Métabolisme énergétique d'une bactérie hyperthermophile : organisation en supercomplexes et caractérisation de la voie de réduction de l'oxygène

Energy metabolism of a hyperthermophilic bacterium : organization into supercomplexes and characterization of the oxygen reduction pathway

• Auteur / Autrice : Laurence Prunetti
• Direction : Marie-Thérèse Giudici-Orticoni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé. Microbiologie, biologie végétale et biotechnologies
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 1
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Provence. Section sciences

Mots clés

Mots clés contrôlés

Quinone

Sulfures

Oxydoréduction

Protéines membranaires

Métabolisme

Bactéries thermophiles

Résumé

Aquifex aeolicus, une des bactéries les plus hyperthermophiles connue à ce jour, se développe à 85°C. Cet organisme a été isolé de sources hydrothermales près de l’île de Vulcano. Aquifex aeolicus est retrouvée au niveau des branches les plus profondes de l’arbre phylogénétique universel basé sur les séquences de gène de l’ARNr. C’est une bactérie chimiolithoautotrophe qui nécessite pour sa croissance la présence d’H2, d’O2, de CO2, et d’un composé soufré (soufre élémentaire ou thiosulfate). De part son aptitude à vivre dans des environnements extrêmes, ce microorganisme est un objet d’études intéressant pour la compréhension de l’adaptation des microorganismes, mais également pour la connaissance des voies bioénergétiques ancestrales et leur évolution. L’équipe a caractérisé différentes enzymes impliquées dans le métabolisme énergétique d’Aquifex aeolicus : des enzymes clés du métabolisme de l’hydrogène, (les hydrogénases), et des enzymes du métabolisme du soufre, (une soufre réductase, une Soufre Oxygénase Réductase ainsi que deux soufre transférases). Cependant, les voies bioénergétiques mises en jeu par la bactérie pour se développer sont peu connues, en particulier celle impliquant l’oxygène, bien que le complexe bc1 ait été caractérisé. Une approche prote��omique intégrée non conventionnelle à partir des membranes d’Aquifex aeolicus, nous a permis de mettre en évidence les différents complexes et enzymes respiratoires présents lorsque la bactérie se développe en présence de soufre élémentaire. Des études de transfert d’électrons nous ont permis de proposer que plusieurs chaînes de transfert d’électrons sont fonctionnelles dans les membranes. (1) la voie hydrogène-oxygène, (2) la voie hydrogène-soufre (H2/S°), (3) la voie sulfure d’hydrogène-oxygène (H2S/O2). Des travaux précédents de l’équipe ont montré que la voie H2/S° est organisée en un supercomplexe membranaire impliquant une hydrogénase et une soufre réductase. Une approche pluridisciplinaire nous a permis de mettre en évidence que la voie H2S/O2 s’organise en un supercomplexe membranaire de 350 kDa composé d’une Sulfure Quinone Réductase (SQR), d’un dimère de complexe bc1 et d’une cytochrome c oxydase. Nous avons montré que cette dernière est une enzyme de type ba3 et qu’elle constituée de 3 sousunités. Ce supercomplexe fonctionnel constitue un respirasome complet très stable, en effet il résiste aux agents dénaturants. Le sous-complexe complexe bc1-cytochrome c oxydase est le « coeur stable » du supercomplexe, et la SQR est en interaction plus faible avec ce « coeur ». Par résonance plasmonique de surface une interaction entre la SQR et le sous-complexe a été mise en évidence. La SQR, voie d’entrée des électrons au sein du supercomplexe membranaire, a retenu notre attention et a été caractérisée. Cette enzyme ne semble pas avoir les mêmes caractéristiques qu’elle soit libre ou associée à ses partenaires au sein du supercomplexe. Nous avons proposé un modèle global du métabolisme énergétique d’Aquifex aeolicus.