Soutenance de thèse de Aurélie FOSSES

Ruminiclostridium cellulolyticum est une bactérie mésophile, anaérobie stricte et cellulolytique. Elle sécrète des enzymes qui vont s’assembler sous la forme de complexes multienzymatiques (cellulosomes) très performants dans la dégradation des polysaccharides de la paroi végétale notamment la cellulose. Si son système de dégradation a fait l’objet de nombreuses études, on ne sait pas comment la bactérie parvient à importer les sucres issus de la dégradation de la cellulose. Mon projet a porté sur l’étude d’un transporteur de cellodextrines codé par le cluster cua (pour cellulose utilization associated ABC transporters). J’ai démontré que ce cluster de gènes était organisé en deux opérons. L’un codant un système de signalisation, l’autre codant un système de transport ABC et une cellobiose phosphorylase, enzyme qui clive le cellobiose en glucose et glucose-1-phosphate sans utiliser d’ATP. Une approche par mutagénèse ciblée dans cette bactérie a montré que ce cluster est essentiel pour la croissance de la bactérie sur cellobiose et cellulose. Enfin, j’ai pu mettre en évidence que l’import des produits de dégradation était régulé par un système à 3 composants grâce des approches in vitro et in vivo. L’ensemble des données obtenues au cours de cette étude m’ont permis de proposer un modèle de fonctionnement de ce système. Dans un premier temps, la cellulose est dégradée en cellodextrines et notamment en cellobiose. Ce dernier active ensuite le système à 3 composants conduisant à l’expression des gènes codant le transporteur ABC et la cellobiose phosphorylase. Les produits de dégradation de la cellulose sont alors importés dans le cytoplasme puis clivés par phosphorolyse avant d’entrer dans la voie de la glycolyse. D’autres enzymes comme des cellodextrines phosphorylases pourraient aussi être mises en jeu dans la dégradation des longues cellodextrines.

Ruminiclostridium cellulolyticum is a mesophilic and strictly anaerobic bacterium. It produces multienzymatic complexes called cellulosomes which efficiently degrade the plant cell wall polysaccharides. Cellulolytic enzymatic system produced by the bacteria to degrade cellulosic chains has been extensively studied, but little is known about the uptake of the degradation product of cellulose. My Ph. D. aimed to study a putative ABC transporter dedicated to import cellobiose encoded by the cua cluster. Thanks to targeted mutagenesis tool, I have demonstraed that this ABC transporter is indeed involved in the import of cellobiose and longer cellodextrins. I also showed thanks to activities measurements that cellobiose and cellodextrins phosphorylases displayed phosphorolytic activity on cellobiose and longer cellodextrins respectively. Finaly, I have demonstrated that the uptake of degradation products was regulated by a three component system thanks to in vitro and in vivo approaches. This work allowed me to study the cellobiose catabolism in R. cellulolyticum in details and to propose a model. First, cellulose is degraded in cellodextrins like cellobiose. The latter activates the three component system which subsequently induces the expression of the genes encoding the ABC transporter and the cellobiose phosphorylase. The degradation products are imported by the the ABC transporter in the cytoplasm where they are cleaved par phsophorolysis by cellobiose and cellodextrins phosphorylases.