Du fait de l’apparition de microorganismes pathogènes ayant une résistance aux antibiotiques actuels, la recherche de nouvelles molécules bioactives possédant une application médicale est devenue une préoccupation mondiale. Saccharothrix algeriensis, une bactérie filamenteuse de l’ordre des actinomycètes a montré une étonnante capacité à produire des molécules bioactives qui appartiennent aux dithiolopyrrolones, ayant de remarquables propriétés à la fois antibiotiques et anticancéreuses. Lors de ce projet de thèse, l’identification du cluster de gènes de la voie de biosynthèse des dithiolopyrrolones chez Sa. algeriensis est envisagée. Suite au séquençage du génome de Sa. algeriensis, une approche génomique ou « genome mining » est suivie, cette approche a révélé un cluster thi potentiellement responsable de la voie de biosynthèse des dithiolopyrrolones chez Sa. algeriensis. Ce cluster contient 12 gènes, dont 8 gènes de biosynthèse, 3 gènes régulateurs et un gène transporteur. Les analyses in silico des gènes ont montré que la cystéine est le substrat d’une NRPS. Les analyses transcriptionelles ont montré que les trois gènes clés codent pour une NRPS, une thiorédoxine et une thioestérase qui pourraient être impliquées dans la biosynthèse des dithiolopyrrolones. Deux gènes actA et actB codant pour des acyltransférases putatives ont été identifiés. Les analyses transcriptionelles suggèrent qu’actA et actB pourraient être responsables de l’acylation de la pyrrothine. Finalement, la caractérisation de deux activités enzymatiques, acétyltransférase et benzoyltransférase, présentes dans l’extrait brut de Sa. algeriensis, ont permis de déterminer les paramètres optimaux (pH et T °C) de la réaction enzymatique. Enfin, les paramètres cinétiques de ces activités ont des valeurs complètements différentes, ce qui confirme la présence d’au moins deux activités différentes chez Sa. algeriensis.

Due to the emergence in the last decades of new and old infectious diseases to existing antibiotics, the research for new bioactive molecules which possess medical applications become a global occupation. Saccharothrix algeriensis, filamentous bacteria of actinomycetes order showed a surprising ability to produce bioactive molecules belongs to dithiolopyrrolones with remarkable properties of both antibiotics and anticancer. In this thesis, the identification of dithiolopyrrolones biosynthetic gene cluster in Sa. algeriensis was investigated. Through S. algeriensis genome sequencing, a genomics approach "genome mining" was followed, this approach has revealed a potentially thi cluster responsible for dithiolopyrrolones biosynthesis pathway in Sa algeriensis. This cluster contains 12 genes, including 8 biosynthesis genes, three regulatory genes and one transporter gene. The in silico analysis of this cluster showed that the cysteine is the substrate of the NRPS. The transcriptional analyzes showed that the three key genes which encode for NRPS, thioredoxin and thioesterase could be involved in dithiolopyrrolone biosyntheses. Two genes, actA…

Saccharothrix algeriensis est une bactérie filamenteuse productrice de plusieurs molécules de la famille des dithiolopyrrolones aux propriétés à la fois antibiotiques et anticancéreuses. Ces composés sont constitués d'un noyau bicyclique commun, la pyrrothine, lié par une liaison amide à différents radicaux acyls (R). Lors de ce projet de thèse, la réaction enzymatique d'acylation du noyau pyrrothine, dite pyrrothine N-acyltransférase, a été étudiée chez Sa. algeriensis pour mieux comprendre la régulation exercée par les acides organiques sur la biosynthèse des dithiolopyrrolones et synthétiser par voie enzymatique de nouveaux composés avec différents radicaux R. Deux activités enzymatiques pyrrothine Nacétyltransférase et N-benzoyltransférase catalysant la formation de deux dithiolopyrrolones, la thiolutine (R= CH3) et la benzoyl-pyrrothine (BEP, R= C6H5) ont d'abord été mise en évidence dans l'extrait cellulaire brut de Sa. algeriensis. Ensuite la régulation exercée par les acides organiques a été étudiée en mesurant ces activités enzymatiques dans des extraits cellulaires de Sa. algeriensis obtenus au cours de cultures sur différents milieux supplémentés en acides organiques. Les résultats obtenus montrent que l'augmentation de la production de BEP en présence d'acide benzoïque à 1,25 mM est en partie due à l'induction de l'activité benzoyltransférase. Par ailleurs, les activités acétyltransférase et benzoyltransférase ont montré des profils d'expression très différents qui laissent supposer que deux enzymes catalysent le transfert de l'acétyl- et du benzoyl-. Leur purification a aussi été entreprise et l'extrait cellulaire de Sa. algeriensis, sous une forme brute ou semi-purifiée, a été utilisé pour catalyser la synthèse enzymatique de 9 dérivés dithiolopyrrolones, susceptibles de posséder des activités biologiques innovantes et/ou accrues.

Saccharothrix algeriensis is a filamentous bacterium that produces many dithiolopyrrolone compounds with antibiotic and anti-tumour properties. These metabolites possess a common bicyclic nucleus, the pyrrothine, amide linked with variable acyl groups R. During this PhD project, the enzymatic reaction of pyrrothine acylation, identified as pyrrothine N-acyltransferase, was studied in Sa. algeriensis to further our understanding of the regulation exerted by organic acids on the dithiolopyrrolone biosynthesis and to produce new dithiolopyrrolone compounds by enzymatic catalysis. Evidence for the presence in the crude cell free extract of Sa. algeriensis of two enzymatic activities, pyrrothine Nacetyltransferase and N-benzoyltransferase is provided. They catalyze respectively the formation of the two dithiolopyrrolones, thiolutin (R= CH3) and benzoyl-pyrrothine (BEP, R = C6H5). To study the regulation exerted by organic acids, these enzymatic activities were then assayed in crude cell free extracts of Sa. algeriensis obtained during cultures on media supplemented with organic acids. The results show that BEP-production is enhanced in the presence of benzoic acid partly because…

Aspergillus westerdijkiaem qui est récemment démembré d'A. ochraceus est un producteur principal de plusieurs composés de type polycétone d'importance économique. Ces composés incluent l’ochratoxin A, mellein, l'acide penicillique, asperlactone et l’isoasperlactone et quelques intermédiaires comme l'acide 6- methylsalicylique et l’acide orsellinique. La biosynthèse de ces métabolites est catalysée par un groupe d'enzymes connues comme la polycétone synthases (PKSs). Ce travail a été visé pour cloner et a caractérisé fonctionnellement les différentes genes des PKS i.e. aoks1, aolc35-12 et aomsas, et de genes de polyketide synthases-non ribosomal peptide synthase (PKS-NRPS) i.e. aolc35-6, chez A. westerdijkiae. Ces gènes ont été inactivés par l'insertion du gène d’hygromycine B phosphotransferase d’Escherichia coli dans le génome d'A. westerdijkiae, pour obtenir les mutantes ao?ks1, ao?lc35-12, ao?msas et ao?lc35-6. Les mutants ao?ks1 et ao?lc35-12 ont été trouvés déficients dans la biosynthèse d’ochratoxin A, mais produisaient encore mellein. À notre connaissance, c’est la première fois que nous avons caractérisé les gènes impliquées dans la biosynthèse d’OTA, sachant que mellein, qui était proposé dans la littérature comme un intermédiaire, joue a cune role dans la biosynthesis de l'OTA. Ensuite le mutant ao?msas n'a pas seulement perdu la capacité de produire isoasperlactone et asperlactone, mais aussi il ne produit pas l’intermédiaire acide 6-methylsalicylique. Basé sur les expériences de la caractérisation génétique et de complémentation chimiques, nous avons proposé un shéma hypothétique de la biosynthèse d’asperlactone et isoasperlactone dans lequel l'acide 6-methylsalicylique, diepoxide et aspyrone jouent le rôle d’intermédiaires. La techniques de gène knock-out et de la reverse transcription PCR (RT-PCR) ont montré que seulle gène de type PKS-NRPS « aolc35-6 » identifié chez A. westerdijkiae codant pour un intermédiaire inconnu(s) qui pourrait inciter l'expression de gène aomsas et un gène impliqué dans la biosynthèse d'acide orsellinique et d'acide penicillique.

Aspergillus westerdijkiaem which is recently dismembered from A. ochraceusm is the principal producer of several economically important polyketide metabolites. These metabolites include ochratoxin A, mellein, penicillic acid, asperlactone and isoasperlactone and some intermediates like orsellinic acid and 6-methylsalicylic acid. The biosynthesis of these metabolites is catalyzed by a group of enzymes known as polyketide synthases (PKSs). This work was aimed to clone and functionally characterized various PKS i.e. aoks1, aolc35-12 and aomsas, and polyketide synthasesnon ribosomal peptide synthase (PKS-NRPS) genes i.e. aolc35-6, in A. westerdijkiae. These genes were inactivated by the insertion of Escherichia coli hygromycin B phosphotransferase gene in the genome of A. westerdijkiae to obtain ao?ks1, ao?lc35-12, ao?msas and ao?lc35-6 mutants. ao?ks1, ao?lc35-12 mutants were found deficient in ochratoxin A biosynthesis but are still producing…

De nombreuses espèces de moisissures (Aspergillus, Fusarium, Penicillium…) produisent des molécules toxiques appelées mycotoxines. Malgré des efforts agronomiques croissants, la contamination en mycotoxines dans les produits agricoles est toujours présente. Des stratégies de décontamination sont alors utiles pour limiter l’impact des mycotoxines sur la santé animale ou humaine. La première stratégie que nous avons étudiée est le piégeage par adsorption de mycotoxines sur des spores d’Aspergillus de la section Nigri. Nous avons démontré que les spores vivantes sont aussi efficaces que les spores inactivées à la chaleur, indiquant que les composés responsables de l’adsorption ne sont pas altérés par ce traitement. Le phénomène d’adsorption semble être principalement du à des interactions hydrophobes. Des études restent à faire sur l’efficacité d’un tel procédé in vivo et pour caractériser les composés responsables. La deuxième stratégie étudiée a été la biotransformation d’une mycotoxine particulière, la zéaralénone. Plusieurs microorganismes ont été testés. Parmi eux, il a été démontré que certaines espèces d’Aspergillus avaient la capacité de transformer la zéaralénone en zéaralénone-sulfate. La toxicité de ce composé a été évaluée par test de prolifération de cellules cancéreuses MCF-7. Ces cellules ont la particularité de proliférer en présence de composés oestrogéniques. Il a été montré que la zéaralénone-sulfate provoquait peu de prolifération chez ces cellules, suggérant une toxicité plus faible que la zéaralénone. Des études seront effectuées pour évaluer la stabilité d’un tel conjugué in vivo.

Several species of fungi (Aspergillus, Fusarium, Penicillium…) are producers of very hazardous mycotoxins. Despite the use of recommended agricultural practices to avoid mold development and mycotoxinogenesis during crop growth, harvesting and storage, contamination by mycotoxins still occurs. Decontamination procedures are useful to reduce the mycotoxin content of contaminated raw materials. The first strategy we studied was to decrease the bioavailability of mycotoxins trapping them with binding agents. For the first time, the adsorption of mycotoxins by conidia of black Aspergilli has been demonstrated. Heat-treated conidia are as efficient as living conidia, which demonstrates that the components involved in adsorption are not affected by heat-treatment. The adsorption phenomenon seems to involved hydrophobic interactions. Further in vivo studies are necessary to develop the application of such a decontamination process to contaminated raw materials and feeds. The second strategy studied was the biodegradation of zearalenone by microorganisms which could offer a pratical and efficient method to alleviate negative effects on animals. For the first time, some Aspergillus niger strains, isolated from grapes, have been shown to transform zearalenone to zearalenone-sulfate. To be sure that zearalenone biotransformation leads to a detoxification, the estrogenic toxicity of zearalenone-sulfate was determined by cell…

La géosmine est un terpénoïde, provoquant un goût moisi-terreux associée à des flaveurs atypiques dans l'eau et le vin. Chez les bactéries, la voie de biosynthèse de la géosmine est bien caractérisée, mais peu de connaissance sont disponibles au sujet de sa biosynthèse chez les eucaryotes, en particulier dans les champignons filamenteux. L'origine de la géosmine dans la vigne est en grande partie attribuable à la présence de Penicillium expansum sur les raisins. Dans cette thèse, afin de mieux comprendre la voie de biosynthèse de la géosmine chez Penicillium expansum, nous avons décrit la caractérisation et l'analyse de "gpe1", un gène codant pour une cytochrome P450 monooxygénase impliquée dans la biosynthèse de la géosmine. Nous avons démontré que les deux fragments d'ADN: p450-1 et p450-2 appartiennent à un seul gène du cytochrome p450 (gpe1). La séquence d'acides aminés déduite de gpe1 a une identité moyenne de 40 % avec les enzymes PbP450-2 et P450-4 qui ont été trouvées impliquées respectivement dans la synthèse d'indole diterpène et dans la synthèse des gibbérellines. Les amplifications par PCR effectuée sur quatorze espèces de Penicillium ont montré que seules les espèces producteurices de la géosmine ont donné le même fragment de ~1,2 kb que gpe1. L'analyse du gène gpe1 nous a permis d'identifier la présence de certains domaines conservés de cytochromes P450 monooxygénases. Ensuite, la caractérisation fonctionnelle du gène gpe1 chez P. expansum M2230 a été décrite. Nous avons montré que les mutants de gpe1 ont perdus leur pouvoir de produire la géosmine alors que les révertants de gpe1 ont rétablis leur pouvoir de production. Enfin, nous avons démontré qu'une polykétide synthase putative et une putative NRPS sont présentes sur le côté droit du gène gpe1 proposant que le gène gpe1 pourrait être une partie d'un «Cluster» codant pour la biosynthèse de métabolites secondaires.

Geosmin is a terpenoid, an earthy-musty compound associated with off-flavors in water and wine. In bacteria, the biosynthesis pathway of geosmin is well characterized, but little is known about its biosynthesis in eukaryotes, especially in filamentous fungi. The origin of geosmin in grapevine is largely attributable to the presence of Penicillium expansum on grapes. In this thesis, we have described the characterization and analysis of "gpe1", a gene encoding a cytochrome P450 monooxygenase probably involved in the biosynthesis of geosmin in P. expansum M2230, in order to better understand of the biosynthesis pathway of geosmin in this species. We demonstrated that the two DNA fragments i.e. p450-1 and p450-2 belong to a single cytochrome p450 gene (gpe1). We showed that the deduced amino acid sequence of gpe1 has an average identity of 40 % with PbP450-2 and P450-4 enzymes which have been found involved in indole diterpene synthesis and in gibberellin synthesis respectively. Then, the results of PCRs performed on the fourteen Penicillium species showed that only Penicillium species which were producers of geosmin gave the same fragment…

Au cours de cette thèse, un isolat de sol de désert, Saccharothrix algeriensis NRRL B-24137, a été évalué pour ses propriétés bioactives contre le champignon phytopathogène Botrytis cinerea, pour sa colonization sur Vitis vinifera L., et Arabidopsis thaliana ainsi qu’en vue d’étudier les méchanismes de résistance systémique induite (ISR) contre B. cinerea. Les résultats obtenus nous ont permis premièrement de montrer que Sa. algeriensis NRRL B-24137 peut présenter des activités antifongiques contre B. cinerea et que des métabolites peuvent être responsables de cette activité antifongique. Bien que ces métabolites soient encore en cours d’étude et que cette étude mérite d’être approfondie, nous avons démontré ensuite les propriétés de colonisation de l’isolat du sol du désert chez la vigne. Les résultats ont permis de montrer que la souche peut former des populations rhizosphèriques ainsi que des sous-populations endophytiques chez des plants de vigne (Cabernet Sauvignon sur porte-greffe 44-53 M) à des étapes précoces de colonisation. Puis nous avons démontré que la souche bénéfique peut induire une résistance systémique contre B. cinerea. Bien que les mécanismes impliqués ne soient pas encore compris, des parties préliminaires de ces travaux démontrent que les expressions de gènes responsables de la production de glucanase, chitinase ainsi qu’un inhibiteur de polygalacturonase ne semblent pas potentialisés pendant le phénomène de résistance systémique. Enfin nous avons démontré l’interaction entre Sa. algeriensis NRRL B-24137 et Arabidopsis thaliana qui résulte dans une association intime dûe également à colonisation rhizosphèrique et endophytique de la plante modèle. La souche bénéfique peut églement induire un phénomène de résistance systémique sur A. thaliana contre B. cinerea et les analyses de plantes mutées ont permis de determiner des parties des mécanismes impliqués dans l’ISR aini que des nouveaux mécanismes impliqués qui peuvent être induits par des microbes bénéfiques

In this thesis, the desert soil isolate, Saccharothrix algeriensis NRRL B-24137, has been evaluated for its bioactive properties towards the phytopathogenic fungus Botrytis cinerea, for its colonization of Vitis vinifera L., and Arabidopsis thaliana as well as to study the mechanisms of induced systemic resistance (ISR) towards B. cinerea. The results obtained allowed us firstly to show that Sa. algeriensis NRRL B-24137 can exhibit strong antifungal properties towards B. cinerea and that some metabolites can be responsible of this antifungal activity. Although these metabolites are still under consideration and that this study needs further works, we have demonstrated then the colonization properties of the desert soil isolate with grapevine plants. The results showed that the strain can form rhizospheric as well as endophytic subpopulations with grapevine plants (Cabernet Sauvignon cultivar graffed on 44-53 M rootstock) at early step of colonization. Then we have demonstrated that the beneficial strain could induce a systemic resistance…