Métabolisme secondaire de Streptomyces ambofaciens : exploration génomique et étude du groupe de gènes dirigeant la synthèse du sphydrofurane

Secondary metabolism of Streptomyces ambofaciens : genome mining and study of the gene cluster involved in sphydrofuran biosynthesis

• Auteur / Autrice : Drago Haas
• Direction : Sylvie Lautru
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 10/04/2015
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Gènes, Génomes, Cellules (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie intégrative de la cellule (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Bayan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvie Lautru, Nicolas Bayan, Christophe Corre, Soizic Prado, Bertrand Aigle, Marc-Henri Lebrun
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Christophe Corre, Soizic Prado

Mots clés

Mots clés contrôlés

Îlots génomiques

Métabolisme secondaire

Streptomyces

Mots clés libres

Streptomyces

Métabolisme secondaire

Îlots génomiques

Sphydrofurane

Streptomyces

Secondary metabolism

Genomic islands

Sphydrofuran

Résumé

Les bactéries du genre Streptomyces produisent de nombreux métabolites secondaires, dont certains possèdent des propriétés intéressantes en agriculture et en pharmaceutique. Avec le développement de la génomique, de nombreux outils bioinformatiques de recherche de groupes de gènes du métabolisme secondaire ont été développés au cours de la dernière décennie pour explorer les génomes. Ces outils sont basés sur la recherche de similarité de séquences et de ce fait, les clusters atypiques, constitués de gènes non caractérisés, ne peuvent être détectés par ces approches. L'isolement de tels clusters nécessite donc la mise en œuvre de nouvelles stratégies. La comparaison d’espèces d'Actinomycetes proches a révélé que les îlots génomiques, régions présentes dans un seul génome, sont très souvent enrichis en gènes du métabolisme secondaire. Nous avons participé (en collaboration avec les équipes d’Olivier Lespinet et de Pierre Leblond et Bertrand Aigle) au développement d’un outil, Break Viewer, permettant de localiser les îlots génomiques en comparant des génomes proches de Streptomyces. Cet outil a permis l'identification d'un îlot non détecté par les approches classiques, îlot dont l'étude a montré qu'il contenait un groupe de gènes du métabolisme secondaire. L’étude de ce groupe de gènes a montré qu'il dirige la synthèse de trois composés, le produit majoritaire étant le sphydrofurane. Une analyse fonctionnelle du cluster sphydrofurane a permis de déterminer les gènes impliqués dans la biosynthèse et la régulation de la biosynthèse du sphydrofurane et de proposer un modèle préliminaire pour la biosynthèse de ce métabolite.

Streptomyces are soil-dwelling bacteria that produce numerous secondary metabolites, some of which have interesting properties in agriculture and pharmaceuticals. With the development of genomics, many bioinformatics tools to search genomes for secondary metabolism gene clusters have been developed over the last decade. These tools are based on sequence similarity searches and therefore atypical clusters, consisting of uncharacterized genes, cannot be detected by these approaches. The isolation of such atypical clusters therefore requires the implementation of new strategies.Comparing closely related Actinomycetes species revealed that genomic islands (regions that are present in one genome only), are often enriched in secondary metabolite genes. We participated (in collaboration with the team of Olivier Lespinet and the team of Pierre Leblond and Bertrand Aigle) to the development of a new tool, Break Viewer, to locate genomic islands by comparing the genomes of closely related Streptomyces. This tool allowed the identification of an island, undetected by conventional approaches, island whose study showed that it contained a secondary metabolism gene cluster. The study of this cluster has shown that it directs the synthesis of three compounds, the major product being sphydrofuran. A functional analysis of the sphydrofuran gene cluster allowed us to identify the genes involved in the biosynthesis and regulation of sphydrofuran and to propose a preliminary model for the biosynthesis of this metabolite.