Contribution from nanotechnologies to the study and assembly of the flagellar nano-motor of bacteria

par Jérôme Chalmeau

Thèse de doctorat en Nanophysique

Sous la direction de Christophe Vieu.

Soutenue en 2009

à Toulouse, INSA , en partenariat avec Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes L.A.A.S. (Toulouse) (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Contributions des naotechnologies à l'étude et à l'assemblage du nano-moteur flagellaire des bactéries


  • Résumé

    The bacteria flagellar nanomotor is a nature marvel due to its structure and importance for bacteria. It allows the rotation at high frequency ( 300 Hz) of a long external filament. This filament plays a role comparable to a submarine helix and propels its host in the liquid environment. Despite its size, 45 nm at the largest diameter, this nano-bio-machine is composed of thousands of proteins. These proteins work together in order to generate the flagellar rotation and allow bacteria to swim freely in a liquid environment. Despite its importance for bacteria’s life, its precise mechanism remains unclear today. This motor was discovered more than 3o years ago and a large number of experimental data and hypotheses about its structure and mechanism have been accumulated. The overall assembly, the crystal structure of some constitutive proteins, and the role played by each component permit to draw a possible architecture of the motor. Others experiments has also highlighted some crucial aspects of this machine, through mechanical measurement of the torque developed by the motor, in order to define the torque/speed relationship. However, the nanoscale description of the motor remains limited and many interpretations are still questionable. In this work, I have developed two ambitious parallel and complementary ways to elucidate some open questions: the in vitro re-assembly in a control maner of an essential part of the motor, and a large scale study of the interactions between identified motor’s proteins crucial for the motor rotation. These approaches have been supported by the use of new tools, which had never been used before for studying this nano-motor: the Atomic Force Microscope (AFM), for visualizing in a close native environment part of the motor reassembled, and the Quartz Micro Balance for the interactions study. New experimental datas have been obtained and permitted to propose a new hypothesis of the mechanism of the Bacteria Flagellar Nano-Motor


  • Résumé

    Le nano-moteur qui se trouve à la base des flagelles des bactéries est une merveille de part sa structure et son rôle dans la survie des bactéries. Il permet la mise en rotation rapide (300Hz) d’un long filament à l’extérieur de la bactérie, filament qui va jouer un rôle comparable à une hélice de sous marin. Malgré sa taille, 45 nm dans son plus grand diamètre, cette nano-bio-machine est composée de milliers de protéines, briques essentielles à la vie. Ces protéines travaillent de concert afin de faire tourner le flagelle bactérien et permettre à la bactérie de se mouvoir dans son environnement au gré du milieu dans lequel elle évolue. Malgré son importance dans la vie bactérienne, son fonctionnement précis reste encore relativement flou aujourd’hui. Sa découverte il y a plus de 30 ans a permis l’accumulation de données qui permettent d’esquisser la structure de certaines des protéines, leur emplacement ou le rôle joue par certaines parties de ces mêmes protéines. D’autres expériences ont permis de déduire des caractéristiques mécaniques, comme les relations couple/vitesse de ce moteur. Cependant, sa description à l’échelle nanométrique reste a ce jour limité et sujette à questions. Dans le cadre de ma thèse, deux approches parallèles et complémentaires ont été développé afin de répondre à ce défi : le réassemblage de manière contrôlé in vitro d’une partie du moteur crucial pour le fonctionnement du moteur, l’étude à grande échelle des interactions entre les protéines identifiées comme étant essentielles à la rotation du flagelle. De nombreux outils qui n’avaient jamais été utilisés pour l’étude du moteur ont été mis en oeuvre : le microscope à force atomique, afin de visualiser dans un environnement proche du milieu natif les parties du moteur réassemblées, et la Micro Balance à Quartz pour les études d’interactions. Des nouvelles données ont pu être obtenues et synthétisées afin de proposer une nouvelle hypothèse de fonctionnement du Nano-moteur flagellaire des bactéries

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La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (253 p.)
  • Annexes : Notes bibliogr.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées. Bibliothèque centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2009/989/CHA
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