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Étude de la voie de dénitrification de la souche bactérienne Methylophaga nitratireducenticrescens JAM1 provenant d’un système de dénitrification d’eau de mer

Mauffrey, Florian (2016). Étude de la voie de dénitrification de la souche bactérienne Methylophaga nitratireducenticrescens JAM1 provenant d’un système de dénitrification d’eau de mer Thèse. Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Doctorat en biologie, 149 p.

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Résumé

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Methylophaga nitratireducenticrescens JAM1 est la bactérie dominante d’un biofilm dénitrifiant nourri au méthanol. Il s’agit d’une méthylotrophe utilisant le méthanol comme unique source de carbone et d’énergie et capable de réduire le nitrate afin de croître en conditions anaérobies. Par contre, elle n’est pas capable de réduire le nitrite en oxyde nitrique, mais possède les éléments génétiques pour réaliser le reste de la dénitrification. Du fait de son abondance dans le biofilm dénitrifiant, elle jouerait un grand rôle dans le processus global de dénitrification du biofilm. Elle possède deux nitrate réductases très similaires lui permettant de réduire le nitrate, trait que l’on ne retrouve que chez quelques rares espèces bactériennes. Ces deux enzymes (Nar1 et Nar2) semblent, de plus, avoir une origine différente, ce qui suggère que leurs rôles pourraient être différents dans la cellule. La création de mutants knockout des gènes narG1 et narG2 a permis de mettre en évidence une plus grande efficacité de Nar1 dans la réduction du nitrate et le maintien de la croissance. Nar2 semble moins efficace pour la croissance de la bactérie, procurant à cette dernière une affinité plus basse pour le nitrate et une plus faible vitesse de croissance. Néanmoins, Nar2 semble réguler de manière inconnue la transcription de nar[1] et trouve donc son utilité chez JAM1.

Le génome de la souche JAM1 prédit la présence de deux oxyde nitrique réductases (Nor1 et Nor2) et une oxyde nitreux réductase (Nos), suggérant la réduction du NO et de N2O. Des essais en cultures axéniques ont effectivement montré la capacité de la souche JAM1 de réduire le NO et le N2O. Elle est également capable de croître en conditions anaérobies avec du N2O comme seul accepteur terminal d’électrons. Une production de N2O est aussi observée chez la souche JAM1, mais elle est plus probablement attribuée à des réactions abiotiques avec le nitrite et l’hydroxylamine.

Les gènes du complexe Nor1 et Nor2 ont également des origines différentes, suggérant des rôles différents dans la cellule. Tel que les Nar, Nor2 est exprimée à un plus bas niveau que Nor1 dans la culture pure alors qu’elle est relativement surexprimée en biofilm, indiquant un possible rôle spécifique à cette condition. On peut conclure que M. nitratireducenticrescens JAM1 prend très probablement activement part à toutes les étapes de la dénitrification dans le biofilm, excepté la réduction du nitrite. Elle possède une structure génique particulière au niveau de la dénitrification et des mécanismes complexes de régulation qui sont certainement inhérents à l’environnement du biofilm.

Abstract

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Methylophaga nitratireducenticrescens JAM1 is the dominant bacterium of a methanol-fed denitrifying biofilm. It belongs to the methylotrophic bacteria family and uses methanol as unique carbon and energy source and can reduce nitrate for growth in absence of oxygen. Although strain JAM1 cannot reduce nitrite into nitric oxide, it harbours the setup of genes responsible for denitrification. Being the major bacterium in the denitrifying biofilm, its contribution to the denitrification process of the biofilm is important. Two similar nitrate reductases are present for the reduction of nitrate, a characteristic which is only present in few bacterial species. These two enzymes (Nar1 and Nar2) seem to have originated from various species, suggesting a potential different role in the cell. narG1 and narG2 knockout mutants highlighted a better efficiency of Nar1 for the reduction of nitrate and bacterial growth. On the other side, Nar2 provided lower nitrate reduction and growth rates to the bacteria. Nevertheless, Nar2 seems to regulate nar[1] in an unknown way and thus is useful to strain JAM1. Despite the incapacity of strain JAM1 to reduce nitrite, it can reduce both NO and N2O with two nitric oxide reductases (Nor1 and Nor2) and a nitrous oxide reductase (Nos). Strain JAM1 is also able to grow under anaerobic conditions with N2O as sole electron acceptor. N2O production can be observed but certainly originates from abiotic reactions of nitrite and hydroxylamine. Nor1 and Nor2 also have different origins and thus potentially have different roles in the cell. Like Nar, nor[2] expression is lower than nor[1] in pure culture but is relatively high in the biofilm, suggesting a different role or regulation. We can conclude that M. nitratireducenticrescens JAM1 is certainly active at each step of the denitrification in the biofilm, except the reduction of nitrite. Its denitrification pathway and its regulation are complex and unique and are certainly due to the original environment of the bacteria, the biofilm.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Villemur, Richard
Informations complémentaires: Résumé avec sumboles
Mots-clés libres: -
Centre: Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt: 20 déc. 2016 20:22
Dernière modification: 20 déc. 2016 20:22
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/4855

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