Compréhension du métabolisme du soufre chez Acinetobacter baylyi ADP1 : Elucidation des voies de catabolisme du DMSP et du DMS

Le diméthylsulfoniopropionate (DMSP) et le sulfure de diméthyle (DMS) comptent parmi les composés organosulfurés les plus abondants dans l'environnement et jouent un rôle clé dans le cycle biogéochimique du soufre. Principalement étudiés dans les écosystèmes marins où ils sont massivement produits, leurs voies métaboliques demeurent bien moins caractérisées dans les milieux terrestres. Le catabolisme du DMS n'y est que partiellement décrit et celui du DMSP reste totalement inconnu. La bactérie du sol Acinetobacter baylyi ADP1 (ADP1) est capable d'utiliser le DMS et le DMSP comme seules sources de soufre, malgré l'absence des gènes associés aux voies marines connues. Cette observation suggère l'existence d'un métabolisme inédit chez cette espèce et plus largement chez les bactéries terrestres. L'objectif de ce travail de thèse a été d'identifier les gènes, les enzymes et les métabolites impliqués dans la dégradation du DMSP et du DMS chez ADP1.Deux ressources génomiques associées à ADP1 ont été mobilisées : une collection de 2 600 mutants de délétion et une bibliothèque de gènes codant pour des enzymes clonés dans un vecteur d'expression chez E. coli. L'étude s'appuie également sur un groupe de gènes induits par la carence en sulfate (gènes SSI) préalablement identifiés par RNA-seq. Le travail d'élucidation a débuté par l'étude de ce groupe de gènes SSI. La présence de 16 monooxygénases flavine-dépendantes à deux composantes et d'une réductase à FMN (MsuE) a conduit à formuler l'hypothèse d'un catabolisme oxydatif. L'analyse des métabolomes par LC-MS a permis d'identifier les intermédiaires formés dans des cultures d'ADP1 cultivées avec le DMS ou le DMSP comme seule source de soufre. L'étude fonctionnelle des monooxygénases s'est appuyée sur des phénotypages de croissance de mutants de délétion sur le DMS, le DMSP et sur chaque catabolite identifié, ainsi que par le suivi de leur activité enzymatique par LC-MS/MS et GC-MS/MS (MRM).Ces travaux ont permis d'élucider la voie du catabolisme du DMS chez ADP1. Concernant le DMSP, une première voie repose sur son oxydation en diméthylsulfoxoniumpropionate (DMSOP), qui rejoint ensuite la voie du DMS. En parallèle, la métabolomique a mis en évidence une seconde voie catabolique du DMSP par oxydations successives. Parmi les intermédiaires de cette seconde voie, un sulfoxyde, un sulfone et un sulfonate dérivés du 3-méthylthiopropionate, trois composés jamais reliés auparavant au métabolisme, ont été formellement identifiés. L'ensemble de ces voies convergent vers le sulfite. Les enzymes impliquées dans ces oxydations successives ont été identifiées et leur activité confirmée in vitro.Les monooxygénases étudiées présentent une redondance fonctionnelle marquée : plusieurs enzymes catalysent la même réaction et/ou utilisent les mêmes substrats. Une analyse génomique comparative a révélé que les gènes identifiés dans ce travail sont présents chez de nombreuses protéobactéries terrestres, notamment Pseudomonas putida, que nous avons démontré capable d'utiliser le DMS et le DMSP. Des données préliminaires indiquent que ces gènes semblent largement représentés chez des microorganismes d'origine terrestre mais peu présents dans les génomes d'origine marine, ce qui pourrait refléter une dichotomie du catabolisme du DMS et du DMSP entre les environnements terrestre et marin.Ce projet, fondé sur des approches complémentaires met en évidence chez ADP1 des voies oxydatives reposant exclusivement sur des monooxygénases flavine-dépendantes à deux composantes et offre une première description du catabolisme terrestre de ces composés majeurs. Il fournit ainsi les bases pour estimer la contribution de ce métabolisme oxydatif au cycle du soufre.