Biological role and structure/function characterization of enzymes related to halogen metabolism during alga-bacteria interactions : studies in the marine model bacterium, Zobellia galactanivorans
Rôle biologique et structure/fonction des enzymes du métabolisme halogéné dans les interactions algues-bactéries : études chez la bactérie modèle Zobellia galactanivorans
Résumé
In the marine environment, numerous organisms participate in the biogeochemical cycle of halogens by emitting halogenated volatile organic compounds. However, the enzymatic mechanisms involved in the biosynthesis, uptake and storage of those particular compounds are often poorly known, especially in marine bacteria. The annotation of the genome of Zobellia galactanivorans, a marine flavobacterium living on the surface of macroalgae, allowed to identify several genes potentially involved in this halogen-related metabolism. During this PhD project, I have performed biochemical and structural analyses, and developed functional approaches on genes, coding for vanadium-dependent iodoperoxidases (VIPO) and for a haloacid dehalogenase (HAD). I have determined the specific substrates of the ZgHAD enzyme and analyzed its enzymatic stability, and steady-state parameters. The gene knockout approach revealed that the expression of had gene could provide a selective advantage to this bacterium in the presence of BAA and IAA, haloacids potentially toxic and present in the marine environment. I have also solved the 3D structure of ZgHAD. Through biochemical analyses, I have characterized the third VIPO, specific to iodide oxidation, in Z. galactanivorans (Zg-VIPO3). Thanks to the obtention of a zg-vipo1 gene knockout mutant, I have shown the direct involvement of this gene in iodine uptake in the bacteria, localized by immunolabelling the VIPO activities in membrane fractions and identified, through LC-MS/MS analyses, another potential actor, a membrane OmpA-like protein. The results of this work provide a better understanding of the biological roles of these enzymes and allow to propose a hypothetical model of the halogen metabolism of Z. galactanivorans, in a context of the interactions of this marine bacterium with its environment.
Dans l’environnement marin, de nombreux organismes participent au cycle biogéochimique des halogènes en émettant des composés organiques volatils halogénés. Cependant les mécanismes enzymatiques responsables de la biosynthèse, de la captation et du stockage de ces métabolites particuliers sont souvent mal connus, notamment chez les bactéries marines. L’annotation du génome de Zobellia galactanivorans, une flavobactérie marine vivant à la surface des macroalgues, a permis d’identifier plusieurs gènes potentiellement impliqués dans ce métabolisme halogéné. Au cours de cette thèse, j’ai entrepris des analyses de biochimie et de biologie structurale, et développé des approches fonctionnelles à partir des gènes codant pour des iodoperoxydases à vanadium (VIPO), et pour une haloacide déhalogénase (HAD). J’ai déterminé les substrats préférentiels de l’enzyme ZgHAD et analysé sa stabilité enzymatique et ses paramètres cinétiques. J’ai également résolu la structure 3D de ZgHAD. La délétion du gène had chez un mutant a révélé que ce gène confèrerait un avantage sélectif à la bactérie en présence de BAA et IAA, des haloacides potentiellement toxiques et présent dans l’environnement marin. Par des analyses biochimiques, j’ai aussi caractérisé la troisième VIPO, spécifique à l’oxydation de l’iodure chez Z. galactanivorans (Zg-VIPO3). Grâce à la production d’un mutant knock-out pour zg-vipo1, j’ai montré l’implication directe de ce gène dans la captation d’iode par la bactérie, localisé par immunomarquage les activités VIPO dans des fractions membranaires et identifié, via des analyses LC-MS/MS, un autre acteur potentiel, une protéine membranaire, homologue de OmpA. Les résultats de ces travaux apportent une meilleure compréhension des rôles biologiques de ces enzymes et ont permis de proposer un modèle hypothétique du métabolisme halogéné de Z. galactanivorans, dans le contexte des interactions de cette bactérie marine avec son environnement.
Origine : Version validée par le jury (STAR)