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Recognition and degradation of plant cell wall polysaccharides by two human gut symbionts.

Martens, E.C., Lowe, E.C., Chiang, H., Pudlo, N.P., Wu, M., McNulty, N.P., Abbott, D.W., Henrissat, B., Gilbert, H.J., Bolam, D.N., et Gordon, J.I. (2011). « Recognition and degradation of plant cell wall polysaccharides by two human gut symbionts. », PLoS Biology, 9(12, Article No. e1001221). doi : 10.1371/journal.pbio.1001221  Accès au texte intégral (en anglais seulement)

Résumé

Chez l’humain, les bactéries symbiotiques de l’intestin ont subi d’intenses pressions pour l’utilisation de glucides complexes, notamment les glycanes de la paroi cellulaire des plantes de notre alimentation. Ces polysaccharides, qui ne sont pas digérés par les enzymes humaines, sont transformés par les bactéries de l’intestin en acides gras à courtes chaînes, qui eux sont assimilables. Les Bacteroidetes, l’une des deux divisions des microorganismes dominants de l’intestin chez l’humain adulte, peuvent décomposer un vaste éventail de glycanes. Les espèces de cette division utilisent une série de complexes protéiques membranaires, analogues à la protéine Sus, pour cataboliser plusieurs glucides complexes. On ne connaît cependant pas le rôle de ces complexes protéiques dans la décomposition des différents types chimiques de glycanes de la paroi cellulaire végétale. Avec les travaux présentés ici, nous montrons que deux espèces de Bacteroides étroitement apparentées de l’intestin humain, B.thetaiotaomicron et B.ovatus, peuvent décomposer presque tous les principaux glycanes des végétaux et de l’hôte, y compris le rhamnogalacturonan II, un polymère hautement complexe que l’on croyait résistant à la décomposition bactérienne. Le profil transcriptionnel et les expériences d’inactivation de gènes nous ont permis de déterminer l’identité et la spécificité des locus d’utilisation des polysaccharides (PUL) qui codent les complexes protéiques de type Sus ciblant les différents polysaccharides végétaux. L’analyse génomique comparative a montré que B. ovatus possède plusieurs PUL exclusifs qui lui permettent de décomposer les polysaccharides hémicellulosiques, un phénotype que ne possède pas B. thetaiotaomicron. En revanche, le génome de B. thetaiotaomicron comprend un nombre accru de PUL associés au métabolisme des O-glycanes de la mucine de l’hôte, un phénotype que nous n’avons pas retrouvé chez B. ovatus. Les études de liaison des domaines détecteurs purifiés des systèmes hybrides à deux composantes associés aux PUL ainsi que l’analyse des transcrits montrent que les signaux de régulation proviennent d’oligosaccharides complexes et induisent l’activation de PUL dont chacun est hautement spécifique d’un polymère précis de la paroi cellulaire végétale. Ces résultats donnent un aperçu de la manière dont ces espèces ont pu évoluer pour décomposer des glucides précis grâce à des gènes qui ciblent des séries uniques de polysaccharides, une explication qui s’applique sans doute à différentes bactéries de l’intestin et d’autres biotopes.

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