UNITÉ de PHYSIOLOGIE MICROBIENNE

Responsable
TANDEAU de MARSAC Nicole

e-mail : ntmarsac@pasteur.fr


CNRS URA D1129

Département de Biochimie et Génétique Moléculaire
Institut Pasteur
25/28 Rue du Dr. Roux
75724 PARIS Cedex 15

Tél
01 4568 8415
Fax
01 4061 3042

Secrétariat

LEFEBVRE Jacqueline, IP

Chercheurs permanents

HERDMAN Michaël, CNRS
HOUMARD Jean, CNRS
RIPPKA-HERDMAN Rosmarie, IP

Stagiaires de recherche

ALBOUY Delphine, Post-doc
GOMEZ OCHOA de ALDA Jesus, Post-doc
ITEMAN Isabelle, Post-doc
LEE Hyun-mi, Thèse
LUQUE Ignacio, Post-doc
MHIRI Corinne, Post-doc
NOUBIR Saana, Thèse

Ingénieurs Techniciens Administratifs

CASTETS Anne-Marie, CNRS
COURSIN Thérèse, IP
LAURENT Thierry, IP

Apparues il y a environ 3,5 milliards d'années, les cyanobactéries représentent un groupe bactérien majeur tant par leur diversité morphologique et physiologique que par le rôle qu'elles ont joué en créant une atmosphère aérobie sur notre planète et jouent, encore de nos jours, dans l'équilibre des proportions entre le CO2 et l'oxygène. En effet, ces organismes procaryotes partagent avec les plantes la capacité d'effectuer la photosynthèse en utilisant la lumière et l'eau pour la réduction du CO2, processus qui s'accompagne d'un dégagement d'oxygène. Possédant un très grand potentiel d'adaptation à des environnements, même extrêmes, elles colonisent la plupart des écosystèmes aquatiques et terrestres. Les travaux de recherche réalisés dans l'Unité de Physiologie Microbienne sont organisés autour de deux axes principaux: i) les mécanismes moléculaires de l'adaptation des cyanobactéries à l'environnement ; ii) la collection de souches de cyanobactéries (Pasteur Culture Collection ou PCC). La majorité de nos travaux sur l'adaptation à l'environnement sont effectués avec une souche unicellulaire non fixatrice d'azote Synechococcus PCC 7942 et avec des souches du genre Calothrix, cyanobactéries filamenteuses qui présentent des capacités d'adaptation remarquables : i) survie et dispersion de l'espèce dans son habitat naturel, grâce à la différenciation des filaments végétatifs en hormogonies ; ii) fixation de l'azote moléculaire grâce à la différenciation de cellules spécialisées, les hétérocystes ; iii) adaptation pigmentaire en fonction de la lumière incidente (intensité et qualité spectrale) et des nutriments.



PII coordonne les métabolismes de l'azote et du carbone chez Synechococcus PCC 7942 et Synechocystis PCC 6803.

(N. Tandeau de Marsac)

La protéine PII des cyanobactéries diffère de celle des entérobactéries par son type de modification post-traductionnelle (phosphorylation au lieu d'une uridylylation) et par les conditions qui conduisent à sa modification, l'a-cétoglutarate jouant un rôle majeur dans ce processus. Nous avons montré que PII sous sa forme non phosphorylée bloque l'entrée des ions nitrate/nitrite, fonction nouvelle pour cette protéine dans le monde bactérien. En revanche, PII ne joue aucun rôle dans l'entrée des ions ammonium (collaboration avec E. Flores et A. Herrero, Espagne). Il existe donc des systèmes de contrôle indépendants pour ces deux sources d'azote. PII intervient également dans le contrôle du transport des substrats carbonés (CO2 et/ou HCO3-) et dans celui de l'activité énergétique de la cellule (collaboration avec le groupe de F. Joset, Marseille).

Éléments de régulation impliqués dans la synthèse des pigments chez Calothrix PCC 7601

(J. Houmard)

L'adaptation chromatique complémentaire fait intervenir des régulations à la fois transcriptionnelles et post-transcriptionnelles de la synthèse des protéines qui constituent les antennes photocollectrices (phycocyanine-2, PC2, synthétisée sous lumière rouge, et phycoérythrine, PE, sous lumière verte). Les régulations transcriptionnelles impliquent au moins trois protéines affines de l'ADN, RcaA, RcaB et RcaD. La spécificité de RcaA et de RcaD pour les promoteurs des gènes codant PE et PC2, respectivement, dépend de leur état de phosphorylation. Le gène rcaA spécifie une glutamyl-ARNt synthétase. Cette enzyme connue pour son rôle dans la traduction des protéines et la biosynthèse des chromophores a donc une fonction supplémentaire dans la transcription des gènes qui codent la PE. Le rôle de RcaA dans la régulation de la synthèse de PE est à l'étude. La protéine RcaD a été purifiée et le gène correspondant a été cloné et séquencé. Son identification est en cours.

L'AMP cyclique, messager secondaire chez Calothrix PCC 7601

(J. Houmard)

Le gène cyaC spécifie une adénylate cyclase de classe III, dite universelle, dont la structure est unique, puisqu'elle comprend différents modules (transmetteurs et récepteur de signaux, histidine kinase et domaine catalytique de l'adénylate cyclase). Les différents modules sont en cours de clonage chez E. coli pour surproduire les protéines correspondantes, afin de produire des anticorps spécifiques, outil nécessaire à l'étude du rôle de l'AMP cyclique dans la voie de transmission des signaux qui conduit à la différenciation des hormogonies, processus au cours duquel une accumulation d'AMP cyclique a été observée.

Synthèse et structure des vésicules à gaz, flotteurs intracellulaires responsables de la formation des fleurs d'eau

(N. Tandeau de Marsac)

Un ensemble de gènes impliqués dans la synthèse des vésicules à gaz (GV), gvpA, orf1, gvpN et gvpJ, a été caractérisé chez Pseudanabaena PCC 6901. GvpA, et peut être GvpJ, sont des protéines de structure, GvpN pourrait avoir un rôle dans la régulation de la synthèse des GV. orf1 est un gène dont la présence n'a été détectée que chez quelques cyanobactéries appartenant au genre Pseudanabaena. Son produit présente plus de similitudes (taille et propriétés structurales) avec la protéine GvpC d'archéobactéries qu'avec celle de cyanobactéries. Chez la cyanobactérie Anabaena flos-aquae, GvpC renforce la structure des GV, tandis que chez les archéobactéries son rôle est inconnu.

Les cyanochromes, photorécepteurs des cyanobactéries

(N. Tandeau de Marsac)

Une étude phylogénétique nous a permis de montrer que les cyanochromes des cyanobactéries sont les ancêtres des phytochromes des plantes. Deux gènes spécifiants des cyanochromes chez Calothrix PCC 7601 ont été caractérisés. La séquence en acides aminés déduite de l'un de ces gènes possède, comme attendu, un résidu cystéinyl259 site de fixation du chromophore, alors que l'autre possède un résidu leucyl à cette même position. Chaque gène est suivi d'une phase ouverte de lecture correspondant à un régulateur impliqué dans une étape précoce de la transmission du signal lumineux. Des collaborations ont été établies avec W. Gartner (Allemagne) pour déterminer les propriétés biochimiques et spectroscopiques de ces cyanochromes et avec P. Jordan (G.B.) pour leur cristallographie.

Les cyanobactéries de la PCC, centre de référence

(R. Rippka)

La PCC (Pasteur Culture Collection), avec plus de 650 souches pures, est la plus importante au monde. Elle comprend quelques souches de cyanobactéries atypiques qui synthétisent de la chlorophylle b, comme les plantes. L'Unité assure le maintien des souches qui sont mises à la disposition des laboratoires de recherche et des industriels dans le monde entier.

Valorisation de la PCC (projet BASIC "Biodiversity: Applied and Systematic Investigations of Cyanobacteria" , programme européen "Biotechnology", 1996-99)

(M. Herdman)

Les objectifs du réseau européen établi avec neuf autres laboratoires sont de : i) mieux définir la taxonomie des cyanobactéries, en combinant des approches physiologique, biochimique et de biologie moléculaire ; ii) identifier des composés bioactifs et/ou d'intérêt biotechnologique et d'étudier leur distribution chez les cyanobactéries ; iii) examiner la diversité des espèces dans leur milieu naturel en utilisant des sondes spécifiques des gènes codant les ARN ribosomaux 16S. Notre Unité fournit les souches axéniques et éventuellement de la biomasse à chaque équipe du consortium. Une documentation photographique portant sur la morphologie, ainsi qu'une caractérisation des propriétés physiologiques et génétiques des souches est en cours. Prochlorococcus PCC 9511 s'est révélé particulièrement intéressante, puisqu'elle possède le plus petit génome (2 Mpb) et le plus faible contenu en G+C (32 mol %) parmi les cyanobactéries examinées jusqu'à ce jour.

Base de données des propriétés des cyanobactéries de la PCC

(M. Herdman)

Deux versions sont disponibles comme remplacement ou complément du catalogue : une version complète (logiciel Microsoft Access sous Windows 95) et une version "runtime" (logiciel de lecture Microsoft). Cette base de données est également accessible sur le Web, via le serveur de l'Institut Pasteur.

Risques de pollution de l'environnement par des souches de cyanobactéries hépatotoxiques ou neurotoxiques

(R. Rippka)

En collaboration avec L. Via -Ordorika (équipe de S. Puiseux-Dao et A. Couté, Muséum d'Histoire Naturelle, Paris) en stage dans l'Unité, nous avons caractérisé les propriétés physiologiques et génétiques de cyanobactéries potentiellement toxiques isolées de divers sites de la région parisienne (Marne, Seine, Oise). Ces souches avaient été préalablement purifiées et identifiées au sein de l'Unité.

Détermination de la capacité de dégradation des polychlorobiphényles par les cyanobactéries (Contrat R & D, Institut Pasteur/Schneider-Electric/E.D.F.)

(N. Tandeau de Marsac)

La technique de caractérisation et de quantification par chromatographie en phase gazeuse (couplée ou non à la spectrométrie de masse) de mélanges de polychlorobiphényles a été mise au point en collaboration avec E. Mercier (Schneider-Electric) et C. Pham Van Cang (E.D.F.). Les tests de dégradation par les cyanobactéries sont en cours. Des gènes susceptibles d'avoir un rôle dans la dégradation des polychlorobiphényles ont été repérés par hybridation hétérologue chez quelques cyanobactéries.



Having appeared about 3.5 billion years ago, the cyanobacteria constitute a major bacterial group by the diversity of their morphological and physiological properties and by the role they played in the creation of an aerobic atmosphere and still play, nowadays, in the CO2 and O2 balance on our planet. These prokaryotic micro-organisms share with plants the capacity to perform oxygenic photosynthesis by using light and water for the reduction of CO2. Endowed with capacities of acclimation to a wide range of environmental conditions, including extreme ones, they colonize most aquatic and terrestrial ecosystems. Research work in the Unité de Physiologie Microbienne is focussed on two main aspects: i) the molecular mechanisms controlling the acclimation of cyanobacteria to their environment; ii) the collection of cyanobacterial strains (Pasteur Culture Collection, PCC). Most research work on the acclimation to the environment is performed with the unicellular strain Synechococcus PCC 7942 that does not fix molecular nitrogen and with filamentous strains belonging to the genus Calothrix. The latter ones display remarkable capacities of acclimation: i) survival and dispersal of the species in its natural habitat by differentiating vegetative filaments into hormogonia; ii) fixation of molecular nitrogen by differentiating specialized cell types, the heterocysts; iii) pigment acclimation in response to the incident light (intensity and spectral quality) and to nutrient availability.


Sites d'intérêt

http://www.pasteur.fr/Bio/PCC/