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La rsistance au froid chez les microorganismes Biotopes froids majoritaires sur terre : Biotopes froids majoritaires sur terre : - mers & ocans ont une temprature moyenne de 5C - de la plante < 15 C Limite absolue la vie : prsence deau liquide ncessaire Limite absolue la vie : prsence deau liquide ncessaire

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Psychrophile, psychrotolrant ? Psychrophile : Psychrophile : - optimum 15c - maximum < 20c - minimum 0c ex. : Bacillus psychrophilus ex. : Bacillus psychrophilus Psychrotolrant (Morita 1975) : Psychrotolrant (Morita 1975) : - 20c < optimum < 40c - minimum 0c - minimum 0c ex. : Listeria monocytogenes ex. : Listeria monocytogenes

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Le froid : un stress physiologique Formation de cristaux de glace dans le milieu intra-cellulaire besoin de produire des molcules antigel (ex. : carbohydrates) Formation de cristaux de glace dans le milieu intra-cellulaire besoin de produire des molcules antigel (ex. : carbohydrates) Stress oxydatif dcupl (loxygne se dissout mieux) Stress oxydatif dcupl (loxygne se dissout mieux) Rigidification des membranes lipidiques diminution de lactivit des protines associes Rigidification des membranes lipidiques diminution de lactivit des protines associes Diminution de la cintique enzymatique (conformation diffrente des protines) Diminution de la cintique enzymatique (conformation diffrente des protines) Formation de structures 2D de lADN Formation de structures 2D de lADN

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Adaptation homovisqueuse de la membrane () Adaptation homovisqueuse de la membrane (Sinensky 1974) Perte de fluidit de la membrane avec le froid (membranes cireuses & non fonctionnelles) Perte de fluidit de la membrane avec le froid (membranes cireuses & non fonctionnelles) Proportion dacides gras faible point de fusion : Proportion plus importante dacides gras faible point de fusion : - espce-spcifiques - contraintes striques (change lordre & rduit le nombre dinteractions dans la membrane)

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Insaturation des chanes acyl Altration la plus observe Altration la plus observe Bactries (dont un groupe de Cyanobactries) : baisse de la synthse des polyinsaturs Bactries (dont un groupe de Cyanobactries) : baisse de la synthse des polyinsaturs Eucaryotes & autres cyanobactries (contiennent des polyinsaturs) : modifications des rapports saturs/insaturs ou de la proportion de polyinsaturs Eucaryotes & autres cyanobactries (contiennent des polyinsaturs) : modifications des rapports saturs/insaturs ou de la proportion de polyinsaturs

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Dsaturation en anarobie : durant la synthse chez E. coli (Cronan & Rock 1996) en arobie : modification des acides gras prexistants chez des bacilli (de Mendoza et al. 1993; Los & Murata 1998)

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La dsaturase Peut modifier rapidement de grandes proportions de la membrane aprs une chute de la temprature Peut modifier rapidement de grandes proportions de la membrane aprs une chute de la temprature Faible cot nergtique Faible cot nergtique Mcanisme presque universel (car substrat = chane acyl des lipides) Mcanisme presque universel (car substrat = chane acyl des lipides) Cyanobactrie cryo-sensible Anacystis nidulans Cyanobactrie cryo-sensible Anacystis nidulans tolrance au froid en augmentant la synthse des acides gras insaturs par introduction du gne de la D12 dsaturase tolrance au froid en augmentant la synthse des acides gras insaturs par introduction du gne de la D12 dsaturase

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Autres modifications des chanes acyl Raccourcissement & branchement de mthyles : synthse de novo (Suutari & Laakso 1994)

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Branchements anti-iso Les bacilles Gram+ contiennent une forte proportion dacides gras branchs iso- & anti-iso : Prcurseurs : valine, leucine & isoleucine rsultant en des acides gras chanes paires ou impaires isobranches & chanes impaires iso-branches (Bishop et al. 1967; Kaneda 1991). couplage troit du mtabolisme des acides amins & de la biosynthse des acides gras.

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Branchements anti-iso a-C 15:0 prdominant chez une Gram + & une Gram - de lAntarctique (Chattopadhyay & Jagannadham 2001) a-C 15:0 prdominant chez une Gram + & une Gram - de lAntarctique (Chattopadhyay & Jagannadham 2001) a-C 15:0 prdominant chez 2 souches de L. monocytogenes en culture 5C a-C 15:0 prdominant chez 2 souches de L. monocytogenes en culture 5C synthse augmente par glycine betaine (Annous & al. 1997) rle cryoprotecteur synthse augmente par glycine betaine (Annous & al. 1997) rle cryoprotecteur

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B. subtilis Seule bactrie non photosynthtique avec Des Aprs un choc froid, synthse de novo massive dacides gras C-15 & C-17 branchs anti-iso saturs pour une adaptation long terme (Klein et al. 1999) En labsence disoleucine (prcurseur), production dacides gras insaturs mme 37c (Weber et al. 2001a) rgulation encore mal comprise

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Pseudoalteromonas haloplanktis Bactrie de lAntarctique Bactrie de lAntarctique Au lieu de dvelopper des voies mtaboliques dlimination des produits toxiques issus de loxygne, elle optimise les mcanismes utilisant directement loxygne comme source dnergie Au lieu de dvelopper des voies mtaboliques dlimination des produits toxiques issus de loxygne, elle optimise les mcanismes utilisant directement loxygne comme source dnergie Pour garder une bonne fluidit de sa membrane, elle modifie sa composition lipidique grce une enzyme particulire utilisant loxygne Pour garder une bonne fluidit de sa membrane, elle modifie sa composition lipidique grce une enzyme particulire utilisant loxygne

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Les cold-shock protines 2 types: Classe 1 : Niveau faible temprature optimale et forte augmentation lors dun stress au froid Classe 2 : Protines prsentes T Optimale et lgre augmentation lors dun choc CspA, CspB, CspG, CsdA, RbfA, NusA et PNP famille 1 CspA, CspB et CspG sont des chaperonnes CsdA est une protines associe aux ribosomes RbfA est une protine qui aide la formation des ribosomes NusA est une terminase PNP est une ribonuclase RecA, IF-2, H-NS, GyrA famille 2 RecA est un facteur de recombinaison IF-2 est un facteur de transcription H-NS est une protine associe lADN GyrA est une sous unit de topoisomrase

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Synthse de protines suite un choc froid Synthse de protines Phase dacclimatation : Rduction des protines non adaptes et augmentation des protines cold- shock

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Les cold-shock protines : exemple de CspA chez Escherichia coli A temprature optimale: A temprature optimale: Niveau constitutif Niveau constitutif Rtrocontrle ngatif Rtrocontrle ngatif Dgradation de lARNm (1/2 vie de 12 secondes) Dgradation de lARNm (1/2 vie de 12 secondes) Rle de la cold box Rle de la cold box

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Les cold-shock protines : exemple de CspA chez Escherichia coli Lors dun choc froid: Lors dun choc froid: Transcription de lADN mais rtrocontrle ngatif Transcription de lADN mais rtrocontrle ngatif La production de 5-UTR augmente la transcription La production de 5-UTR augmente la transcription Augmentation de la stabilit de lARNm de CspA (1/2 vie de 20 minutes) Augmentation de la stabilit de lARNm de CspA (1/2 vie de 20 minutes)

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Les cold-shock protines : exemple de CspA chez Escherichia coli 5-UTRCspATATATA A temprature optimale : rpression A basse temprature : Synthse CspA Synthse protique Rtrocontrle ngatif a temprature optimale et positif basse temprature Augmente la synthse ? Prom Ipp

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Les cold-shock protines : exemple chez Escherichia coli LARNm de CspA ne ncessite pas de ribosomes adapts au froid pour tre traduit (boite DB) Hausse de la quantit de CspA dans la bactrie Hausse de la quantit de CspA dans la bactrie

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Rle de CspA dans la transcription Facteur de transcription : Facteur de transcription : CspA reconnat le promoteur de gne h-ns CspA reconnat le promoteur de gne h-ns Action sur le gne gyrA Action sur le gne gyrA Protines chaperonnes : Protines chaperonnes : Action sur lADN Action sur lADN

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Rle de CspA dans la transcription Modulation Dbut du choc : CspA se fixe sur les rgions les plus affines de lADN Hausse de la transcription Hausse de la quantit de CspA Fin du choc : Fixation de CspA sur des rgions moins affines de lADN Inaccessibilit de lADN par lARN poly Baisse de la transcription

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Rle de CspA dans la traduction Niveau de CspA faible ou moyen : Niveau de CspA faible ou moyen : Hausse de la traduction par fixation sur lARNm Hausse de la traduction par fixation sur lARNm Niveau de CspA fort : Niveau de CspA fort : Baisse de la traduction (trop de CspA sur lARNm) Baisse de la traduction (trop de CspA sur lARNm) Arrt de la traduction Arrt de la traduction

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Bilan Dbut du choc : Dbut du choc : Production de CspA Production de CspA Hausse de la transcription et de la traduction Hausse de la transcription et de la traduction Fin du choc : Fin du choc : Trop de CspA Trop de CspA Arrt de la transcription et de la traduction Arrt de la transcription et de la traduction

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Conclusion Les changements de lipides de la membrane permettent de maintenir sa fluidit & donc sa fonctionnalit Les changements de lipides de la membrane permettent de maintenir sa fluidit & donc sa fonctionnalit Importance des cold-shocks Importance des cold-shocks