Adaptation à l'oxygène d'une bactérie sulfato-réductrice par évolution expérimentale : émergence d'une respiration aérobie chez Desulfovibrio vulgaris Hildenborough

Oxygen adaptation of a sulfate-reducing bacterium by experimental evolution : emergence of an aerobic respiration for Desulfovibrio vulgaris Hildenborough

• Auteur / Autrice : Marine Schoeffler
• Direction : Alain Dolla
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 28/11/2018
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la vie et de la santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut méditerranéen d'océanologie (Marseille ; Toulon ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Anne Devin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurence Blanchard, Anne-Laure Gaudin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claudina Rodrigues-Pousada, Maria Soledad Goñi Urriza

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mutagènes

Biotechnologie appliquée à l'environnement

Stress oxydatif

Plantes -- Effets de l'anaérobiose

Microorganismes anaérobies

Mots clés libres

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Résumé

Les bactéries du genre Desulfovibrio sont des microorganismes anaérobies sulfato-réducteurs à la croisée des mondes de l’aérobiose et de l’anaérobiose car elles possèdent des enzymes réduisant le sulfate et l’O2. Toutefois, la réduction de l'O2 est un mécanisme de protection puisqu’ aucune croissance n’a été observée jusqu’ à présent avec l ’O2 comme seul accepteur terminal d’électrons.Afin d’améliorer les capacités d’aérotolérance de la souche Desulfovibrio vulgaris Hildenborough et de découvrir de nouvelles voies impliquées dans les mécanismes de défense contre le stress oxydant, une évolution expérimentale forcée par l’O2 a été réalisée. Les analyses métaboliques et phénotypiques des souches évoluées ont révélé qu'elles étaient devenues capables d’utiliser l’O2 comme accepteur terminal d’électrons pour leur croissance. La construction de mutants de délétion et la réalisation d’une analyse protéomique ont révélé l'importance des protéines TetR et HdrA, ainsi que d’autres protéines impliquées dans ce nouveau métabolisme respiratoire. L’ensemble des résultats obtenus permet de proposer un modèle basé sur un détournement des flux métaboliques, en particulier le NADH/NAD+, vers la réduction de l’O2 par les oxydases terminales membranaires. L’acquisition d’un phénotype respiratoire de l’O2 fait des souches évoluées ES des candidats intéressants pour la bioremédiation du chrome hexavalent, un élément trace métallique cancérogène et mutagène. Le développement d’une méthode de suivi de réduction du chrome hexavalent en microplaques a confirmé l’efficacité des souches ES à réduire ce polluant.

Desulfovibrio species are representatives of microorganisms at the boundary between anaerobic and aerobic lifestyles as they contain the enzymatic systems required for both sulfate and oxygen reductions. Numerous ecological studies have shown that these microorganisms are found in environments where oxygen is transitory present, leading them to develop several strategies to cope with oxygen. Oxygen reduction is one of the strategies used to remove oxygen but this reduction has been shown to be a protective mechanism only. In order to increase the aerotolrenace capability and to discover new mechanisms involved in defense against oxidative stress, an oxygen-driven experimental evolution of Desulfovibrio vulgaris Hildenborough (DvH) has been performed. We have obtained evolved strains (ES) not only able to tolerate an oxygen concentration 32-times higher than that tolerated by the ancestral DvH strain but also able to grow with energy derive from phosphorylative oxidation linked to oxygen reduction. Gene deletions and proteomes analysis confirmed the importance of HdrA and TetR proteins and revealed other ones involved in the new metabolic feature. We propose that this capability is acquired by a rearrangement of metabolite fluxes, principally NADH/NAD+, leading to an optimized O2 respiration through the membrane-bound cytochrome oxygen reductases.The ES strain are peculiarly interesting for bioremediation of heavy metals as chromium. Analysis of chromate reduction activities showed that these strains have kept their capability to efficiently reduce this metal.