Nouveaux aspects du métabolisme d'acinetobacter baylyi ADP1 : une approche métabolomique

La connaissance du métabolisme demeure incomplète mais sa compréhension reste un but majeur tant pour la recherche fondamentale qu’appliquée. Environ 40% des gènes des organismes procaryotes n’ont pas de fonction précise proposée. En conséquence, de nombreuses voies métaboliques restent incomplètes, rendant très difficile la prédiction du métabolisme d’un organisme. Les recherches et les avancées dans la compréhension de la cascade des « omiques » incluant la génomique, la transcriptomique, la protéomique et la métabolomique jouent aujourd’hui un rôle central dans la connaissance du métabolisme. En tant qu’intermédiaires des réactions biochimiques, les métabolites connectent les différentes voies métaboliques d’un organisme. La quantité et la nature de ces molécules étant la résultante de l’expression des gènes, la composition en métabolites de la cellule est donc liée de très près à son phénotype. La métabolomique, qui étudie l’ensemble de ces petites molécules présentes dans un échantillon biologique, constitue une source d’informations importante nécessaire à la compréhension du métabolisme. En ce sens, le travail présenté dans ce manuscrit décrit la mise en place d’une approche métabolomique au sein du Genoscope pour l’étude du métabolisme de la bactérie modèle Acinetobacter baylyi (ADP1) en utilisant la spectrométrie de masse à haute résolution (LTQ-Orbitrap) couplée à la chromatographie liquide (LC/MS).Nous avons suivi la réorientation du métabolisme d’ADP1 à la suite d’une perturbation environnementale, induite par un changement de source de carbone. Nous avons comparé les métabolomes d’ADP1 cultivée sur succinate (source de carbone de référence) et sur quinate (source de carbone alternative). Environ 450 métabolites potentiels ont été détectés et plus d’une centaine ont pu être identifiés. Plusieurs phénomènes ont pu être observés. Premièrement, l’utilisation du quinate comme source de carbone engendre une réponse spécifique attendue, liée à sa dégradation (intermédiaires cataboliques détectés et gènes associés surexprimés). Toutefois, alors que le métabolisme central est peu affecté par ce changement biotique, la concentration d’environ la moitié des métabolites détectés est significativement modifiée. Ce résultat inattendu est en accord avec les expériences de transcriptomique qui indiquent, qu’avec ce changement de source de carbone, 12% des gènes sont différentiellement exprimés. Nos résultats montrent que la perturbation du métabolisme dans ces conditions s’étend bien au-delà de la voie de dégradation du quinate ; elle engendre un bouleversement global du métabolisme (Stuani, Lechaplais et al. 2014).Cette étude a également permis de détecter de nouveaux métabolites, produits dans des cellules utilisant du quinate. L’élucidation structurale de l’un d’entre eux est décrite dans ce manuscrit. Il s’agit d’une tyrosine substituée en position benzylique par un groupement méthylamine (BMAT). Son identification aura nécessité des expériences de CID-MSn séquentielles avec détection à haute résolution et d’échanges H/D. Des études structurales effectuées sur deux autres molécules suggèrent des similarités structurales entre elles et avec le BMAT. Nous pourrions donc être en présence d’une famille de nouveaux métabolites secondaires, impliqués dans une même voie métabolique. C’est donc une approche métabolomique qui a permis à un simple changement de source de carbone de nous orienter vers la découverte de nouvelles voies métaboliques et d’appréhender une part cachée du métabolisme d’ADP1.