Etude fonctionnelle des systèmes pectinolytiques et xylanolytiques de Bacteroides xylanisolvens, espèce bactérienne majeure du côlon de l'homme Functional study of pectinolytic and xylanolytic systems of Bacteroides xylanisolvens, a prominent human gut symbiont Fr En

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Date

November 9, 2015

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Collection

Theses.fr

Organization

ABES


Keywords

Dégradation des pectines et xylanes Homme Côlon Bacteroides Loci génomiques CAZymes RNA-seq Protéomique Mutagénèse Pectin and xylan degradation Human Gut Bacteroides Polysaccharide-Utilization Locus CAZymes RNA-seq Proteomics Mutagenesis

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Jordane Despres, « Functional study of pectinolytic and xylanolytic systems of Bacteroides xylanisolvens, a prominent human gut symbiont », Theses.fr, ID : 10670/1.u88z3d


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Abstract Fr En

Chez l’homme, la dégradation des fibres alimentaires est une des fonctions principales du microbiote colique. Elles ont de nombreux effets bénéfiques en santé humaine et pourtant les mécanismes microbiens mis en jeu dans leur dégradation restent encore largement méconnus. L’objectif de cette thèse était d’approfondir les connaissances sur la dégradation des polysaccharides pariétaux (hémicelluloses et pectines) par une espèce bactérienne prédominante du côlon de l’homme, Bacteroides xylanisolvens. L’analyse du transcriptome de B. xylanisolvens XB1AT a révélé l’existence de six et deux loci génomiques respectivement dédiés à la dégradation des pectines et des xylanes. Ces loci ou PULs (« Polysaccharide Utilization Loci ») sont connus chez Bacteroides pour coder pour des systèmes enzymatiques spécifiques d’un polysaccharide en particulier. L’analyse des CAZymes (Carbohydrate-Active Enzymes) codées par les PULs « pectinolytiques » a permis de proposer une cible polysaccharidique (homogalacturonane, rhamnogalaturonane de type I et II, arabinane) à cinq des six PULs identifiés. Les deux PULs « xylanolytiques » cibleraient les xylanes de faible complexité. La mutation du gène susC-like dans le PUL 49 et du gène HTCS (Hybrid Two-Component System) dans le PUL 43 a démontré l’importance respective de ces deux loci dans la fonction pectinolytique et xylanolytique de la bactérie. Le mutant HTCS a aussi permis de montrer pour la première fois que deux PUL peuvent être liés au niveau transcriptionnel. En présence de xylane, les données de protéomique ont souligné la surproduction par la bactérie d’une endo-xylanase possédant deux CBMs (Carbohydrate-Binding Modules). Cette enzyme modulaire pourrait être considérée comme un marqueur fonctionnel de la xylanolyse dans l’écosystème microbien intestinal. En conclusion, B. xylanisolvens déploie une machinerie enzymatique qui reflète la complexité des polysaccharides pariétaux de plantes. La plasticité métabolique de B. xylanisolvens vis-à-vis des fibres alimentaires contribue certainement à sa survie et son maintien dans le côlon humain. Des études d’écologie fonctionnelle ciblant la communauté fibrolytique intestinale sont encore nécessaires afin de mieux décrypter l’impact des fibres alimentaires et en particuliers des polysaccharides pariétaux sur le métabolisme microbien intestinal et par conséquent sur la santé humaine.

Dietary fiber degradation is a key function of the human gut microbiota. They have many beneficial effects on human health and yet microbial mechanisms involved in their degradation remain largely unknown. The aim of this thesis was to increase our knowledge on the degradation of plant cell wall polysaccharides (hemicelluloses and pectins) by a prominent human gut bacterial species, Bacteroides xylanisolvens. The transcriptome analysis of B. xylanisolvens XB1AT revealed the existence of six and two genomic loci dedicated to the degradation of pectins and xylan, respectively. These loci or PUL ("Polysaccharide Utilization Loci") are known to encode enzyme systems in Bacteroides that are specific to a particular polysaccharide. Analysis of the CAZymes (Carbohydrate-Active Enzymes) encoded by the "Pectinolytic" PULs allowed us to propose a polysaccharide target (homogalacturonan, type I and type II rhamnogalaturonane, arabinan) to five of the six identified PULs. The two identified "xylanolytic" PULs would target low complexity xylan. Mutation of the susC-like gene of PUL 49 and of the HTCS gene (Hybrid Two-Component System) of PUL 43 showed the importance of these two loci in pectinolytic and xylanolytic functions of the bacterium, respectively. The HTCS mutant also revealed for the first time that two PULs can be linked at the transcriptional level. With xylan, proteomic data highlighted the overproduction by the bacterium of an endo-xylanase with two CBMs (Carbohydrate-Binding Modules). This modular enzyme could be considered as a functional marker of xylan breakdown in the intestinal microbial ecosystem. In conclusion, B. xylanisolvens harbors an enzymatic machinery that reflects the complexity of plant cell wall polysaccharides. The metabolic plasticity of B. xylanisolvens towards dietary fibers certainly contributes to its fitness in the human gut. Functional and ecological studies targeting the intestinal fibrolytic community are still necessary to better understand the impact of dietary fibers and in particular plant cell wall polysaccharides on the intestinal microbial metabolism and consequently on human health.

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