Étude du morphotype toruleux chez Frankia spp.

Abstract

L’environnement exerce une pression constante sur les microorganismes qui s’y développent. Ces derniers subissent constamment des variations de température, de pH, de salinité, etc. Pour y répondre, les bactéries doivent posséder des mécanismes de défense afin de survivre face à ces diverses pressions environnementales. La différenciation cellulaire peut s’inscrire comme étant une étape normale du cycle cellulaire ou être une réponse du microorganisme pour répondre à un stress. Ces derniers sont en mesure de détecter les changements dans leur environnement, et c’est l’expression différente des gènes qui va permettre des modifications morphologiques ou fonctionnelles afin de faire face aux stress et d’y survivre. Frankia sp. est une actinobactérie filamenteuse retrouvée dans des nodules en symbiose avec l’aulne ou de manière saprophyte dans le sol. Frankia sp. possède de nombreuses morphologies. Les hyphes végétatifs sont les structures les plus couramment observées dans la nature et en culture in vitro. Par ailleurs, on peut retrouver des vésicules qui se rattachent aux hyphes végétatifs et qui permettent de fixer l’azote atmosphérique. On peut aussi observer des sporanges qui contiennent les spores responsables de la dissémination et de la survie du microorganisme. Chez la souche Frankia sp. Cj1-82, un quatrième type de morphologie a été observé, les « Reproductive Torulose Hyphae » plus couramment connus sous le nom d’hyphes toruleux (RTH). Cette morphologie a aussi été observée chez de nombreuses autres souches de Frankia dont Frankia alni ACN14a, la souche la plus étudiée dans notre laboratoire. ! v Les RTH sont présents normalement en faible proportion dans le milieu de culture défini BAPS. Afin de permettre une différenciation massive en RTH de Frankia alni ACN14a de manière reproductible, un milieu de culture présentant une concentration de 50 mM en KH2PO4 et un pH de 5,85 a été mis au point. Lorsque les microorganismes sont cultivés dans ce milieu de différenciation, le pourcentage de cellules vivantes est faible mais Frankia alni ACN14a présente un taux de différenciation en RTH qui atteint presque 100 %. Des études faites préalablement au laboratoire indiquent que la respiration cellulaire de Frankia alni ACN14a chutait drastiquement dans le milieu de culture modifié pour la différenciation. De plus, il a été déterminé que la différenciation massive en hyphes toruleux ne se produisait pas avec les souches de Frankia sp. ACN10a et Frankia sp. AvcI1 lorsqu’elles étaient plongées en milieu modifié malgré une diminution de leur respiration cellulaire. Mon premier objectif consistait a évaluer l’impact de l’âge relatif du pré-inoculum de Frankia alni ACN14a sur sa différenciation en hyphes toruleux. Il s’est avéré que la différenciation en hyphes toruleux se produisait dans certaines phases de croissance seulement, lorsque Frankia alni ACN14a était cultivée autant en erlenmeyer de 125 ml qu’en bioréacteur de 2,2 l. L’importance de l’état physiologique des microorganismes pourrait expliquer l’absence de différenciation en RTH chez Frankia sp. ACN10a et Frankia sp. AvcI1. Mon second objectif de maîtrise m’a permis de valider l’hypothèse prédisant que le pH acide du milieu modifié pour la différenciation n’était pas essentiel à la recette permettant la différenciation en hyphes toruleux chez Frankia alni ACN14a. En effet, 50 mM de propionate de sodium à pH 6,70 permettait l’induction massive en RTH. À partir de ce point, diverses combinaisons de 50 mM de propionate de sodium et conditions de culture (temps d’incubation et l’impact de la biomasse utilisée au départ) et chimiques (différentes concentrations de KH2PO4, de KCl et d’acide citrique) ont été testées afin de déterminer si l’une d’entre elles permettait ! vi d’augmenter la viabilité cellulaire tout en maintenant une différenciation massive en RTH. Mon troisième objectif de maîtrise consistait à optimiser les conditions de culture en bioréacteur de 2,2 l afin de permettre la différenciation massive en hyphes toruleux de Frankia alni ACN14a. Ces essais ont été faits dans le but d’obtenir des quantités suffisantes de RTH pour procéder à des études fondamentales. Une différenciation faible en RTH a été observée dans le bioréacteur de 2,2 l, mais elle n’égalait pas la différenciation massive obtenue en erlenmeyer. L’obtention d’une grande quantité de RTH ouvrirait la porte à des études fondamentales de ce morphotype et permettrait de cibler l’importance de ces structures dans le cycle de vie de Frankia sp.