Comment la bactérie marine Zobellia galactanivorans métabolise les oligosaccharides de xyloglucanes, étude des enzymes et transporteurs ? // How does the marine bacterium Zobellia galactanivorans metabolize xyloglucan oligosaccharides? Study of the enzyme

Les bactéries membres du phylum Bacteroidota ont colonisé tous types d'habitats et de niches écologiques et sont considérés comme les principaux dégradateurs de polysaccharides. Une caractéristique unique de leurs génomes est la présence de loci d'utilisation des polysaccharides (PUL), qui sont des groupes de gènes co-régulés codant pour un ensemble de protéines dont des protéines de liaison aux glycanes se trouvant à la surface de la cellule, d'un ou plusieurs transporteurs transmembranaires de type TonB-dependant (SusCD), des enzymes actives sur les glucides et des régulateurs transcriptionnels [1].

La bactérie marine Zobellia galactanivorans DsijT a été isolée en 2001 à la surface cellulaire d'une macroalgue rouge. Au cours des dernières décennies, elle est devenue un organisme modèle pour la bioconversion des polysaccharides algaux [2, 3, 4]. Des données génomiques et transcriptomiques sont disponibles, ainsi que des outils génétiques permettant de déléter des gènes et/ou de compléter leur fonction. Au cours de la caractérisation d'un PUL original de Z. galactanivorans nous avons ont mis en évidence que bien que Z. galactanivorans ne puisse pas se développer sur le xyloglucane, elle est en réalité capable de se croitre sur ses produits de dégradation c'est à dire des oligosaccharides de xyloglucane. Ceci indique qu'elle ne possède pas d'enzymes capable de dégrader ce polysaccharide à sa surface cellulaire mais qu'elle possède bien des transporteurs capables de transporter les oligosaccharides de xyloglucane ainsi que des enzymes capables de les dégrader au niveau de son périsplasme ou cytoplasme.
Étant donné que le xyloglucane est principalement présent dans la paroi cellulaire des plantes terrestre et peu décrit chez les plantes marines ou les algues, nous cherchons à comprendre pourquoi et comment Z. galactanivorans peut métaboliser les oligosaccharides de xyloglucane. La thèse repose sur l'hypothèse que Z. galactanivorans tire profit de la dégradation préalable des polysaccharides en oligosaccharides par d'autres bactéries présentes sur les plantes marines. Ce comportement souligne l'importance des transporteurs de glycosides et leur rôle dans les stratégies trophiques des bactéries hétérotrophes. La première étape du projet consistera à identifier, par séquençage de l'ARN, les enzymes et le ou les transporteurs susceptibles d'intervenir dans la métabolisation des oligosaccharides du xyloglucane. Les enzymes seront ensuite produites dans E. coli et purifiées afin de procéder à leur caractérisation structurale et fonctionnelle. Leur action synergique sera également évaluée. Nous ferons de la délétion de gènes pour valider le rôle fonctionnel du(es) transporteur(s) identifié(s). Nous tenterons également de purifier les transporteurs directement à partir de la membrane de Z. galactanivorans afin de déterminer leur structure 3D et de mettre au jour les fondements structurels du transport des oligosaccharides. Ces travaux contribueront à identifier des nouvelles protéines pour la valorisation des polysaccharides et ainsi à plus long terme contribuer au développement de la bioéconomie et du développement durable.
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Bacteria members of the Bacteroidota phylum have colonized all types of habitats and ecological niches and are considered primary degraders of polysaccharides. A unique feature of their genomes is the presence of Polysaccharide Utilization Loci (PUL), which are clusters of co-regulated genes encoding a complement of cell Surface Glycan-Binding Proteins, TonB-dependent transporters (SusCD), Carbohydrate Active Enzymes and carbohydrate sensors/ transcriptional regulators [1].

The marine flavobacterium Zobellia galactanivorans DsijT has been isolated in 2001 at the cell surface of a red macroalga. During the last decades, it has become a model organism for the bioconversion of algal polysaccharides [2, 3, 4]. Genomic and transcriptomic data are available, as well as genetic tools for gene deletion and to complement gene function. Preliminary characterization of an original polysaccharide utilization locus (PUL) revealed that, although this bacterium cannot grow on xyloglucan, it metabolizes its degradation products, i.e. xyloglucan oligosaccharides. This finding suggests that the bacterium lacks enzymes capable of breaking down this polysaccharide on its cell surface, but that it does possess transporters capable of transporting xyloglucan oligosaccharides, as well as enzymes capable of breaking them down in its periplasm or cytoplasm. Given that xyloglucan is predominantly associated with terrestrial plant cell walls and remains poorly described in marine environments, this project aims to elucidate the molecular mechanisms underlying the uptake and metabolism of xyloglucan oligosaccharides in Z. galactanivorans. We hypothesize that Z. galactanivorans benefits from the prior degradation of polysaccharides into oligosaccharides by other bacteria on marine plants. This behavior highlights the importance of glycoside transporters and their role in the trophic strategies of heterotrophic bacteria. The first task of the project will be to identify by RNA sequencing the enzymes and transporter(s) candidates involved in the xyloglucan oligosaccharides metabolization. The enzymes will be further produced in E. coli and purified to carry out their structural and functional characterization. Their synergistic action will be also assessed. We will perform gene deletion to validate the functional role of the identified transporter(s). Finally, we will try to purify the transporters directly from the membrane of Z. galactanivorans to solve their 3D structure and to unravel the structural basis for oligosaccharide transport. This work will contribute to the identification of novel proteins for polysaccharide valorization and, in the longer term, to the development of sustainable and circular bioeconomy.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Concours de l'École Doctorale

Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse

458 SEVAB - Sciences Ecologiques, Vétérinaires, Agronomiques et Bioingenieries

Diplômé(e) d'un Master 2 en biochimie et/ou biologie structurale ou microbiologie, le(a) candidat(e) devra posséder de solides compétences en biologie moléculaire, enzymologie et biochimie des protéines. Un intérêt certain pour la structure des protéines et pour les polysaccharides sera un plus.. La maitrise de l'anglais et des aptitudes au travail collectif et à la communication sont indispensables. Mais bien au-delà de ces compétences, le(a) candidat(e) devra faire montre d'une grande curiosité scientifique et d'une rigueur d'analyse lui permettant de conduire le projet au plus haut niveau.
Applicants should hold a Master's degree (MSc) in biochemistry, structural biology, and/or microbiology, and possess strong skills in molecular biology, enzymology, and protein biochemistry. An interest in protein structure and polysaccharides will be considered an asset. Good level in writting and speaking in English, as well as strong teamwork and communication skills, are essential. Beyond these qualifications, the candidate should demonstrate strong scientific curiosity and analytical rigor, enabling them to carry out the project at the highest level.