Adaptations de l'enveloppe cellulaire des archées halophiles permettant leur survie à l’échelle des temps géologiques

Adaptations de l'enveloppe cellulaire des archées halophiles permettant leur survie à l’échelle des temps géologiques

Direction : Arnaud Huguet, Séverine Zirah, Adrienne Kish

Les archées halophiles sont des procaryotes vivant dans des conditions d’extrême salinité, qui colonisent différents écosystèmes comme les lacs salés, les marais salants ou les sédiments marins. Elles peuvent également être isolées à partir de roches sédimentaires formée par évaporation de grands volumes d’eau à partir de lacs salins, comme l’halite (NaCl). Les mécanismes d’adaptation aux concentrations salines élevées de ces microorganismes reposent notamment sur la modulation des propriétés de leur enveloppe cellulaire, composée de la membrane lipidique (lipides de type diéther) et d'une couche de surface appelée couche S. La couche S est constituée d’un auto-assemblage régulier de protéines qui portent généralement des glycosylations, dont la nature peut varier en fonction de la concentration en sel dans le milieu. Les cristaux d’halite piègent des cellules viables sur des temps géologiques longs, sous forme sphérique qui suggère une élimination (« mue ») de la couche S. La composition de la membrane lipidique peut quant à elle également être modifiée, notamment par incorporation de glycérol.

Le sujet de thèse vise à examiner, à l’échelle moléculaire et cellulaire, l’influence de la concentration en sel sur les modifications de l'enveloppe cellulaire d’une archée halophile, Halobacterium salinarum, au cours du processus d’évaporation conduisant à des cristaux d’halite. Les objectifs du projet de thèse sont (1) d’examiner le lien entre glycosylation des protéines de couche S et les interactions microorganismes / minéraux, et (2) d’étudier les variations structurales des lipides membranaires après une « mue » de la couche S. Ce projet résolument interdisciplinaire fera appel à des méthodes de microbiologie, biochimie et chimie analytique (spectrométrie de masse moléculaire et isotopique) afin d’évaluer les adaptations moléculaires des enveloppes cellulaires des procaryotes en réponse aux changements environnementaux. Trois axes de recherché seront poursuivis afin d’atteindre les objectifs susmentionnés :

• Détermination du devenir du glycérol produit par les microalgues durant le piégeage des archées halophiles dans les cristaux d’halite

Le glycérol produit par les microalgues est connu pour être une source de carbone potentielle pour les archées halophiles. Nous déterminerons dans un premier temps si les cellules des haloarchées piégées dans les cristaux d’halite sont également capables d’incorporer du glycérol via des incubations en présence de glycérol marqué au 13C puis des analyses en en GC-irMS et NanoSIMS. Par la suite, afin de se rapprocher des conditions environnementales, les haloarchées seront cultivées conjointement avec des microalgues (Dunaliella salina) en présence de bicarbonate marqué au 13C (source de carbone utilisable uniquement par les microalgues pour la production du glycérol mais pas par les haloarchées).

• Analyses des variations de la glycosylation des protéines de couche S des haloarchées dans les cristaux d’halite

Les variations du nombre et de la nature des N-glycosylations des protéines de couche S en fonction de la salinité sont connues, mais leur influence sur la dissolution de la couche S observée pour les haloarchées présente dans les inclusions des cristaux d'halite reste inconnue. Des cultures d’haloarchées seront soumises à une évaporation à 37 °C. A différents temps d’incubation, un volume de culture sera prélevé pour les analyses glycoprotéomiques et lipidiques. La perte de la couche S des haloarchées après cristallisation sera évaluée en examinant la morphologie des cellules (sphères pour les cellules sans couche S) par microscopie en fluorescence. Les glyco-protéines seront dialysées contre de l'eau distillée pour réduire le teneur en sels de la solution, puis analysées par digestion enzymatique et chromatographie liquide – spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS). Après extraction aux solvants, les lipides membranaires des archées volcanii seront analysés par LC-MS.

• Analyses protéomiques des haloarchées présentes dans les cristaux d’halite

Les analyses protéomiques des haloarchées seront effectuées avant et après leur inclusion dans les cristaux d’halite, en présence ou non de microalgues. Elles se focaliseront sur les modifications (i) dans la production d’enzymes impliquées dans les voies de biosynthèse des protéines de couche S, (ii) de la biosynthèse de lipides, et (iii) du métabolisme global favorisant l’utilisation du glycérol par rapport au glucose comme source de C.