Growth-rate-dependent protein production in bacteria
Impact du taux de croissance sur la production des protéines chez les bactéries.
par Borkowski Olivier sous la direction de Aymerich Stéphane et de Fromion Vincent
Thèse de doctorat en Microbiologie
École doctorale Interdisciplinaire Européenne Frontières du Vivant

Soutenue le Tuesday 19 February 2013 à Université Paris Descartes ( Paris 5 )

Sujets
  • Bacillus subtilis
  • Biologie moléculaire
  • Modèles mathématiques
  • Teneur en protéines
  • Transformation bactérienne
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Mots clés
Bacillus subtilis,Taux de croissance,Traduction,Modèle mathématique,Production de protéine
Resumé
Les théories actuelles suggèrent que l'efficacité de traduction (nombre de protéines produitespar ARN messager ; notion spécifique à chaque à gène) reste constante lorsque le taux decroissance varie. Néanmoins, une efficacité de traduction constante est incompatible avec lafaible corrélation observée, à l'échelle du génome, entre l'évolution en fonction du taux decroissance de la concentration des ARN messagers et des protéines pour lesquelles ils codent.Pour faire face à ce paradoxe, nous avons développé un modèle mathématique de la traductionbasé sur les connaissances actuelles de ce processus au niveau moléculaire. L'exploration despropriétés du modèle nous a amené à conduire des expériences de transcriptomique, de PCRquantitative et de Live Cell Array (LCA) dont l'analyse a montré que l'efficacité de traductiondiminue jusqu'à 4 fois entre faible et fort taux de croissance chez la bactérie modèle Bacillussubtilis. Notre modèle a révélé que la chute de l'efficacité de traduction repose sur une chutede la concentration des ribosomes libres. Pour étudier les conséquences de la chute desribosomes libres sur la production des protéines, nous avons rationnellement défini à partir dumodèle mathématique des constructions génétiques combinant des promoteurs, naturel ousynthétique, et différentes régions d'initiation de la traduction (TIRs) contrôlant l'expressiondu gène gfp. En utilisant ces constructions génétiques, nous avons montré que la productiondes protéines est non-linéaire en fonction de la concentration en ribosomes libres. Uneproduction non-linéaire entraine des efficacités de traduction différentielles des ARNmessagers en fonction de leurs TIRs. Ce mécanisme de régulation général des protéinesparticipe à la perte de corrélation entre la concentration des ARN messagers et des protéinescorrespondantes et nous a amené à revisiter la Physiologie Moléculaire Bactérienne.