Diversité des méthanogènes d'intérêt clinique: Methanobrevibacter smithii

Diversity of methanogens of clinical interest: Methanobrevibacter smithii

• Auteur / Autrice : Ihab Malat
• Direction : Michel Drancourt, Raymond Ruimy
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie-Santé - Spécialité Maladies Infectieuses
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MEPHI - Microbes Evolution Phylogénie et Infections
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : MEPHI - E1 - Microbiote humain et zoonotique : la santé et les maladies à travers la culturomique
• Jury : Président / Présidente : Elodie Terrer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raymond Ruimy, Laurence Zitvogel, Max Maurin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurence Zitvogel, Max Maurin

Mots clés

Mots clés libres

Archaea

Nanoarchaea

Méthanogènes

Methanobrevibacter oralis

Methanobrevibacter smithii

Pseudomuréine endoisopeptidase

Archaea

Nanoarchaea

Methanogens

Methanobrevibacter oralis

Methanobrevibacter smithii

Pseudomurein endoisopeptidase

Résumé

Methanobrevibacter smithii (M. smithii) est une archée méthanogène qui joue un rôle essentiel dans le microbiote intestinal intervenant dans le processus de digestion des aliments en métabolisant le formate, le dioxide de carbone (CO2) et le dihydrogène (H2) issus de la fermentation bactérienne pour la production de méthane. Récemment, la découverte de l’association de Methanobrevibacter oralis à la nanoarchée Nanopusillus massiliensis dans la cavité orale et M. smithii à la nanoarchée Candidatus nanopusillus phoceensis dans l’intestin a ouvert la voie à la recherche de la physiologie de ces deux nanogènes (association symbiotique Nanoarchées-méthanogènes). Au cours de notre travail de thèse nous avons développé un système en microplaque visant à cultiver en routine les méthanogènes facilitant leurs études en microbiologie clinique ; participant à découvrir un nouveau méthanogène intestinal Candidatus Methanosphaera massiliense sp. nov. ainsi qu’à décrypter le premier génome de M. smithii urinaire. Ensuite, nous avons investigué les interactions de ces méthanogènes avec les phages de méthanogènes, permettant de définir des « cell variants » de M. smithii dont les nanogènes. L’analyse des génomes de deux nanogènes cliniques a permis l’identification des gènes viraux provenant de virus Caudoviricetes et du virus NAV1 et la compréhension de l’interaction des méthanogènes et de nanoarchées avec les cellules de l’hôte. La détection dans le génome de Methanobrevibacter oralis et M. smithii du gène viral (Caudoviricetes) codant la pseudomuréine endoisopeptidase (Pei) nous a mené à cloner et produire cette enzyme pour la tester sur des souches de M. smithii : PeiW perfore de manière concentration-dépendante la paroi de M. smithii, qui explose probablement du fait de la pression osmotique. De ce fait, Pei pourrait réguler les différents « cell variants » des méthanogènes dans les microbiotes cliniques, et être utilisé pour maîtriser les méthanogènes dont M. smithii en situations pathologiques. Notre travail de thèse supporté par cinq articles scientifiques et un brevet, contribue à la mise en place de techniques de caractérisation des méthanogènes cliniques dont M. smithii, pour l’étude de leur diversité génomique et phénotypique, associée à leur rôle de pathogènes opportunistes en communauté microbienne.

Methanobrevibacter smithii (M. smithii) is a methanogenic archaeon that plays a crucial role in the gut microbiota by participating in the digestion process. It metabolizes formate, carbon dioxide, and hydrogen produced by bacterial fermentation to generate methane. Recently, the discovery of the association between Methanobrevibacter oralis (M. oralis) and the nanoarchaeon Nanopusillus massiliensis in the oral cavity, as well as M. smithii and the nanoarchaeon Candidatus nanopusillus phoceensis in the intestine, has opened new avenues for research into the physiology of these two nanoarchaea (symbiotic Nanoarchaea-methanogen associations). During our doctoral research, we developed a microplate system aimed at routinely cultivating methanogens, facilitating their study in clinical microbiology. This work contributed to the discovery of a new intestinal methanogen, Candidatus Methanosphaera massiliense sp. nov., and to the decoding of the first urinary M. smithii genome. Additionally, we investigated the interactions of these methanogens with methanogen-infecting phages, leading to the identification of ''cell variants'' of M. smithii, including those involving nanoarchaea. The analysis of the genomes of two clinical nanoarchaea enabled the identification of viral genes from Caudoviricetes viruses and the NAV1 virus, as well as an understanding of the interaction between methanogens, nanoarchaea, and host cells. The detection of the viral gene (Caudoviricetes) encoding pseudomurein endoisopeptidase (Pei), in the genomes of M. oralis and M. smithii led us to clone and produce this enzyme for testing on M. smithii strains. PeiW perforates the cell wall of M. smithii in a concentration-dependent manner, likely causing the cells to burst due to osmotic pressure. Thus, Pei could regulate the different ''cell variants'' of methanogens in clinical microbiomes and could be used to control methanogens, including M. smithii, in pathological conditions. Our doctoral work, supported by five scientific articles and a patent, contributes to the development of techniques for characterizing clinical methanogens, including M. smithii, to study their genomic and phenotypic diversity and their role as opportunistic pathogens in microbial communities.