Introduction

2.1.1. Importance du fer pour les organismes vivants

Pour tous les organismes, le fer est un élément essentiel à la vie. Il intervient en effet dans

de nombreuses fonctions métaboliques et de signalisation. Le fer peut adopter deux formes

ioniques différentes Fe²⁺ ou Fe³⁺. Cette flexibilité fait du fer un acteur important des

réactions d'oxydo-réduction de la cellule. Ainsi, il va servir de centre catalytique d'enzymes

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intervenant dans ce type de réactions. Cependant, bien que le fer soit un élément abondant

sur terre, le 4^ème élément le plus abondant dans la croûte terrestre, sa biodisponibilité est

réduite dans les milieux aérobies. En effet, en présence d'oxygène, l'ion ferrique (Fe³⁺) va

former des hydroxydes ferriques insolubles (~ 10^-24 M) (Barry and Challis 2009; Hider and

Kong 2010; Chu et al. 2010). De ce fait, il devient un facteur limitant pour le développement

des microorganismes. De nombreuses bactéries requièrent une concentration minimum de

10^-6 M de fer alors qu’elle est estimée à 10^-9 M dans le sol forestier (Llamas et al. 2006). Les

concentrations environnementales en fer sont donc trop basses pour que les

microorganismes puissent survivre en utilisant seulement le fer libre. Le fer ferreux, Fe²⁺ a

une meilleure solubilité mais il n’est présent que sous des conditions anoxiques ou à très

faible pH. Pour s'affranchir de cette limite, les bactéries aérobies ont donc développé

différentes stratégies afin d’acquérir cet élément, telles que la réduction d’ions ferriques en

ions ferreux, l’acquisition du fer à partir des protéines de liaison au fer ou de l’hème de

l’hôte colonisé, ou la chélation par des sidérophores ou des hèmes. Les sidérophores sont

des systèmes spécialisés de haute affinité permettant aux organismes de puiser au sein de

l'environnement le fer sous forme d'ions Fe³⁺ et de le transporter dans les cellules où il est

généralement complexé avec des protéines de stockage et de transport, telles que les

bactérioferritines ou réduit sous sa forme ferreuse.

2.1.2. Les sidérophores chez Pseudomonas fluorescens

Les souches de P. fluorescens se distinguent des autres Pseudomonas par le pigment

vert-jaune qu’elles produisent (Stanier et al. 1966). Il s’agit d’un sidérophore de haute affinité de

type catécholate-hydroxamate, la pyoverdine, molécule sécrétée en réponse à une

limitation en fer. Aujourd’hui, près de 50 structures complètes ou presque complètes de

pyoverdine ont été élucidées. Différentes pyoverdines peuvent être produites par un

organisme, chacune d’entre elles ayant une chaîne peptidique différente et généralement un

chromophore conservé conférant la couleur typique et la fluorescence sous les UV (Ravel

and Cornelis 2003; Visca et al. 2007) (Figure 19).

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Figure 19 : Représentation des trois types de pyoverdines produites par les différentes

souches de P. aeruginosa. Ces pyoverdines varient au niveau de leur peptide. Le

chromophore est toujours identique. Le groupement « R » représente la chaine acyle

latérale variable dans les différents isoformes : il s’agit d’un acide dicarboxylique ou d’un

amide. Chacun des six atomes d’oxygène situés autour de l’hexagone interviennent dans la

chélation du fer (Visca et al. 2007).

La plupart des Pseudomonas fluorescents produisent, en plus de la pyoverdine, d’autres

sidérophores de plus faible affinité comme par exemple la pyochéline, pseudomonine,

corrugatine ou encore la thioquinolobactine (Cornelis and Matthijs 2002; Matthijs et al.

2009). Ces sidérophores peuvent être de différentes natures, certains sont des dérivés

peptidiques (synthétisés par des NRPS) comme la pyochéline ou l’énantio-pyochéline de

P. fluorescens BBc6R8. Certaines bactéries produisent de multiples sidérophores qui ne sont

pas forcément tous produits ensemble au même moment (Dumas et al. 2013).

2.1.3. Les sidérophores chez S. ambofaciens ATCC 23877et S. coelicolor A3(2)

La production et l’import de sidérophores et donc l’acquisition du fer sont des facteurs clés

pour déclencher la croissance et la morphogenèse chez Streptomyces. Par exemple, l’équipe

de S. Rigali a démontré que les mutants bald de S. coelicolor, ceux bloqués au stade végétatif

incapables de former du mycélium aérien, seraient notamment affectés dans la production

des sidérophores desferrioxamines et/ou l’import de ferrioxamine (Lambert et al. 2014).

D’autre part, des sidérophores, tels que la desferrioxamine E, sont connus, pour stimuler la

croissance, la différenciation morphologique et la production de métabolites secondaires de

certaines autres espèces de Streptomyces (Yamanaka 2005a). Dans le cadre de la thèse,

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S. ambofaciens ATCC 23877 et S. coelicolor A3(2) ont été utilisées comme souches modèles.

Elle sont connues pour produire, en condition de carence en fer, trois sidérophores de type

tris-hydroxamate, la desferrioxamine B (forme hétéro-oligomères), E (forme macrocyclique)

et la coelichéline (Barona-Gómez et al. 2004; Lautru et al. 2005) (Figure 20).

Figure 20 : Structures des sidérophores tris-hydroxamates desferrioxamines et coelicheline

produits par S. coelicolor.

Les desferrioxamines sont un groupe de sidérophores contenant trois ligands d'acide

hydroxamique, qui forment un complexe hexadenté, c’est-à-dire de six liaisons, avec le fer

ferrique (Luckey et al. 1972; Schubert et al. 1999). L'analyse de la séquence du génome de

S. coelicolor a révélé un groupe de six gènes, desEFABCD, qui dirigent la biosynthèse des

desferrioxamines E et B. Le cluster des est également conservé chez S. ambofaciens

(Barona-Gómez et al. 2004) (Tableau 1).

Tableau 1: Fonctions putatives proposées pour les protéines codées par le cluster des

(Barona-Gomez et al. 2006)

2.1.4. Compétition pour le fer : Piratage des sidérophores

En plus d'acquérir le fer via leurs propres sidérophores, de nombreuses bactéries possèdent

des systèmes de détection de sidérophores qu'elles ne produisent pas. En effet, dans un

environnement aussi concurrentiel que le sol, cette stratégie leur permet d'utiliser les

sidérophores produits par d'autres organismes, des xénosidérophores. Cette stratégie est

connue sous le nom de piratage de sidérophores (Luckey et al. 1972; Schubert et al. 1999).

Il existe un nombre croissant d’exemples où Pseudomonas spp. utilise des pyoverdines

exogènes. Récemment, une étude sur les récepteurs TonB dépendants publiée par l’équipe

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de Bodilis (Cornelis and Bodilis 2009) a révélé qu’une partie des récepteurs de sidérophores

est conservée chez les différents représentants d’une espèce (le core recepteur) alors que

d’autres ont été acquis par transfert horizontal. C’est pourquoi, les Pseudomonas sont

capables d’utiliser les sidérophores produits par d’autres organismes grâce à la présence de

différents récepteurs TonB dépendants dans leur membrane externe.