Rôle du chimiotactisme dans la détection des signaux et le développement de la pellicule chez Shewanella oneidensis

Role of chemotaxis in signal detection and pellicle development of Shewanella oneidensis

• Auteur / Autrice : Joshua Armitano
• Direction : Vincent Méjean
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 10/04/2014
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la vie et de la santé (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Amel Latifi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Giraud, Cecile Jourlin-Castelli
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Soufian Ouchane, Christophe Beloin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chémorécepteurs

Biofilms

Chimiotaxie

Mots clés libres

Bactérie aquatique

Shewanella

Mobilité

Détection des signaux

Chimiotactisme

Biofilm

Pellicule

Aquatic bacteria

Shewanella

Motility

Signal detection

Chemotaxis

Biofilm

Pellicle

Résumé

Shewanella oneidensis est une bactérie aquatique capable de chimiotactisme, c'est-à-dire d'orienter sa nage en réponse aux signaux qu'elle perçoit. Mon travail de thèse s'est focalisé sur l'étude du système chimiotactique de cette bactérie. Mon premier objectif a été d'identifier de nouveaux substrats induisant une réponse chimiotactique ainsi que les chimiorécepteurs les détectant. Une approche à haut débit utilisant une banque de substrats, couplée à une recherche de substrats plus spécifiques, a permis d'identifier de nouveaux signaux. Nous avons confirmé que S. oneidensis est attirée par les accepteurs alternatifs d'électrons ainsi que par certains métaux. Nous avons montré qu'elle est attirée par le malate et le chromate et repoussée par le nickel et le cobalt. Nous avons identifié deux MCPs potentiellement impliqués dans la détection du malate et un dans la détection du chromate.Mon second objectif a été de comprendre le rôle du système chimiotactique dans la formation d'un biofilm flottant : la pellicule. Nous avons montré que le développement de la pellicule est un processus en trois étapes déclenché par la détection de l'oxygène en condition statique, probablement par aérotactisme. Nous avons mis en évidence l'implication inattendue du chimiotactisme dans la formation de la pellicule. En effet des mutants délétés de gènes codant pour des éléments du système chimiotactique ne forment pas de pellicule normale. Le développement de la pellicule met en jeu d'autres signaux chimiotactiques, générés au sein de la pellicule, qui pourraient intervenir dans la localisation des cellules et l'homogénéisation de la pellicule au cours de sa maturation.

Shewanella oneidensis is an aquatic bacterium capable of chemotaxis, meaning that it can change its direction in response to detected signals. My thesis focused on the study of the chemotaxis system of this bacterium.The first objective of my thesis was to identify new substrates inducing a chemotactic response and the chemoreceptors involved in their detection. A high-throughput technique involving a library of solutes coupled with a search of more specific compounds allowed to identify new signals. We confirmed that S. oneidensis is attracted toward alternative electron acceptors and by several metals. We showed that S. oneidensis is attracted toward malate and also chromate. Finally, we identified two repellents, nickel and cobalt. After construction of deletion mutants, we identified two MCPs potentially involved in malate detection and one in chromate detection.The second objective of my thesis was to understand the role of the chemotaxis system in the formation of a floating biofilm: the pellicle. We first characterized the pellicle development through time, revealing that it is a three-step process. We then highlighted the unexpected role of the chemotaxis system in pellicle formation. Indeed mutants deleted of genes coding for chemotaxis elements are not able to form a pellicle or form an abnormal one. We showed that oxygen is the main signal triggering pellicle formation in static condition and that it is probably detected through aerotaxis. Pellicle development also involves other chemotactic signals produced in the pellicle which could be used in the localization of cells at the air-liquid interface but also in the homogenization of the pellicle.