Structure of the metabolic diversity in escherichia coli : integration of the metabolic network, the proteome, enzymatic parameters and growth phenotypes

Structuration de la diversité métabolique chez escherichia coli : Intégration du réseau métabolique, du protéome, des paramètres enzymatiques et des phénotypes de croissance

• Auteur / Autrice : Victor Sabarly
• Direction : Dominique de Vienne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques. Sciences de la vie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pathogénicité

Métabolisme

Escherichia coli

Résumé

Les microorganismes sont remarquablement adaptés à des environnements divers, changeants et imprévisibles. Escherischia coli est une bactérie d'importance en santé publique et compte parmi les plus versatiles. Sa diversité génétique intra-spécifique a été très étudiée et indique l'existence d'une plasticité du génome et d'une structure en phylogroupes. Alors que le métabolisme détermine la capacité d'une bactérie à exploiter les ressources, la diversité métabolique de l'espèce est mal connue. Pour comprendre le rôle des facteurs écologiques dans l'évolution de cette espèce, nous avons étudié l'importance et la structure de la diversité pour trois caractères métaboliques : la présence/absence de réactions au sein du réseau métabolique, la capacité à utiliser différentes sources de carbone et la variation des concentrations des protéines dans différents milieux. Nous avons montré que les réseaux métaboliques partagent un large noyau de réactions communes, et que leur part variable est structurée en fonction de la phylogénie. Toutefois, les phénotypes métaboliques ne sont pas liés aux phylogroupes et E. Coli constitue un unique groupe phénotypique, ce qui suggère l'absence de spécialisation pour l'utilisation de source de carbone. Ce travail révèle l'importance de la diversité métabolique intra-spécifique et suggère de nouvelles hypothèses à propos des relations génotype/phénotype. La diversité métabolique intra-spécifique étant très structurée par les ressources en interaction avec les souches mais peu par la phylogénie de l'espèce ou le mode de vie, elle pourrait brouiller le signal phylogénétique. En perspective, l'intégration des données expérimentales dans les modèles métaboliques permettrait de mettre en relation les concentrations des enzymes avec les taux de croissance.   ���

Microorganisms are remarkably adapted to diverse, changing and unpredictable environments. Although metabolism is directly linked to the bacterial ability to grow in an ecological niche, the intra-species metabolic diversity is poorly known. Escherichia coli is one of the most versatile medically important species. Its intra-species genetic diversity has been thoroughly studied showing its genome plasticity and phylogroup structure. In order to better understand the role of ecological factors in the species evolution, we studied the extent and structure of metabolic diversity throughout the species for three metabolic traits: the presence/absence of reactions in the metabolic networks, the ability to grow on different carbon sources and the variation of protein concentrations in different environments. We found that metabolic networks share a large core of common reactions, and that its variable part is structured according to the species phylogeny. Nevertheless, metabolic phenotypes are not linked to phylogroups and E. Coli constitutes a single phenotypic group, which suggests that no specialization occurred for carbon source usage within the species. This work reveals the extent of the intra-species metabolic diversity and suggests new hypotheses about genotype-phenotype relationships that could blur the phylogenetic signal. The main emerging picture is that the intra-species metabolic diversity is highly structured by the resources in interaction with the strains but weakly by the strain phylogeny or lifestyle. Further prospects consist in integrating these experimental data into metabolic models to relate variation of enzyme concentrations to growth rates.