Étude de la formation de la membrane externe chez les terrabactéries

L'enveloppe bactérienne est essentielle à de nombreuses fonctions cellulaires, comme le maintien de l'intégrité structurelle, la division cellulaire, la motilité, l'absorption des nutriments et la communication. Elle joue également un rôle crucial dans la pathogénicité bactérienne, faisant de son assemblage et de son maintien un domaine de recherche clé pour le développement de nouveaux antimicrobiens. Les enveloppes bactériennes présentent une dichotomie unique entre les structures monodermes (membrane unique) et didermes (double membrane). Traditionnellement, cette distinction correspond aux bactéries à Gram-positif (monodermes) et à Gram-négatif (didermes). On considérait initialement que les bactéries didermes avaient évolué à partir des monodermes par complexification progressive. Cependant, des études phylogénomiques récentes montrent que le dernier ancêtre commun bactérien (LBCA) était probablement déjà un diderme, et que la transition vers une structure monoderme s'est produite via des pertes indépendantes de la membrane externe (ME). Ces transitions ont principalement eu lieu chez les Terrabacteries, un sous-domaine regroupant des phylums comme les Cyanobactéries, Firmicutes et Actinobactéries. Les raisons de ces pertes d'ME chez les Terrabacteries restent floues, mais pourraient être liées à des mécanismes de biogenèse de la ME encore inconnus. Dans ma thèse, j'ai étudié la biogenèse de la ME sur deux modèles de Terrabacteries. Le premier est Veillonella parvula, une bactérie diderme du microbiome humain appartenant aux Firmicutes, mieux connus pour leurs modèles monodermes (Bacillus, Staphylococcus). J'ai caractérisé deux gènes (lap1 et lap2), associés aux didermes dans une analyses bioinformatique précédemment réalisée par le laboratoire, et montré leur rôle dans la biogenèse de la ME. J'ai montré que Lap1 et Lap2 sont localisés respectivement à la membrane cytoplasmique et à la ME. De manière surprenante, les mutations de Lap1-2 ont été compensées par des gènes de biosynthèse des lipides, y compris PlsA, une enzyme récemment découverte de synthèse d'étherlipides. Bien que je n'aie pas pu établir un lien direct entre plsA et la biogenèse de la ME, j'ai pu démontrer son rôle dans la résistance au stress oxydatif chez les bactéries. J'ai aussi développé un système CRISPR/Cas9 ciblant PlsA en profitant d'un test colorimétrique différentiel pour le WT et mutant de délétion plsA. De plus, j'ai identifié un nouveau transporteur putatif de glycérophospholipides et montré qu'il devenait essentiel en absence des protéines AsmA-like, suggérant un rôle dans le transport de ces lipides. J'ai également constaté que les Terrabacteria possédaient souvent une seule copie des protéines AsmA-like, tandis que les Gracilicutes en avaient plusieurs, suggérant l'existence d'autres transporteurs de glycérophospholipides. Le second modèle que j'ai étudié est Deinococcus radiodurans, une bactérie appartenant au phylum Deinococcota, dont l'enveloppe se distingue des modèles didermes classiques. J'ai retracé l'évolution du transporteur Lpt chez les Deinococcota, montrant qu'il s'est dupliqué avec un complexe prédit pour être impliqué dans le transport du lipopolysaccharide (LPS), et l'autre possédant un substrat encore inconnu. J'ai également montré que les Deinococcota ont perdu le LPS trois fois indépendamment. En étudiant les transporteurs Lpt chez D. radiodurans, j'ai découvert que le complexe impliqué autrefois dans le transport des LPS n'était pas important pour cette bactérie, tandis que la suppression du second complexe entraînait des défauts sévères. J'ai proposé que ce dernier soit impliqué dans l'exportation des lipoprotéines, basé sur des analyses de mutations compensatoires, la cryo-EM et la spectrométrie de masse.