Prospection et induction de molécules antimicrobiennes par co-cultures entre bactéries (Streptomyces) et champignons (Basidiomycètes)

Prospecting and induction of antimicrobial molecules by co-culture between bacteria (Streptomyces) and fungi (Basidiomycota)and fungi (Basidiomycetes)

• Auteur / Autrice : Matthieu Nicault
• Direction : Pierre Leblond, Éric Gelhaye
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écotoxicologie, biodiversité, écosystèmes
• Date : Soutenance le 27/11/2020
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Dynamique des génomes et adaptation microbienne (Vandoeuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Mélanie Morel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Leblond, Éric Gelhaye, Marie-Joëlle Virolle, Jenny Renaut, David Touboul
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Joëlle Virolle, Jenny Renaut

Mots clés

Mots clés contrôlés

Basidiomycètes

Cultures et milieux de culture

Streptomyces

Métabolomique

Génomique

Résistance aux antibiotiques

Mots clés libres

Génomique

Métabolomique

Co-cultures

Streptomyces

Champignons

Basidiomycètes

Genomics

Metabolomics

Co-cultures

Streptomyces

Mushrooms

Basidiomycetes

Résumé

L’émergence de résistances multiples aux antibiotiques chez les micro-organismes pathogènes constitue une menace importante en santé humaine. L’identification de principes actifs nouveaux avec des cibles cellulaires et des mécanismes originaux est un besoin urgent et en ce sens les micro-organismes du sol (bactéries et champignons) riches en molécules biologiques constituent un réservoir d’intérêt. Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à des souches isolées conjointement (communauté) de Streptomyces, des bactéries filamenteuses du sol produisant plus de la moitié des antibiotiques utilisés en médecine. Une analyse conjointe du métabolome et du génome de 8 souches (dont 5 ont été séquencés au cours de cette étude) a montré une diversité importante des voies de biosynthèse de métabolites spécialisés au sein de cette communauté. Afin de stimuler l’expression de nouvelles molécules cryptiques en conditions de laboratoire, la co-culture de ces Streptomyces et de champignons a été réalisée. Un criblage de 64 co-cultures entre 8 souches de Streptomyces et 8 espèces de champignons Basidiomycètes a été réalisé en suivant des activités antimicrobiennes, anti-inflammatoires et anti-oxydantes induites (c’est-à-dire produites en co-culture mais pas dans les cultures seules des bactéries et des champignons). Nos criblages ont révélé deux interactions prometteuses dont les produits ont été analysés par la combinaison d’une approche métabolomique couplant chromatographie gazeuse, spectrométrie de masse (GC-MS), chromatographie liquide et spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS). Un fractionnement guidé par l’activité antimicrobienne a permis d’identifier un ensemble de composés candidats en lien avec l’activité antimicrobienne. En révélant une grande variabilité des gènes de biosynthèse de molécules biologiques, nos résultats ont permis dans un premier temps de circonscrire la communauté comme un cadre d’échantillonnage approprié pour rechercher des molécules biologiques d’intérêt chez les Streptomyces. Ces gènes étant pour la plupart cryptiques en conditions de laboratoire, nous avons pu également souligner l’intérêt de la co-culture comme stimulus biotique permettant leur production, en faisant une approche prometteuse en biotechnologie.

The emergence of multiple resistance to antibiotics in pathogenic microorganisms poses a significant threat to human health. The identification of new active ingredients with cellular targets and original mechanisms is an urgent need and in this sense soil microorganisms (bacteria and fungi) rich in biological molecules constitute a reservoir of interest. During this thesis, we were interested in jointly isolated strains (community) of Streptomyces, filamentous bacteria from the soil producing more than half of the antibiotics used in medicine. A joint analysis of the metabolome and the genome of 8 strains (5 of which were sequenced during this study) showed a significant diversity of the biosynthetic pathways of specialized metabolites within this community. In order to stimulate the expression of new cryptic molecules under laboratory conditions, the co-culture of these Streptomyces and fungi was performed. A screening of 64 co-cultures between 8 strains of Streptomyces and 8 species of Basidiomycetes fungi was performed by monitoring induced antimicrobial, anti-inflammatory and anti-oxidant activities (i.e. produced in co-culture but not in cultures only bacteria and fungi). Our screens revealed two promising interactions whose products were analyzed by the combination of a metabolomics approach coupling gas chromatography, mass spectrometry (GC-MS), liquid chromatography and tandem mass spectrometry (LC-MS / MS). Antimicrobial activity-guided fractionation has identified a set of candidate compounds related to antimicrobial activity. By revealing a large variability of genes for the biosynthesis of biological molecules, our results first allowed us to define the community as an appropriate sampling framework to search for biological molecules of interest in Streptomyces. As these genes are mostly cryptic under laboratory conditions, we were also able to underline the interest of co-culture as a biotic stimulus allowing their production, making it a promising approach in biotechnology.