Soutenance de thèse de Clara KAMPIK

La bactérie anaérobie et mésophile Ruminiclostridium cellulolyticum est capable de se développer sur cellulose et d’autres polysaccharides majeurs des parois végétales, comme le xyloglucane. Le xyloglucane est composé de longues chaînes de résidus glycosyl qui sont partiellement substitués par le xylose et le galactose. R. cellulolyticum dégrade extracellulairement le xyloglucane en dextrines de xyloglucane avec un squelette de quatre résidus glycosyl, qui sont ensuite importées par un transporteur ABC dédié. Dans le cytosol, les dextrines importées sont à leur tour hydrolysées en mono- et disaccharides fermentescibles. J’ai montré que le système à deux composants constitué du régulateur de réponse XygR et de son histidine kinase correspondante XygS est essentiel pour la croissance de R. cellulolyticum sur xyloglucane. XygR sert d’activateur transcriptionnel de deux unités transcriptionnelles codant le transporteur ABC ainsi que le système à deux composants lui-même et les trois enzymes responsables de la dépolymérisation intracellulaire des dextrines de xyloglucane. Il régule aussi positivement la transcription d'un gène distant codant la xyloglucanase extracellulaire la plus active chez R. cellulolyticum. Dans la deuxième partie de ce travail, j’ai étudié comment la bactérie gère la libération intracellulaire simultanée de glucose, xylose, galactose et cellobiose. La caractérisation d’enzymes clés des voies métaboliques concernées a mis en évidence que les quatre sucres simples sont catabolisés simultanément, mais que le glucose et le cellobiose sont consommés plus rapidement que le galactose et le xylose. J'ai également démontré que les activités des enzymes responsables de la dépolymérisation intracellulaire des dextrines de xyloglucane sont strictement contrôlées par les concentrations de ces sucres cytosoliques. La dégradation du xyloglucane chez R. cellulolyticum s’accompagne d’un catabolisme complexe, économe en énergie, et empêchant efficacement un flux de carbone trop important.

The anaerobic, mesophilic bacterium Ruminiclostridium cellulolyticum is able to grow on cellulose and other major plant cell wall polysaccharides such as xyloglucan. Xyloglucan is composed of long chains of glucosyl residues which are partially substituted by xylose and galactose. R. cellulolyticum extracellularly degrades xyloglucan into four-glucosyl-backbone xyloglucan dextrins, which are imported as a whole by a dedicated ABC transporter. In the cytosol, the imported dextrins are further hydrolysed to fermentable mono- and disaccharides. I showed that the two-component system composed of the response regulator XygR and its cognate histidine kinase XygS is essential for the growth of R. cellulolyticum on xyloglucan. XygR acts as a transcriptional activator of two transcriptional units encoding the ABC transporter and the two-component system itself together with the three enzymes responsible for the intracellular depolymerisation of xyloglucan dextrins. It also positively regulates the transcription of a distant gene coding for the most active extracellular xyloglucanase of R. cellulolyticum. In the second part of my work I explored how the bacterium handles the simultaneous intracellular release of glucose, xylose, galactose and cellobiose. The characterisation of key enzymes in the involved metabolic pathways provided evidence that the four simple sugars are simultaneously catabolised but that glucose and cellobiose are more rapidly consumed than galactose and xylose. I further demonstrated that the activities of the enzymes responsible for the intracellular depolymerisation of xyloglucan dextrins are strictly controlled by cytosolic sugar concentrations. Xyloglucan degradation in R. cellulolyticum is accompanied by a complex, energy-saving catabolism geared towards the efficient prevention of carbon overflow.