Réponse cellulaire d'isolats environnementaux de Microbacterium à une exposition à l'uranium

Cellular response of environmental Microbacterium isolates to an uranium exposure

• Auteur / Autrice : Nicolas Gallois
• Direction : Virginie Chapon, Jean Armengaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 15/11/2018
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des interactions protéine-métal (CEA Cadarache)
• Jury : Président / Présidente : Amel Latifi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Billard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Jacques Bourguignon, Agnès Rodrigue

Mots clés

Mots clés contrôlés

Teneur en substances radioactives

Microbiologie

Chlamydophila psittaci

Uranium

Mots clés libres

Uranium

Bactéries

Protéogénomique

Uranium

Bacteria

Proteogenomic approach

Résumé

L'uranium est un radionucléide qui possède une toxicité radiologique et chimique, causant des problèmes pour l’environnement et la santé humaine. Les micro-organismes du sol et l'uranium ont des relations complexes. L'objectif de cette étude est de décrire les interactions bactéries-uranium par l'utilisation de souches isolées d’environnements contaminés. Les quatre souches sont apparentées au genre Microbacterium et présentent un phénotype de tolérance à l'uranium contrasté. Différents mécanismes d'interaction avec l'uranium se produisent séquentiellement : une première étape de séquestration rapide de l'uranium due à de la biosorption passive, suivie d'une étape active d’efflux d'uranium et de phosphate, observée uniquement dans les souches tolérantes, et enfin, une accumulation intracellulaire de précipités de phosphate d'uranyle. Afin d'identifier les acteurs moléculaires impliqués dans les interactions cellule-uranium, une analyse comparative basée sur une approche protéogénomique a été réalisée. Les analyses statistiques sur les protéines identifiées ont révélé que l'exposition à l'uranium a un impact sur les métabolismes du phosphate et du fer. La protéine ayant le fold-change positif le plus élevé a fait l'objet d'études plus poussées. La protéine UipA est très affine pour l'uranium et le fer. Les analyses biophysiques ont révélé une coordination mono et bidentale pour l'uranium et le fer. En amont du gène uipA, deux gènes partageant l'homologie de séquence avec le système czcRS à deux composants ont été détectés. Les protéines UipRSA ne sont présentes que dans les souches tolérantes suggérant que ce cluster est impliqué dans la tolérance à l'uranium.

Uranium is a radionuclide used in nuclear energy. It has radiological and chemical toxicity, causing environmental and human health problems. Soil microorganisms and uranium have complex relationships. The goal of this study is to describe bacterium-uranium interactions through the use of bacteria isolated from contaminated environments. The four strains are related to the bacterial genus Microbacterium. They present a contrasted uranium tolerance phenotype from tolerant (ViU2a and Hg3) to sensitive (ViU22) and intermediate (A9). During exposure to uranium, different mechanisms of interaction with uranium occur sequentially: a first step of rapid sequestration of uranium due to passive biosorption, followed by an active step of uranium and phosphate efflux, observed only in tolerant strains, and finally, an active intracellular accumulation of uranyl phosphate precipitates. In order to identify the molecular actors involved in cell-uranium interactions, a comparative analysis based on a proteogenomic approach was performed. Between 1 100 and 2 000 proteins were identified. Statistical analyses revealed that uranium exposure impacts phosphate and iron metabolisms. The protein with the highest positive fold-change has been further studied. The UipA protein is a very affine and specific for uranium and iron, with Kd of the nanomolar order. Biophysic analyses revealed mono- and bidental coordination for uranium and iron. Upstream of the uipA gene, two genes sharing sequence homology with the two-component czcRS system were detected. The UipRSA cluster is only present in the tolerant strains. These data suggest that the uipRSA cluster is involved in uranium tolerance.