Catabolisme du xyloglucane chez Ruminiclostridium cellulolyticum : régulation de la dégradation et de l'import du xyloglucane et exploration des voies métaboliques en aval

Xyloglucan catabolism in Ruminiclostridium cellulolyticum : regulation of xyloglucan degradation and import, and exploration of the downstream metabolic pathways

• Auteur / Autrice : Clara Kampik
• Direction : Henri-Pierre Fierobe, Pascale de Philip
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 10/12/2020
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la vie et de la santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie bactérienne (LCB) (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Michel Jault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cécile Jourlin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Lopes Ferreira, Isabelle Meynial

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polysaccharides

Bactéries anaérobies

Plantes -- Régulation génétique

Métabolisme

Mots clés libres

Ruminiclostridium cellulolyticum

Xyloglucane

Régulation

Système à deux composants

Catabolisme

Voies métaboliques

Ruminiclostridium cellulolyticum

Xyloglucan

Regulation

Two-Component system

Catabolism

Metabolic pathways

Résumé

La bactérie anaérobie et mésophile Ruminiclostridium cellulolyticum est capable de se développer sur des polysaccharides majeurs des parois végétales comme le xyloglucane. Celui-ci est composé de longues chaînes de résidus glycosyl partiellement substitués par le xylose et le galactose. La bactérie le dégrade extracellulairement en dextrines avec un squelette de quatre résidus glycosyl, qui sont ensuite importées par un transporteur ABC dédié, et hydrolysées en mono- et disaccharides fermentescibles dans le cytosol.J’ai montré que le système à deux composants XygS/XygR est essentiel pour la croissance de la bactérie sur xyloglucane. XygR sert d’activateur de deux unités transcriptionnelles codant le transporteur ABC ainsi que le système à deux composants lui-même et les trois enzymes responsables de la dépolymérisation intracellulaire des dextrines de xyloglucane. Il régule aussi positivement la transcription d'un gène distant codant une xyloglucanase extracellulaire.Dans la deuxième partie de ce travail, j’ai étudié comment la bactérie gère la libération intracellulaire simultanée de quatre sucres simples. La caractérisation d’enzymes clés des voies métaboliques concernées a mis en évidence que ces sucres sont catabolisés simultanément, mais que le glucose et le cellobiose sont consommés plus rapidement que le galactose et le xylose. Les activités des enzymes responsables de la dépolymérisation intracellulaire des dextrines de xyloglucane sont strictement contrôlées par les concentrations de ces sucres cytosoliques. La dégradation du xyloglucane s’accompagne d’un catabolisme complexe, économe en énergie, et empêchant efficacement un flux de carbone trop important.

The anaerobic, mesophilic bacterium Ruminiclostridium cellulolyticum is able to grow on cellulose and other major plant cell wall polysaccharides such as xyloglucan. Xyloglucan is composed of long chains of glucosyl residues which are partially substituted by xylose and galactose. R. cellulolyticum extracellularly degrades xyloglucan into four-glucosyl-backbone dextrins, which are imported by a dedicated ABC-transporter. In the cytosol, the dextrins are further hydrolysed to fermentable mono- and disaccharides.I showed that the two-component system XygS/XygR is essential for the growth of R. cellulolyticum on xyloglucan. XygR acts as an activator of two transcriptional units encoding the ABC-transporter and the two-component system itself together with the three enzymes responsible for the intracellular depolymerisation of xyloglucan dextrins. It also positively regulates the transcription of a distant gene coding an extracellular xyloglucanase.In the second part of my work I explored how the bacterium handles the simultaneous intracellular release of glucose, xylose, galactose and cellobiose. The characterisation of key enzymes in the involved metabolic pathways provided evidence that the four simple sugars are simultaneously catabolised but that glucose and cellobiose are more rapidly consumed than galactose and xylose. I further demonstrated that the activities of the enzymes responsible for the intracellular depolymerisation of xyloglucan dextrins are strictly controlled by cytosolic sugar concentrations. Xyloglucan degradation in R. cellulolyticum is accompanied by a complex, energy-saving catabolism geared towards the efficient prevention of carbon overflow.