Développement, caractérisation et contrôle de communautés d'E. coli dans une plateforme expérimentale automatisée

Development, characterization and control of E.coli communities on an automated experimental platform

• Auteur / Autrice : Maaike Fonsine Sangster
• Direction : Johannes Geiselmann, Eugenio Cinquemani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire
• Date : Soutenance le 11/05/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Franz Brückert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Madalena Chaves
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabien Letisse, Steffen Klamt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cultures cellulaires

Bioréacteurs

Escherichia coli

Mots clés libres

Escherichia coli

Bioréacteur

Communautés microbienne

Acetate

Escherichia coli

Bioreactor

Microbial communities

Acetate

Résumé

L'étude des micro-organismes dans les communautés est importante pour la compréhension de leur métabolisme et de leur association avec les maladies humaines, mais aussi dans les biotechnologies, où les consortiums microbiens peuvent être utilisés pour augmenter la production de composés pertinents. Notre groupe a précédemment développé un modèle mathématique simple d'un consortium prometteur. Dans ce projet de doctorat, nous construisons ce consortium de deux souches d'E. coli, une souche spécialiste du glucose et une souche spécialiste de l'acétate, dans le but d'améliorer notre compréhension quantitative des conditions de coexistence et des compromis possibles. Pour étudier la croissance de ce consortium, nous utilisons une plateforme expérimentale automatisée que nous avons développée en interne et qui nous permet de varier et de mesurer les conditions de croissance de manière dynamique. Nous montrons que la croissance des souches individuelles peut être bien expliquée par le modèle mathématique existant. Cependant, nos résultats suggèrent également que le cycle de l'acétate devrait être modélisé plus en détail afin d'expliquer la croissance du consortium à de faibles taux de croissance où la coexistence se produit. Avec cette étude, nous fournissons un aperçu de la dynamique de la communauté et des propriétés émergentes d'un consortium microbien synthétique prototypique. Elle souligne l'importance d'étudier les co-cultures par opposition aux monocultures et permet de mieux comprendre le métabolisme de l'overflow chez E.coli.

The study of microorganisms in communities is important for the understanding of their metabolism and their association with human disease, but also for a range of biotechnological applications, since microbial consortia can be used to increase the production of relevant compounds. Our group previously developed a coarse-grained mathematical model of a promising consortium. In this PhD project, we construct this consortium of two E.coli strains, a glucose specialist strain and an acetate specialist strain, with the aim of improving our quantitative understanding of the conditions for co-existence and the possible accompanying trade-offs. To study the growth of this consortium, we use an automated experimental platform that we developed in-house, which allows us to vary and measure the growth conditions dynamically. We show that the growth of the individual strains can be explained well with the existing mathematical model. However, our results also suggest that acetate cycling should be modeled in more detail in order to explain the growth of the consortium at low growth rates where co-existence occurs. With this study, we provide insight into the community dynamics and emergent properties of a prototypical synthetic microbial consortium. It highlights the importance of studying co-cultures as opposed to mono-cultures and provides an improved understanding of overflow metabolism in E.coli.