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Comme chez l’Homme, le glycogène est un sucre de réserve chez les bactéries

Les microorganismes sont confrontés à des conditions environnementales très changeantes, notamment pour la disponibilité en nutriments. Pour survivre, ils se doivent de faire des réserves et de les gérer au mieux. L’équipe BLADE du LISBP de Toulouse a démontré qu’à l’instar des êtres humains, la bactérie Escherichia coli est capable de stocker du glycogène pour répondre à ses besoins énergétiques en période de carence. Ces recherches ont montré le rôle central des régulations post-transcriptionnelles par le système CSR dans ce phénomène.

 

Dans la nature, la maîtrise des phases de transitions métaboliques, c’est-à-dire, le passage d’un substrat à un autre, est capital pour la survie des microorganismes. Dans les procédés biotechnologiques, l’utilisation de sources de carbone biosourcées (biomasse végétale, sous-produits de l’industrie) est un réel enjeu dans un contexte de développement durable. Or, ces sources de carbone à bas coût, souvent complexes, contiennent des mélanges de substrats qui induisent des phases lentes de transitions métaboliques. Ces phases de transition freinent l'utilisation des sources de carbone biosourcées dans l’industrie. Il est donc crucial de comprendre comment elles sont régulées. Parmi les régulateurs des phases de transition, le système CSR (Carbon Storage Regulatory system) est particulièrement original puisqu’il régule l’adaptation métabolique en contrôlant la stabilité des ARN messagers.

 

Au laboratoire, nous nous sommes intéressés au rôle du système CSR dans l’adaptation des microorganismes d’un substrat carboné à un autre. Nous avons ainsi caractérisé finement l’effet de ce système de régulation par une analyse in silico de répartition des flux de matière à partir de l’analyse dynamique des métabolites produits par la bactérie (Cinquemani et coll., 2017). Ces travaux ont permis d’isoler la phosphofructokinase comme la cible du système CSR ayant l’impact le plus marqué sur la croissance cellulaire de Escherichia coli et mis en évidence le fort contrôle du métabolisme du glycogène par le système CSR (Morin et coll., 2016). Le rôle de la régulation de la synthèse du glycogène par le système CSR a ensuite été étudié lors de phases de transition. Les résultats ont démontré pour la première fois que le glycogène joue un rôle de sucre de réserve chez E. coli, notamment par sa capacité à maintenir le niveau énergétique de la bactérie en l’absence de substrat métabolisé et favorise ainsi la reprise de croissance de la bactérie dans les transitions métaboliques. (Morin et coll., 2017).

 

En raison de son rôle de réserve d’énergie favorisant la reprise de croissance dans les phases de transition, le glycogène constitue une cible métabolique pertinente pour améliorer les capacités d’adaptation des bactéries. Moduler le métabolisme du glycogène apparait donc comme un levier original d’amélioration des performances des bactéries en biotechnologie. Ce projet a ouvert d’importantes perspectives sur l’analyse des cycles de vie des ARNs consommateurs d’énergie et de leur rôle dans l’adaptation bactérienne (ANR RIBECO AAP générique 2018).

 

Partenaires

Ce projet résulte d’une étroite collaboration entre l’équipe BLADE (BacteriaL Adaptation, Diversity and Engineering) du LISBP de Toulouse et l’équipe IBIS (Analysis and control of bacterial regulatory networks, D. Ropers) de l’Inria de Grenoble. Le projet a bénéficié d’un contrat doctoral INRA-Inria 2012-2015 et se poursuit aujourd’hui par un second contrat doctoral INRA-Inria portant sur l’étude de la coordination entre stabilité des ARN messagers et physiologie cellulaire chez E. coli.

 

Références

Morin M., Ropers D., Letisse F., Laguerre S., Portais JC., Cocaign-Bousquet M. and Enjalbert B. (2016) The post-transcriptional regulatory system CSR controls the balance of metabolic pools in upper glycolysis of Escherichia coli. Mol Microbiol. 100(4):686-700; doi: 10.1111/mmi.13343.

Cinquemani E., Laroute V., Cocaign-Bousquet M., de Jong H. and Ropers D. (2017) Estimation of time-varying growth, uptake and excretion rates from dynamic metabolomics data, Bioinformatics, doi.10.1093.

 Morin M., Ropers D, Cinquemani E., Portais JC., Enjalbert B. and Cocaign-Bousquet M. (2017)
The Csr  system regulates Escherichia coli fitness by controlling glycogen accumulation and energy levels. MBio. 8(5). pii: e01628-17. doi: 10.1128/mBio.01628-17.

 

Contacts

Muriel Cocaign-Bousquet

Directrice de Recherche INRA

muriel.cocaign-bousquet @ insa-toulouse.fr

 

Brice Enjalbert

Maitre de Conférence INSA

brice.enjalbert @ insa-toulouse.fr

 

Coloration aux vapeurs d’iode de colonies d’une souche sauvage (gauche) d’Escherichia coli et d’une souche défective dans le système CSR et accumulant du glycogène (droite). Les molécules d’iode se complexent avec le glycogène et donnent aux colonies bactériennes une couleur brun acajou aux colonies.