Etude comparative du métabolisme des lipides chez Streptomyces coelicolor en culture avec le glucose ou le glycérol comme source de carbone

Comparative study of Streptomyces coelicolor lipids metabolism cultivated with glucose or glycerol as carbon source

• Auteur / Autrice : Marc Boutant
• Direction : Marie-Joëlle Virolle, Jean-Louis Uribelarrea
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 10/12/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie intégrative de la cellule (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Armel Guyonvarch
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Joëlle Virolle, Armel Guyonvarch, Brigitte Thomasset, Vincent Phalip, Karine Blondeau, Stéphane Delaunay
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Brigitte Thomasset, Vincent Phalip

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métabolisme

Bioréacteurs

Métabolomique

Protéomique

Streptomyces

Acides gras

Mots clés libres

Acides gras

Streptomyces

Protéomique

Métabolomique

Fed-Batch

Métabolisme primaire et secondaire

Fatty acids

Streptomyces

Proteomics

Metabolomics

Fed-Batch

Primary and secondary metabolism

Résumé

Les Streptomyces sont des bactéries filamenteuses à Gram positif que l’on retrouve dans les couches superficielles du sol. La souche modèle S. coelicolor M145 est capable de produire des antibiotiques et accumuler de faibles quantités de triacylglycérol lorsqu’elle est mise en culture avec le glucose ou le glycérol comme source de carbone. La souche produit de l’actinorhodine seulement en culture avec le glycérol comme source de carbone, et nous assistons à une accumulation d’acides gras, notamment sous forme d’esters d’acide oléique avec l’une ou l’autre source de carbone. Ces accumulations d’acides gras ne durent que pendant une certaine période de temps, à l’issu de laquelle l’accumulation s’arrête, et on assiste à la production de métabolites secondaires qui peut s’accompagner de la consommation des acides gras précédemment accumulés. Ces observations suggèrent d’une part que la source de carbone est un effecteur différentiel dans la production de métabolites secondaire, et que d’autre part le métabolisme des lipides est lié au métabolisme secondaire. Ce travail de thèse va tenter d’établir les liens entre le métabolisme primaire et le métabolisme secondaire chez S.coelicolor via le métabolisme des lipides. Pour se faire, nous avons dans un premier temps défini un milieu synthètique, ainsi que des stratégies d’alimentation de type fed-batch en bioréacteur, pour permettre d’obtenir d’une part une phase de croissance exponentielle, et d’autre part une phase de croissance non exponentielle et imposée par une limitation en azote. Cette limitation nutritionnelle est classiquement utilisée à la fois lors des études de l’accumulation de lipides chez les microorganismes oléagineux tels que Yarrowia lipilytica ou Rhodotorula glutinis, et aussi dans le cas d’études de la production d’antibiotiques par les Streptomyces. L’étude du métabolome couplée à l’étude du protéome nous a permis d’établir la direction générale des flux globaux de carbone, d’énergie et de pouvoir réducteur lors des différentes phases de croissances. Ces travaux démontrent une hétérogénéité métabolique dans la population bactérienne totale, avec la présence de 2 à 3 sous-populations différentes pouvant coexister. Les évolutions temporelles du protéome et notamment des régulateurs transcritptomiques montrent des réactions tardives, très certainement dues à la présence d’effecteurs intracellulaires accumulés, ainsi qu’au dynamisme de la culture.

Streptomyces are filamentous Gram positive bacteria found in the soil upper layers. The model strain S. coelicolor M145 can produce antiobiotics and accumulate low levels of triacylglycerol when cultivated with glucose or glycerol as carbon source. This strain produces actinorhodin only when glycerol is used as carbone source, but the fatty acids accumulation as esterified oleic acid occurs with both carbon sources. However, the fatty acids accumulation only last for a short period of time, and afterward, a production of secondary metabolites is observed and the previously accumulated fatty acids are consummed. Those results suggest that the carbon source act as an effector for the production of secondary metabolites and the lipids metabolism is some ways linked to the secondary metabolism. With this work, we will try to establish the links between the primary and secondary metabolism via the lipids metabolism with S. coelicolor. First, in order to obtain cultures with an exponential growth phase and a non-exponential growth phase under a nitrogen limitation, a synthetic media and fed-batch feeding strategies have been designed. The nitrogen limitation is usually used to study lipids accumulation with oleaginous microorganisms such as Yarrowia lipilytica or Rhodotorula glutinis, and also during studies of antibiotics production with Streptomyces. The metabolomics study paired with the proteomics study made possible to establish the global directions of carbon, energy and reduced power fluxes during all the obtained growth phases. This work also showed that the microbial population is heterogeneous and 2 to 3 subpopulations can coexist with both carbon sources. The proteomics temporal changes and in particular of transciptional regulators show some late reactions to the nitrogen limitation especially when glycerol is used, probably because of the intracellular accumulation of effector compounds over time, and because of growth kinetics.