Caractérisation génomique et physiologique des bactéries magnétotactiques marines

• Auteur / Autrice : Shengda Zhang
• Direction : Long Fei Wu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 27/09/2013
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Chen-cai Zhang
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Francois Alberto, Mohamed Jebbar
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Carlos Blanco, François Guyot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Motilité

Glycoprotéines

Bactéries marines

Génomique

Mots clés libres

Génomique

Physiologique

Bactéries magnétotactiques marines

Glycoprotéines

Motilité

Genomics

Physiology

Marine magnetotactic bacteria

Glycoproteins

Motility

Résumé

Les bactéries magnétotactiques (MTB) représentent un groupe de bactéries diverses sur le plan phylogénétique, morphologique et physiologique et elles ont la capacité de s'orienter grâce au champ géomagnétique terrestre afin de trouver leurs conditions optimales de développement. Ce comportement remarquable est appelé le magnétotactisme. Les connaissances actuelles de la formation des magnétosomes et du magnétotactisme sont basées principalement sur l'étude des souches magnetospirilla d'eau douce. Au cours de cette thèse, j'ai participé à l'annotation et réalisé des analyses génomiques, physiologiques et génétiques des deux MTB marines. Mes résultats ont révélé un mécanisme d'adaptation de la souche magnetospirillum QH-2 à l'habitat intertidal et des voies métaboliques (autotrophie,- fixation de l'azote, transport du fer) ainsi que des mécanismes de détection environnementaux distincts des magnétospirilla d'eau douce. La souche marine ovoïde MO-1 possède un génome composé de fortes proportions de gènes avec des origines possibles de gamma-(23,6 %), delta-(16,8 %), alpha-(13,2 %) et bêta- (9,1 %) protéobactéries. Cette constatation suggère que MO-1 est un ancêtre fossile ou une nouvelle sous-classe des Proteobacteria. J'ai caractérisé le comportement magnétoctatique de la souche MO-1 et montré que le magnétotactisme est bénéfique et même essentiel pour la croissance des MTB. Par ailleurs, j'ai caractérisé des glycoprotéines essentielles pour la structure et la fonction de l'appareil flagellaire de MO-1. L'ensemble de ces résultats contribue à notre compréhension de la diversité et l'évolution des MTB, ainsi que l'importance environnementale du magnétotactisme.

Magnetotactic bacteria (MTB) consist of a phylogenetically, morphologically and physiologically diverse group of gram-negative bacteria. They have the unique capacity of synthesizing magnetic crystal enveloped with membrane, referred to as magnetosomes, which allow the bacteria swimming along magnetic fields lines (magnetotaxis) to seek optimal oxygen concentration with maximal efficiency. Current knowledge of magnetosome formation and magnetotaxis mainly steams from the study of freshwater magnetospirillum strains. In this thesis, I participated to the expert annotation and performed genomic, physiological and genetic analyses of two marine MTB. I revealed the adaptation of marine magnetospirillum strain QH-2 to the intertidal habitat and metabolic pathways (autotrophy, N2-fixation, iron-transport) and environmental sensing mechanism distinct from those of the freshwater magnetospirilla. In addition, the genome of the marine ovoid strain MO-1 is composed of high proportions of genes with possible origins of gamma- (23.6%), delta- (16.8%), alpha- (13.2%) and beta- (9.1%) proteobacteria. This finding suggests that MO-1 is either a fossil ancestor or a new subclass of the Proteobacteria. I characterized the magnetotactic behavior of the strain MO-1 and showed that magnetotaxis is beneficial and even essential for the growth of MTB. In addition, I carried out proteomic and biochemical studies of glycol-proteins being components of the MO-1 flagellar apparatus or possibly serving as lubricants for the flagellar motor. Together these results contribute to our understanding of the diversity and evolution of MTB as well as the environmental significance of magnetotaxis.