Etude de l'effet de l'oxygène sur la physiologie et le métabolisme de la bactérie hyperthermophile anaérobie thermotoga maritima

par Raja Lakhal

Thèse de doctorat en Microbiologie

Sous la direction de Moka Hamdi et de Bernard Ollivier.


  • Résumé

    La bactérie hyperthermophile Thermotoga maritima a été cultivée dans un fermenteur dans lequel la concentration en O2 a été rigoureusement contrôlée. A 80°C et pH 7, il a été démontré que T. maritima pouvait survivre à des expositons de durées variables à l’O2 et qu’elle était capable de le consommer. La vitesse spécifique de consommation de l’O2 a été estimée à 73.6 µmoles O2.min-1.g protéines-1 lors d’une courte exposition à l’O2 (30 min). De longues expositions à l’O2 (20 h) nous ont permis de démontrer que la présence d’O2 ralentissait la croissance de T. maritima et conduisait à un shift du métabolisme vers la production de lactate aux dépens de l’acétate et à un arrêt de production d’H2. Dans ces conditions, il a été constaté que 73% du glucose était consommé selon un métabolisme partiellement oxydatif faisant intervenir simultanément les deux voies Embden-Meyerhof et Entner-Doudoroff de la glycolyse. En l’occurrence, l’oxydation incomplète du glucose est corrélée à la réduction de l’O2 en eau. Les études transcriptomiques ont montré que cette réduction de l’O2 résultait d’une cascade de réactions intermédiaires faisant intervenir des enzymes de type peroxydases [activation de l’expression des enzymes Ahp (alkyl hydroperoxyde réductase), Bcp1 et Bcp2 (thiol peroxydase thioredoxin-dépendante)] qui acheminent les électrons libérés via les radicaux libres. D’autres enzymes comme la rubréryhtrine et la neelarédoxine interviendraient pour détoxiquer les espèces réactives d’O2. Les électrons libérés seraient au final utilisés pour réduire l’O2 en H2O par l’enzyme FprA, dont l’expression varie en fonction du potentiel redox du milieu de culture. Ce schéma est proposé comme un des éléments essentiels du dispositif enzymatique permettant la consommation de l’O2 et la protection des cellules contre les effets des espèces réactives de l’oxygène chez T. maritima.


  • Résumé

    Batch cultures of the hyperthermophilic bacterium Thermotoga maritima were performed in a bioreactor where O2 concentrations in the gas phase were strictly controlled. At 80°C and pH 7, we demonstrated that T. maritima survived despite being exposed to oxygen at different times and that it consumed it. O2 uptake rate was estimated at 73.6 µmoles O2 min-1g proteins-1 during a short exposure to O2 (30 minutes). A long time exposure of T. maritima cultures to oxygen (20h) led to a drastic reduction in growth, together with a shift in glucose metabolism towards lactate instead of acetate production and a stop in H2 production. Under these conditions, it has been observed that 73% of glucose was partially oxidised by using both Embden-Meyerhof and Entner-Doudoroff glycolytic payhways. Uncomplete oxidation of glucose is correlated to a reduction of O2 to H2O. Transcription analyses revealed that this reductive process of O2 involved enzymes like peroxidases [activation of alkyl hydroperoxide reductase (ahp), bcp1 and thioredoxin-dependent thiol peroxidase (bcp 2)]. Moreover, genes encoding reactive oxygen species (ROS)-scavenging systems (neelaredoxin and rubrerythrin), were found to be upregulated during oxygen exposure. The oxygen reductase FprA, which expression was shown to depend on the redox level of the culture medium, is proposed as a primary consumer of O2. All these enzymes are essential for T. maritima to consume O2 consumption and to fight against the toxic effects of ROS in cells.


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