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La résistance au froid chez les microorganismes Biotopes froids majoritaires sur terre : Biotopes froids majoritaires sur terre : - mers & océans ont une.

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1 La résistance au froid chez les microorganismes Biotopes froids majoritaires sur terre : Biotopes froids majoritaires sur terre : - mers & océans ont une température moyenne de 5°C - ¾ de la planète < 15 °C Limite absolue à la vie : présence deau liquide nécessaire Limite absolue à la vie : présence deau liquide nécessaire

2 Psychrophile, psychrotolérant ? Psychrophile : Psychrophile : - optimum 15°c - maximum < 20°c - minimum 0°c ex. : Bacillus psychrophilus ex. : Bacillus psychrophilus Psychrotolérant (Morita 1975) : Psychrotolérant (Morita 1975) : - 20°c < optimum < 40°c - minimum 0°c - minimum 0°c ex. : Listeria monocytogenes ex. : Listeria monocytogenes

3 Le froid : un stress physiologique Formation de cristaux de glace dans le milieu intra-cellulaire besoin de produire des « molécules antigel » (ex. : carbohydrates) Formation de cristaux de glace dans le milieu intra-cellulaire besoin de produire des « molécules antigel » (ex. : carbohydrates) Stress oxydatif décuplé (loxygène se dissout mieux) Stress oxydatif décuplé (loxygène se dissout mieux) Rigidification des membranes lipidiques diminution de lactivité des protéines associées Rigidification des membranes lipidiques diminution de lactivité des protéines associées Diminution de la cinétique enzymatique (conformation différente des protéines) Diminution de la cinétique enzymatique (conformation différente des protéines) Formation de structures 2D de lADN Formation de structures 2D de lADN

4 Adaptation homéovisqueuse de la membrane () Adaptation homéovisqueuse de la membrane (Sinensky 1974) Perte de fluidité de la membrane avec le froid (membranes cireuses & non fonctionnelles) Perte de fluidité de la membrane avec le froid (membranes cireuses & non fonctionnelles) Proportion dacides gras à faible point de fusion : Proportion plus importante dacides gras à faible point de fusion : - espèce-spécifiques - contraintes stériques (change lordre & réduit le nombre dinteractions dans la membrane)

5 Insaturation des chaînes acyl Altération la plus observée Altération la plus observée Bactéries (dont un groupe de Cyanobactéries) : baisse de la synthèse des polyinsaturés Bactéries (dont un groupe de Cyanobactéries) : baisse de la synthèse des polyinsaturés Eucaryotes & autres cyanobactéries (contiennent des polyinsaturés) : modifications des rapports saturés/insaturés ou de la proportion de polyinsaturés Eucaryotes & autres cyanobactéries (contiennent des polyinsaturés) : modifications des rapports saturés/insaturés ou de la proportion de polyinsaturés

6 Désaturation en anaérobie : durant la synthèse chez E. coli (Cronan & Rock 1996) en aérobie : modification des acides gras préexistants chez des bacilli (de Mendoza et al. 1993; Los & Murata 1998)

7 La désaturase Peut modifier rapidement de grandes proportions de la membrane après une chute de la température Peut modifier rapidement de grandes proportions de la membrane après une chute de la température Faible coût énergétique Faible coût énergétique Mécanisme presque universel (car substrat = chaîne acyl des lipides) Mécanisme presque universel (car substrat = chaîne acyl des lipides) Cyanobactérie cryo-sensible Anacystis nidulans Cyanobactérie cryo-sensible Anacystis nidulans tolérance au froid en augmentant la synthèse des acides gras insaturés par introduction du gène de la D12 désaturase tolérance au froid en augmentant la synthèse des acides gras insaturés par introduction du gène de la D12 désaturase

8 Autres modifications des chaînes acyl Raccourcissement & branchement de méthyles : synthèse de novo (Suutari & Laakso 1994)

9 Branchements anti-iso Les bacilles Gram+ contiennent une forte proportion dacides gras branchés iso- & anti-iso : Précurseurs : valine, leucine & isoleucine résultant en des acides gras à chaînes paires ou impaires isobranchées & à chaînes impaires iso-branchées (Bishop et al. 1967; Kaneda 1991). couplage étroit du métabolisme des acides aminés & de la biosynthèse des acides gras.

10 Branchements anti-iso a-C 15:0 prédominant chez une Gram + & une Gram - de lAntarctique (Chattopadhyay & Jagannadham 2001) a-C 15:0 prédominant chez une Gram + & une Gram - de lAntarctique (Chattopadhyay & Jagannadham 2001) a-C 15:0 prédominant chez 2 souches de L. monocytogenes en culture à 5°C a-C 15:0 prédominant chez 2 souches de L. monocytogenes en culture à 5°C synthèse augmentée par glycine betaine (Annous & al. 1997) rôle cryoprotecteur synthèse augmentée par glycine betaine (Annous & al. 1997) rôle cryoprotecteur

11 B. subtilis Seule bactérie non photosynthétique avec Des Après un choc froid, synthèse de novo massive dacides gras C-15 & C-17 branchés anti-iso saturés pour une adaptation à long terme (Klein et al. 1999) En labsence disoleucine (précurseur), production dacides gras insaturés même à 37°c (Weber et al. 2001a) régulation encore mal comprise

12 Pseudoalteromonas haloplanktis Bactérie de lAntarctique Bactérie de lAntarctique Au lieu de développer des voies métaboliques délimination des produits toxiques issus de loxygène, elle optimise les mécanismes utilisant directement loxygène comme source dénergie Au lieu de développer des voies métaboliques délimination des produits toxiques issus de loxygène, elle optimise les mécanismes utilisant directement loxygène comme source dénergie Pour garder une bonne fluidité de sa membrane, elle modifie sa composition lipidique grâce à une enzyme particulière utilisant loxygène Pour garder une bonne fluidité de sa membrane, elle modifie sa composition lipidique grâce à une enzyme particulière utilisant loxygène

13 Les cold-shock protéines 2 types: Classe 1 : Niveau faible à température optimale et forte augmentation lors dun stress au froid Classe 2 : Protéines présentes à T Optimale et légère augmentation lors dun choc CspA, CspB, CspG, CsdA, RbfA, NusA et PNP famille 1 CspA, CspB et CspG sont des chaperonnes CsdA est une protéines associée aux ribosomes RbfA est une protéine qui aide à la formation des ribosomes NusA est une terminase PNP est une ribonucléase RecA, IF-2, H-NS, GyrA famille 2 RecA est un facteur de recombinaison IF-2 est un facteur de transcription H-NS est une protéine associée à lADN GyrA est une sous unité de topoisomérase

14 Synthèse de protéines suite à un choc froid Synthèse de protéines Phase dacclimatation : Réduction des protéines non adaptées et augmentation des protéines cold- shock

15 Les cold-shock protéines : exemple de CspA chez Escherichia coli A température optimale: A température optimale: Niveau constitutif Niveau constitutif Rétrocontrôle négatif Rétrocontrôle négatif Dégradation de lARNm (1/2 vie de 12 secondes) Dégradation de lARNm (1/2 vie de 12 secondes) Rôle de la « cold box » Rôle de la « cold box »

16 Les cold-shock protéines : exemple de CspA chez Escherichia coli Lors dun choc froid: Lors dun choc froid: Transcription de lADN mais rétrocontrôle négatif Transcription de lADN mais rétrocontrôle négatif La production de 5-UTR augmente la transcription La production de 5-UTR augmente la transcription Augmentation de la stabilité de lARNm de CspA (1/2 vie de 20 minutes) Augmentation de la stabilité de lARNm de CspA (1/2 vie de 20 minutes)

17 Les cold-shock protéines : exemple de CspA chez Escherichia coli 5-UTRCspATATATA A température optimale : répression A basse température : Synthèse CspA Synthèse protéique Rétrocontrôle négatif a température optimale et positif à basse température Augmente la synthèse ? Prom Ipp

18 Les cold-shock protéines : exemple chez Escherichia coli LARNm de CspA ne nécessite pas de ribosomes adaptés au froid pour être traduit (boite DB) Hausse de la quantité de CspA dans la bactérie Hausse de la quantité de CspA dans la bactérie

19 Rôle de CspA dans la transcription Facteur de transcription : Facteur de transcription : CspA reconnaît le promoteur de gène h-ns CspA reconnaît le promoteur de gène h-ns Action sur le gène gyrA Action sur le gène gyrA Protéines chaperonnes : Protéines chaperonnes : Action sur lADN Action sur lADN

20 Rôle de CspA dans la transcription Modulation Début du choc : CspA se fixe sur les régions les plus affines de lADN Hausse de la transcription Hausse de la quantité de CspA Fin du choc : Fixation de CspA sur des régions moins affines de lADN Inaccessibilité de lADN par lARN poly Baisse de la transcription

21 Rôle de CspA dans la traduction Niveau de CspA faible ou moyen : Niveau de CspA faible ou moyen : Hausse de la traduction par fixation sur lARNm Hausse de la traduction par fixation sur lARNm Niveau de CspA fort : Niveau de CspA fort : Baisse de la traduction (trop de CspA sur lARNm) Baisse de la traduction (trop de CspA sur lARNm) Arrêt de la traduction Arrêt de la traduction

22 Bilan Début du choc : Début du choc : Production de CspA Production de CspA Hausse de la transcription et de la traduction Hausse de la transcription et de la traduction Fin du choc : Fin du choc : Trop de CspA Trop de CspA Arrêt de la transcription et de la traduction Arrêt de la transcription et de la traduction

23 Conclusion Les changements de lipides de la membrane permettent de maintenir sa fluidité & donc sa fonctionnalité Les changements de lipides de la membrane permettent de maintenir sa fluidité & donc sa fonctionnalité Importance des cold-shocks Importance des cold-shocks


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