Metabolic Investigation of the Mycoplasmas from the Swine Respiratory Tract

par Mariana Galvao Ferrarini

Thèse de doctorat en Bioinformatique

Sous la direction de Marie-France Sagot et de Arnaldo Zaha.

Le président du jury était Jean-Pierre Flandrois.

Les rapporteurs étaient Marilene Henning Vainstein, Christine Citti, Ana Rute Neves.

  • Titre traduit

    Investigation métabolique des mycoplasmes dans le tractus respiratoire des cochons


  • Résumé

    L'appareil respiratoire des porcs est colonisé par plusieurs bactéries, parmi lesquelles trois espèces de mycoplasmes : Mycoplasma flocculare, Mycoplasma hyopneumoniae et Mycoplasma hyorhinis. Lors de ce doctorat, notre principal objectif était de mieux comprendre le métabolisme différentiel dans chacune des espèces à l'aide de différentes approches. Nous avons reconstruit les réseaux métaboliques complets pour toutes les souches séquencées de ces trois espèces de mycoplasmes afin d'y détecter des caractéristiques distinctes. Nous avons pu montrer que, bien que les trois espèces de mycoplasmes du porc ont des capacités métaboliques semblables, certaines différences existent qui incluent, d'une part, le catabolisme de myo-inositol et un système plus complet pour l'absorption du glycérol, et d'autre part, une large gamme de moyens d'absorption de carbohydrates chez M. hyorhinis. L'utilisation de glycérol comme source de carbone, une activité qui est absente uniquement dans M. flocculare, produit du peroxyde d'hydrogène qui est toxique, ce qui peut expliquer l'absence de pathogénicité de cette espèce. L'absorption d'un plus large éventail de sources de carbone chez M. hyorhinis peut également expliquer pourquoi cette espèce est un contaminant largement connu des cultures cellulaires. Des expériences de croissance ont montré que les milieux définis décrits pour d'autres espèces de mycoplasmes ne sont pas appropriés pour la croissance de mycoplasmes du tractues respiratoire de porcs, et que la peptone est essentielle pour le maintien de la viabilité des cellules à la fois de M. hyopneumoniae et de M. flocculare dans des milieux définis. Dans ce travail, nous proposons également de nouveaux média définis qui, in silico, sont extrêmement appropriés pour les mycoplasmes du porc. Les données de métabolomique suggèrent que même si ces espèces sont extrêmement similaires du point de vue de leurs génomes et des métabolismes, les produits et les taux de réaction diffèrent et la régulation des gènes peuvent interférer directement dans le métabolisme. Pour expliquer ces différences ainsi que d'autres décrits dans la littérature qui suggèrent que certains types de régulation de l'expression du gène existent en effet dans ces espèces, nous avons également essayé de recueillir des informations sur de nouvelles séquences promotrices. Ainsi, cette thèse servira de base pour l'étude du métabolisme différentiel et des pathologies causées par les mycoplasmes du tractus respiratoire du porc et pourra aider à proposer des façons de prévenir à l'avenir le développement des maladies associées


  • Résumé

    In this PhD thesis, we presented three main types of analyses of metabolism, and in most cases involving symbiosis: metabolic dialogue between a trypanosomatid and its symbiont, comparative analyses of metabolic networks and exploration of metabolomics data. The respiratory tract of swines is colonized by several pathogenic bacteria, among which are three mycoplasma species: Mycoplasma flocculare, Mycoplasma hyopneumoniae, and Mycoplasma hyorhinis. In this work, we created whole-genome metabolic network reconstructions for all sequenced strains from these three Mycoplasma species. Similar to other Mycoplasma models all reconstructed networks exhibit low connectivity due to the simplicity of the biological model. We were able to show that the three swine mycoplasma species have similar metabolic capabilities. Interesting metabolic differences include the myo-inositol catabolism and a more complete system for glycerol uptake in M. hyopneumoniae and a wide range of carbohydrate uptake in M. hyorhinis. Glycerol conversion to DHAP, a missing activity only in M. flocculare, produces toxic hydrogen peroxide and may explain the lack of pathogenicity of this species. The uptake of a wider range of carbon sources in M. hyorhinis may also explain why this species is a wide-known contaminant in cell cultures. Growth experiments showed that defined media described for other Mycoplasma species are not suitable for the growth of respiratory tract swine mycoplasmas and that peptone is essential for the maintenance of cell viability of both M. hyopneumoniae and M. flocculare in defined media. Metabolomic data suggests that even though these species are extremely similar from a genomic and metabolic point of views, the products and reaction rates differ and gene regulation may interfere directly in metabolism. This, in turn, may account for many aspects still unknown that influence directly different levels of pathogenicity in each of them


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