Rôle des glycosides hydrolases de famille 9 dans la dégradation de la cellulose et exploration du catabolisme de xyloglucane chez Ruminiclostridium cellulolyticum

Role of family-9 Glycoside Hydrolases in cellulose degradation and exploration of xyloglucan catabolism in Ruminiclostriidium cellulolyticum

• Auteur / Autrice : Julie Ravachol
• Direction : Henri-Pierre Fierobe
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 15/10/2015
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Pedro Coutinho
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antoine Margeot
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Philippe Soucaille, Mirjam Czjzek

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cytoplasme

Cellulose -- Biodégradation

Cellulase

Mots clés libres

Gh9

Cellulase

Ruminiclostridium cellulolyticum

Cellulolyse

Cellulosome

Xyloglucane

Gh9

Cellulase

Ruminiclostridium cellulolyticum

Cellulolysis

Cellulosome

Xyloglucan

Résumé

R. cellulolyticum est une bactérie mésophile, anaérobie stricte et cellulolytique, qui sécrète des macro-complexes multienzymatiques (cellulosomes) très performants dans la dégradation des polysaccharides de la paroi végétale. Les Glycoside Hydrolases de famille 9 (GH9) sont toujours surreprésentées chez les bactéries à cellulosomes. Le génome de R. cellulolyticum code 13 GH9 dont 12 participent aux cellulosomes. Mon travail de thèse a consisté à étudier l’ensemble des GH9 de R. cellulolyticum, en déterminant leurs activités à l’état libre et en complexes, afin d’élucider leurs rôles dans la dégradation de la cellulose. Les GH9 ont chacune des activités et des spécificités de substrats différentes. Deux GH9 présentent des activités atypiques, puisque l’une d’elles est inactive et l’autre est une xyloglucanase. Les caractérisations en complexes ont souligné l’importance de la diversité des GH9 et ont montré qu’elles agissent en synergie dans la dégradation de la cellulose. De plus, l’élargissement du panel des GH9 de R. cellulolyticum par l’introduction d’une cellulase exogène de Lachnoclostridium phytofermentans a permis d’améliorer les capacités cellulolytiques de la clostridie. L’activité xyloglucanase d’une des GH9 m’a poussé à étudier le catabolisme du xyloglucane chez R. cellulolyticum. Ce travail a mis en exergue la présence d’un équipement spécialisé dans l’utilisation de ce sucre. Ainsi, après une dégradation du xyloglucane par les enzymes cellulosomales en xyloglucane dextrines, ces dernières sont importées dans le cytoplasme par un transporteur ABC spécifique puis hydrolysées séquentiellement par les enzymes cytoplasmiques en mono et disaccharides assimilables.

Ruminiclostridium cellulolyticum is a mesophilic and strictly anaerobic bacterium. It produces multienzymatic complexes called cellulosomes which efficiently degrade the plant cell wall polysaccharides. Family-9 Glycoside Hydrolases (GH9) are plethoric in cellulosome-producing bacteria. The genome of R. cellulolyticum thus encodes for 13 GH9 enzymes, 12 of them participate to the cellulosomes.My Ph. D. aimed at characterizing all GH9 enzymes from R. cellulolyticum, by determining their activities in a free and complexed states, in order to elucidate their role in cellulose degradation. All GH9 enzymes exhibit various activities and substrate specificities. Two of them have atypical activities, since one is inactive and one is a xyloglucanase. Results obtained when all GH9 are in complex highlighted the importance of GH9 diversity and revealed they act synergistically in cellulose depolymerization. Moreover, expanding the panel of GH9 enzymes by introducing an exogenous cellulase from Lachnoclostridium phytofermentans improved the cellulolytic capacities of R. cellulolyticum. The xyloglucanase activity of one GH9 enzyme prompted me to investigate the xyloglucan catabolism in R. cellulolyticum. This work uncovered the presence of a specialized equipment for xyloglucan utilization. After extracellular digestion of xyloglucan by cellulosomal enzymes, xyloglucan dextrins are imported into the cytoplasm via a specific ABC-transporter and sequentially hydrolyzed by cytoplasmic enzymes into fermentable mono and disaccharides.