Génomique fonctionnelle de la dégradation microbienne du chlorométhane

Functional genomics of microbial degradation of chloromethane

• Auteur / Autrice : Sandro Roselli
• Direction : Stéphane Vuilleumier, Françoise Bringel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phyllosphère

Cyanocobalamine

Bactéries méthylotrophes

Chlorométhane

Résumé

Le chlorométhane (CH3Cl) est un composé organique volatil essentiellement produit naturellement et responsable de 15% de la dégradation de l’ozone stratosphérique due aux composés halogénés. L’estimation du budget global du CH3Cl est incertaine et sous-estime l’importance des émissions végétales et de sa dégradation par les microorganismes. Cette thèse a eu pour but de développer la compréhension des bases moléculaires de la dégradation bactérienne du CH3Cl, avec aussi comme perspective la valorisation des ressources génétiques de l’environnement pour la dépollution. Une approche combinant génomique comparative et fonctionnelle a été développée pour étudier l’adaptation au CH3Cl chez Methylobacterium extorquens CM4, bactérie aérobie pour laquelle une voie d’utilisation du CH3Cl a été identifiée et dont le génome a été séquencé au Genoscope. L’analyse du génome de CM4 a révélé l’existence d’un plasmide de 380 kb porteur des gènes connus de la voie d’utilisation du CH3Cl et de la biosynthèse de la cobalamine et du tétrahydrofolate, les deux cofacteurs essentiels à cette voie. L’analyse différentielle du protéome de CM4 cultivé en présence et en absence de CH3Cl a confirmé la voie d’utilisation précédemment proposée, et permis d’identifier de nouvelles protéines associées au métabolisme du CH3Cl. Un dernier volet du travail a été l’étude de la diversité des bactéries CH3Cl-dégradantes associées aux plantes. Trois souches CH3Cl-dégradantes de la phyllosphère ont été isolées à partir de feuilles d’Arabidopsis thaliana, une plante connue pour émettre du CH3Cl. Les résultats de ce travail serviront de base aux études futures de la dégradation bactérienne du chlorométhane.

Chloromethane (CH3Cl) is a volatile organic compound of mainly natural origin. It accounts for at least 15% of chlorine-catalysed stratospheric ozone depletion. Obtaining reliable estimates of the global CH3Cl budget is difficult due to the incomplete inventory of CH3Cl sources and sinks, including plant emissions and microbial degradation. The aim of this PhD thesis was to better understand the molecular basis of microbial degradation of CH3Cl, also with the perspective of applying microbial and genetic resources to bioremediation of polluted environments. Approaches involving comparative and functional genomics were developed to study the adaptation to CH3Cl of Methylobacterium extorquens CM4, the aerobic bacterial strain in which a degradation pathway for CH3Cl was previously identified, and whose genome sequence is now known. Analysis of the genome of strain CM4 revealed the presence of a 380 kb plasmid harbouring the already characterised genes of the known pathway for CH3Cl utilisation, as well as genes involved in the biosynthesis of cobalamin and tetrahydrofolate, two cofactors essential for CH3Cl degradation by this pathway. Differential proteomic analysis of strain CM4 grown in the presence or the absence of CH3Cl confirmed this pathway and also enabled the identification of new proteins associated with CH3Cl metabolism. In addition, the diversity of CH3Cl-degrading bacteria associated with the phyllosphere was investigated. Three CH3Cl-degrading strains of the phyllosphere were isolated from leaves of Arabidopsis thaliana, a plant known to emit CH3Cl. The obtained results will serve as the basis for future studies of bacterial CH3Cl degradation.