycine betaine was able to partially restore genetic and phenotypic expressions, suggesting that its use is of interest for bioremediation procedures. Environmental factor could act on rhamnolipid production independently from the QS, since phosphate starvation increased the biosurfactant production although it decreased HSL concentration. Contrary to the other genes involved in rhamnolipid production, rhlG was induced by hyperosmotic stress. Our results indicate that RhlR (the transcription regulator which binds C4-HSL) is the main inhibitor of rhlG expression and that the inhibition is increased by high C4-HSL concentrations. RpoN and σ70 sigma factors could be equally involved in rhlG transcription, and the C4-HSL/RhlR complex could inhibit the RpoN-dependent transcription. Surprisingly, the requirement of rhlG for rhamnolipid production was not confirmed in our conditions. The co-transcribed rhlG and rcsF genes seemed to be involved in P. Aeruginosa growth in a poorly oxygenated medium.