L’isomérase cis-trans des acides gras insaturés dans les Pseudomonas et les Vibrions: biochimie, biologie moléculaire et fonction physiologique d’un mécanisme unique d’adaptation au stress

Résumé

L’isomérisation de cis en acides gras insaturés trans est un mécanisme permettant aux bactéries à Gram négatif appartenant aux genres Pseudomonas et Vibrio de s’adapter à plusieurs formes de stress environnemental. L’ampleur de l’isomérisation est apparemment en corrélation avec les effets de fluidité provoqués, c’est-à-dire par une augmentation de la température ou l’accumulation de composés organiques toxiques pour les membranes. Les acides gras trans sont générés par isomérisation directe de la configuration cis respective de la double liaison sans déplacement de sa position. La conversion des acides gras insaturés cis en trans est apparemment déterminante dans l’adaptation de la fluidité membranaire à l’évolution des paramètres chimiques ou physiques de l’environnement cellulaire. Un tel mécanisme adaptatif semble être un moyen alternatif de réguler la fluidité membranaire lorsque la croissance est inhibée, par exemple par de fortes concentrations de substances toxiques. L’activité isomérase cis–trans (Cti) est constitutivement présente et se situe dans le périplasme, elle ne nécessite ni ATP ni aucun autre cofacteur tel que le NAD(P)H ou le glutathion, et elle opère en l’absence de synthèse de novo des lipides. Son indépendance vis-à-vis de l’ATP est en accord avec l’énergie libre négative de la réaction. cti code un polypeptide avec une séquence signal hydrophobe N-terminale, qui est clivée pendant ou peu de temps après le transport de l’enzyme à travers la membrane cytoplasmique vers l’espace périplasmique. Un site de liaison hémique fonctionnel de type c du cytochrome a été identifié dans le polypeptide Cti prédit et très récemment, des preuves directes ont été obtenues que l’isomérisation n’inclut pas une saturation transitoire de la double liaison.

1 Introduction – histoire

Dans toutes les cellules vivantes, le stress dû aux changements rigoureux de l’environnement affecte les membranes. Il en résulte une perturbation de l’intégrité de la membrane et, par conséquent, la fonction de barrière, de matrice pour les enzymes et de transducteur d’énergie est compromise. Si des contre-mesures ne sont pas prises, une inhibition de la croissance ou même une mort cellulaire peuvent survenir. La réponse adaptative majeure des cellules est de maintenir la fluidité de leurs membranes à une valeur constante quelles que soient les conditions environnementales réelles. Cette stabilisation de la fluidité membranaire appelée “adaptation homéovisceuse” est provoquée par des modifications de la composition en acides gras des lipides membranaires, elle constitue la réponse prédominante des bactéries aux substances actives membranaires ou aux conditions environnementales changeantes. Ce mécanisme fondamental a été étudié et rapporté dans le célèbre travail d’Ingram à la fin des années 70 du siècle dernier. Cependant, jusqu’à la fin des années 80, la configuration cis de la double liaison était encore considérée comme la seule présente naturellement dans les acides gras bactériens. L’amélioration des techniques de coupure analytique, notamment en introduisant des colonnes capillaires en chromatographie en phase gazeuse, a facilité la différenciation claire des esters méthyliques d’acides gras apparentés et une nouvelle classe d’acides gras, c’est-à-dire les acides gras insaturés trans configurés, a été trouvée chez certains procaryotes. Les premiers rapports d’isomères trans d’acides gras insaturés concernaient Vibrio et Pseudomonas il y a seulement 10 ans. On a alors pu démontrer que des acides gras insaturés trans étaient synthétisés in vivo à partir d’acétate chez Pseudomonas atlantica, bien que, sur la base des voies biosynthétiques connues des acides gras insaturés, il n’y ait pas d’explication possible de la formation de tels acides gras.

Peu après il a été démontré que la conversion des cis en acides gras trans insaturés constitue un nouveau mécanisme d’adaptation permettant aux bactéries de modifier leur fluidité membranaire chez deux espèces, i.e. dans la bactérie psychrophile Vibrio sp. souche ABE-1 en réponse à une augmentation de la température et dans Pseudomonas putida P8 en tant qu’adaptation à des composés organiques toxiques, tels que les phénols.

Notre mini-aperçu résume les connaissances et les progrès actuels sur l’état du sujet en mettant l’accent sur un mécanisme assez efficace et élégant permettant aux bactéries de s’adapter aux changements environnementaux qui affectent la fluidité membranaire.

2 Physiologie et fonction de l’isomérase cis-trans (Cti) des acides gras insaturés

Les deux, chez Vibrio sp. souche ABE-1 et en P. putida P8, une nette augmentation de la quantité normalement faible d’acides gras trans insaturés est observée lorsque les cellules sont exposées à des températures élevées ou à des concentrations de phénol toxiques. Les cellules en croissance de P. putida réagissent au phénol de manière dépendante de la concentration, c’est-à-dire que l’augmentation des trans et la diminution simultanée des acides gras insaturés cis respectifs sont corrélées avec la quantité de phénol accumulée dans la membrane. Une telle conversion n’est pas dépendante de la croissance car elle se produit également dans les cellules non en croissance dans lesquelles le rapport entre les acides gras saturés et insaturés et la quantité totale d’acides gras insaturés ne peut pas être modifié en raison de l’absence de biosynthèse lipidique. Systématiquement, la réaction a lieu dans des cellules dans lesquelles la biosynthèse des acides gras est inhibée par la cérulénine. La conversion Cis-trans a une cinétique enzymatique et atteint son rapport final trans / cis 30 min après l’ajout des agents toxiques membranaires. Comme le taux de conversion n’est pas affecté par le chloramphénicol, il a été conclu que le système est constitutivement présent et ne nécessite pas de biosynthèse de protéines de novo.

L’acide oléique (C18:1Δ9cis), qui n’est normalement pas synthétisé par P. putida P8, est cependant incorporé dans les lipides membranaires des cultures complétées. Après addition d’une concentration toxique de chlorophénol-4, l’acide oléique a été transformé en son isomère trans, c’est-à-dire l’acide élaidique (C18: 1Δ9trans). Une telle découverte a mis en évidence que les acides gras trans sont synthétisés par isomérisation directe de cis en acides gras insaturés trans sans déplacer la position de la double liaison. L’augmentation des acides gras insaturés trans s’est accompagnée de la diminution des acides gras insaturés cis respectifs, alors que la quantité totale des deux a été maintenue constante à n’importe quelle concentration de toxines ajoutées. Le système ne nécessite pas d’ATP ou tout autre cofacteur tel que le NAD(P)H ou le glutathion. Son indépendance par rapport à l’énergie fournissant de l’ATP est conforme à l’énergie libre négative de la réaction cis à trans.

Toutes ces données ont conduit à la proposition selon laquelle l’isomérisation cis-trans est une nouvelle réponse adaptative chez les bactéries leur permettant de faire face aux augmentations de température ou aux concentrations toxiques de composés perturbateurs membranaires, conditions qui autrement influenceraient leur fluidité membranaire.

Le bénéfice de la conversion provient des différences stériques affichées par les acides gras insaturés cis et trans. Une teneur élevée en acides gras saturés dans les membranes permet aux chaînes acyles d’acides gras de former une interaction hydrophobe optimale les unes entre les autres, conduisant éventuellement à une membrane rigide et serrée. En général, les acides gras saturés ont une température de transition ou un point de fusion beaucoup plus élevés par rapport aux acides gras insaturés cis. Les phospholipides contenant des acides gras saturés 16: 0 ont une température de transition d’environ 63 ° C supérieure à celles contenant des acides gras insaturés 16:1 cis. La température de transition de phase des membranes augmente avec l’augmentation des rapports d’acides gras saturés à insaturés. La double liaison d’un acide gras insaturé cis provoque une courbure inamovible avec un angle de 30 ° dans la chaîne acyle. En conséquence, l’ensemble très ordonné de chaînes acyles dans les membranes est perturbé, ce qui entraîne à son tour des températures de transition de phase plus basses de ces membranes. Ainsi, les acides gras insaturés en configuration cis avec des structures stériques pliées (c’est-à-dire un pli dans la chaîne acyle) aboutissent à une membrane avec une fluidité relativement élevée. En contraste marqué, la structure stérique longue et étendue de la configuration trans n’a pas le pli et est capable de s’insérer dans la membrane de la même manière que les acides gras saturés.

Les bactéries s’adaptent à une augmentation de leur fluidité membranaire en augmentant le degré de saturation de leurs acides gras phospholipidiques et dans certains cas, en changeant de cis à trans la configuration de leurs acides gras insaturés. . Un inconvénient majeur des changements dans le degré de saturation en tant que réponse au stress provient de sa stricte dépendance à la croissance cellulaire et à la biosynthèse des acides gras. Par conséquent, les bactéries utilisant ce mécanisme ne sont pas en mesure d’effectuer des modifications post-biosynthétiques de leur fluidité membranaire. En effet, il a été observé que les solvants ne provoquent un déplacement du rapport acides gras saturés/insaturés que jusqu’à des concentrations inhibant complètement la croissance. En présence de concentrations plus élevées, c’est-à-dire toxiques, les cellules ne peuvent pas réagir et ne peuvent donc pas s’adapter à de telles conditions ou même mourir. L’isomérisation de cis en acides gras insaturés trans ne se retrouvait jusqu’à présent que dans des souches des genres Pseudomonas, dont les principaux représentants P. putida et P. aeruginosa, et Vibrio représentent une solution au problème de la dépendance à la croissance car il fonctionne également dans les cellules non en croissance. Bien que le passage de la double liaison cis à la double liaison trans insaturée n’ait pas le même effet décroissant sur la fluidité membranaire qu’une conversion en acides gras saturés, il a tout de même un effet substantiel sur la rigidité de la membrane.

Après de premières observations principalement basées sur des composés phénoliques, une série de solvants organiques ont été testés pour leur capacité à activer le Cti, qualitativement et quantitativement. En conséquence, le degré d’isomérisation est apparemment en corrélation avec la toxicité et la concentration de composés organiques dans la membrane. L’action antimicrobienne d’un solvant est corrélée à son hydrophobicité d’une manière exprimée par le logarithme du coefficient de partage du composé dans un mélange de n-octanol et d’eau (logPow). Les solvants organiques avec une logPow comprise entre 1 et 5 sont très toxiques pour les microorganismes car ils se cloisonnent préférentiellement dans les membranes, où ils provoquent une augmentation de la fluidité membranaire, conduisant finalement à une perméabilisation non spécifique. La relation entre la valeur LogP d’un composé et sa toxicité est présentée dans le tableau 1, dans lequel 11 composés étudiés sont répertoriés en fonction de leurs valeurs LogP croissantes. Sur la Fig. 1 les valeurs LogP sont tracées par rapport aux concentrations estimées mesurées qui provoquent une inhibition de la croissance de 50% (EC 50) et, simultanément, aux concentrations des composés provoquant une augmentation demi-maximale du rapport trans / cis (TC 50) des bactéries. Ainsi, il existe une relation directe entre la toxicité des solvants organiques et leurs effets d’activation sur le Cti, cependant, ceci est complètement indépendant des structures chimiques des composés.

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Hydrophobicité, toxicité et effet sur l’isomérisation cis-trans de plusieurs composés organiques

Composé organique LogP CE 50 (mM) TC 50 (mM)
Méthanol -0.76 1480.0 1700.0
Ethanol −0.28 345.0 600.0
1-Butanol 0.88 30.1 41.2
Phenol 1.45 8.6 10.1
1-Hexanol 1.87 5.8 6.5
p-Cresol 1.98 3.8 4.5
4-Chlorophenol 2.40 2.4 2.8
3-Nitrotoluene 2.46 1.9 2.6
Toluene 2.48 2.1 2.4
1-Octanol 2.92 1.1 1.3
2,4-Dichlorophenol 3.20 0.4 0.6
Organic compound logP EC 50 (mM) TC 50 (mM)
Methanol −0.76 1480.0 1700.0
Ethanol −0.28 345.0 600.0
1-Butanol 0.88 30.1 41.2
Phenol 1.45 8.6 10.1
1-Hexanol 1.87 5.8 6.5
p-Cresol 1.98 3.8 4.5
4-Chlorophenol 2.40 2.4 2.8
3-Nitrotoluene 2.46 1.9 2.6
Toluene 2.48 2.1 2.4
1- Octanol 2.92 1.1 1.3
2,4- Dichlorophénol 3.20 0.4 0.6

Concentrations EC 50 (inhibition de la croissance de 50%) mesurées avec des cellules de P. putida.

Des concentrations qui ont entraîné une augmentation du rapport trans/cis des acides gras insaturés à 50% du niveau maximal trans/cis atteint aux concentrations saturantes de la toxine.

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Hydrophobicité, toxicité et effet sur l’isomérisation cis-trans de plusieurs composés organiques

Composé organique LogP CE 50 (mM) TC 50 (mM)
Méthanol -0.76 1480.0 1700.0
Éthanol -0.28 345.0 600.0
1- Butanol 0.88 30.1 41.2
Phenol 1.45 8.6 10.1
1-Hexanol 1.87 5.8 6.5
p-Cresol 1.98 3.8 4.5
4-Chlorophenol 2.40 2.4 2.8
3-Nitrotoluene 2.46 1.9 2.6
Toluene 2.48 2.1 2.4
1-Octanol 2.92 1.1 1.3
2,4-Dichlorophenol 3.20 0.4 0.6
Organic compound logP EC 50 (mM) TC 50 (mM)
Methanol −0.76 1480.0 1700.0
Ethanol −0.28 345.0 600.0
1-Butanol 0.88 30.1 41.2
Phenol 1.45 8.6 10.1
1-Hexanol 1.87 5.8 6.5
p-Cresol 1.98 3.8 4.5
4-Chlorophenol 2.40 2.4 2.8
3-Nitrotoluene 2.46 1.9 2.6
Toluene 2.48 2.1 2.4
1-Octanol 2.92 1.1 1.3
2,4-Dichlorophenol 3.20 0.4 0.6

Concentrations EC 50 (inhibition de la croissance de 50%) mesurées avec des cellules de P. putida.

Des concentrations qui ont entraîné une augmentation du rapport trans/cis des acides gras insaturés à 50% du niveau maximal trans/cis atteint aux concentrations saturantes de la toxine.

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Corrélation entre l’hydrophobicité, donnée comme la valeur LogP de 11 composés organiques différents, l’inhibition de la croissance et le rapport trans/cis des cellules de P. putida. L’inhibition de la croissance (●, ligne pointillée) est présentée comme la concentration CE 50 et la TC 50 (◯, ligne continue) est donnée comme les concentrations qui ont provoqué une augmentation du rapport trans/cis des acides gras insaturés à 50% du niveau maximal trans/cis atteint aux concentrations saturantes de la toxine. Pour les noms des composés organiques appliqués, voir le tableau 1.

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Corrélation entre l’hydrophobicité, donnée comme la valeur LogP de 11 composés organiques différents, l’inhibition de la croissance et le rapport trans/cis des cellules de P. putida. L’inhibition de la croissance (●, ligne pointillée) est présentée comme la concentration CE 50 et la TC 50 (◯, ligne continue) est donnée comme les concentrations qui ont provoqué une augmentation du rapport trans/cis des acides gras insaturés à 50% du niveau maximal trans/cis atteint aux concentrations saturantes de la toxine. Pour les noms des composés organiques appliqués, voir le tableau 1.

Depuis 1989, lorsqu’une souche de P. putida a été découverte qui a poussé dans des milieux contenant une deuxième phase du toluène, du styrène ou du xylène généralement très toxiques, plusieurs autres P. des souches de putida ont été trouvées avec des propriétés similaires, et de nombreux groupes de recherche ont essayé de découvrir les mécanismes sous-jacents à la tolérance aux solvants. Chez la plupart de ces bactéries, les Cti ont été impliquées dans la tolérance aux solvants.

Non seulement les solvants organiques ou l’augmentation de la température, mais aussi d’autres éliciteurs de stress ont été testés pour leur effet sur le Cti. En résumé, tous les stimuli affectant la membrane tels que les solvants organiques, le stress osmotique (causé par le NaCl et le saccharose), les métaux lourds, le choc thermique et les antibiotiques actifs sur la membrane activent le système. Cependant, les conditions de stress, telles que le stress osmotique causé par le glycérol, le choc froid et un pH élevé, qui ne sont pas connus pour être des activateurs de l’absorption cellulaire de K +- — la première réaction cellulaire à des dommages membranaires conduisant à une perméabilisation accrue — n’ont pas provoqué l’activation de la Cti. Ces résultats indiquent clairement que le rapport cis / trans fait vraisemblablement partie d’un mécanisme général de réponse au stress des micro-organismes.

3 Biochimie et biologie moléculaire de la Cti

Suite à la description physiologique de la fonction globale de la Cti chez les bactéries pour s’adapter à différents stress, des études biologiques et biochimiques moléculaires ont été effectuées pour caractériser ce système de réponse adaptative unique.

Sur la base de tests d’activité de l’Itc dans les compartiments cellulaires, la membrane cytoplasmique a été considérée comme l’emplacement de l’enzyme où se trouvent également ses substrats, les acides gras phospholipidiques. Étonnamment, cependant, le Cti a ensuite été purifié à partir de la fraction périplasmique de Pseudomonas oleovorans et de Pseudomonas sp. souche E-3. Le clonage de l’enzyme a permis son isolement sous la forme d’une protéine P8 de P. putida marquée par His, exprimée de manière hétérologue dans Escherichia coli. Cti est une protéine neutre de 87 kDa et s’est avérée transcrite monocistroniquement et exprimée de manière constitutive. La séquence nucléotidique du gène cti de P. putida P8, P. putida DOT-T1E et P. les oléovoranes Gpo12 ont finalement mis en évidence que l’isomérase possède une séquence signal hydrophobe N-terminale, qui est clivée après avoir ciblé l’enzyme vers l’espace périplasmique.

Un mutant knockout cti de P. putida DOT-T1E a été construit qui est incapable d’isomériser les acides gras insaturés cis. Ce mutant a un taux de survie lorsqu’il est choqué avec 0.toluène inférieur à 08% (vol / vol) par rapport à la souche sauvage, et il présente également une phase de retard plus longue que la souche parentale lorsqu’elle est cultivée avec du toluène fourni en phase gazeuse, résultats qui impliquent clairement la Cti dans la réponse au toluène dans cette souche. Cependant, il est peu probable que l’isomérisation cis–trans soit le seul mécanisme d’adaptation nécessaire aux solvants organiques car on connaît des souches capables d’effectuer l’isomérisation et toujours sensibles aux solvants.

Holtwick et al. a fourni la preuve que l’enzyme est une protéine de type c du cytochrome, car ils pourraient trouver un site de liaison à l’hème dans le polypeptide Cti prédit. Pour une préparation enzymatique de Pseudomonas sp. la souche E-3, qui est vraisemblablement homologue au produit du gène cti de P. putida P8, a suggéré que le fer (probablement Fe3+) joue un rôle crucial dans la réaction catalytique. L’isomérisation Cis-trans s’est avérée indépendante de la cardiolipine synthase, une enzyme facilitant l’adaptation à long terme de la membrane par une synthèse améliorée de la cardiolipine.

Très récemment, le mécanisme moléculaire de la réaction d’isomérisation a été élucidé. Dans des expériences de supplémentation avec de l’acide oléique double deutéré, il a été démontré que l’acide oléique était converti exclusivement en acide élaidique double deutéré après activation de la Cti. Une saturation transitoire de la double liaison lors de l’isomérisation doit être exclue ainsi qu’une réaction d’hydratation–déshydratation couplée. Ainsi, un mécanisme enzymatique est proposé: un complexe enzyme–substrat est formé dans lequel le fer électrophile (probablement Fe3 +), fourni par le domaine hémique présent dans l’enzyme, enlève un électron de la double liaison cis, transférant la liaison sp2 dans un sp3. La double liaison est ensuite reconstituée après rotation dans la configuration trans. Un schéma de ce mécanisme enzymatique proposé est présenté à la Fig. 2. Un tel mécanisme est conforme aux expériences de mutagenèse dirigée menées pour détruire le motif de liaison à l’hème dans le Cti de P. putida P8. Ces mutations entraînent une perte de fonction de l’enzyme et, par conséquent, fournissent des preuves de la présence de cytochrome c et d’hème dans le centre catalytique de l’enzyme. Étant donné que la réaction de l’enzyme ne dépend pas d’un cofacteur, l’activité de la Cti diffère de toutes les autres enzymes contenant de l’hème connues agissant sur les acides gras en tant que substrats. Il n’y a cependant pas besoin de cofacteur car aucune puissance électronique nette n’est consommée.

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Schéma d’un mécanisme enzymatique possible de Cti donné pour l’acide oléique double deutéré tel que pris pour les expériences de von Wallbrunn et al. .

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Schéma d’un mécanisme enzymatique possible de Cti donné pour l’acide oléique double deutéré tel que pris pour les expériences de von Wallbrunn et al. .

Une autre indication de son unicité provient des recherches de similarités: Cti n’a montré aucune similitude significative avec les peptides homologues lorsque la séquence d’acides aminés prédite a été comparée à d’autres protéines. Sans surprise, cependant, la comparaison des séquences d’acides aminés des sept protéines Cti connues jusqu’à présent les a toutes identifiées comme des polypeptides contenant de l’hème de type c du cytochrome. Quel que soit le taxon, un groupe hème de type cytochrome c est présent en tant que motif hautement conservé et en tant que domaine fonctionnel dans toutes les enzymes comparées, en particulier, le site de liaison à l’hème dans les protéines Cyt c est situé entre les groupes hème-vinyle et les deux cystéines présentes dans le motif de liaison à l’hème conservé CXXCH.

Dans toutes les séquences Cti des six souches de Pseudomonas étudiées jusqu’à présent, une séquence signal N-terminale est présente, indiquant la localisation périplasmique de Cti. Une telle localisation a déjà été prouvée pour P. oleovorans et P. putida DOT-T1E. Cependant, un peptide signal caractéristique de la sécrétion Sec-dépendante n’est pas présent dans la protéine Cti de V. cholerae. Des alignements de séquences multiples des sept protéines Cti connues ont révélé que les protéines des souches de Pseudomonas et de Vibrio forment un arbre phylogénétique composé de trois branches principales, suggérant un ancêtre commun de l’enzyme. Fait intéressant, le polypeptide prédit de V. cholerae ne constitue évidemment pas un groupe distinct mais émane plutôt du groupe diversifié de protéines de P. aeruginosa et de P. sp. E-3. Très récemment, des études d’alignement ont révélé que des gènes familiers à la cti pourraient également être présents dans les génomes de bactéries appartenant aux genres Methylococcus et Nitrosomonas. Ces organismes sont également connus pour contenir des acides gras trans insaturés. Cependant, les preuves physiologiques ou biochimiques directes de la présence de Cti dans ces bactéries manquent toujours.

4 Régulation de la Cti

L’une des principales questions en suspens concernant la Cti des acides gras insaturés est de savoir comment l’activité de cette enzyme périplasmique exprimée de manière constitutive est régulée. Une possibilité serait un modèle complexe dans lequel les substrats de l’enzyme, les acides gras insaturés cis, sont clivés de la phase périplasmique des phospholipides membranaires. L’acide gras insaturé libre résultant serait alors isomérisé par action Cti et ensuite réattaché au lysophospholipide, ce qui donnerait un phospholipide contenant des acides gras insaturés trans. Pourtant, un modèle aussi complexe n’est pas en accord avec les données qui confirment l’activité des Cti dans les cellules au repos et en l’absence totale de sources d’énergie, car, au moins, le réattachement des acides gras modifiés à la membrane nécessiterait de l’énergie.

La régulation de l’activité enzymatique peut cependant être réalisée en donnant simplement au centre actif de l’enzyme la capacité d’atteindre son substrat, la double liaison, qui dépend à son tour de l’état de fluidité de la membrane. En conséquence, la regio-spécificité observée de l’enzyme reflète la pénétration du site actif de l’isomérase à une profondeur spécifique dans la membrane. La structure hydrophile du Cti et sa localisation périplasmique soutiennent la présomption que l’enzyme ne peut atteindre que sa cible, c’est-à-dire les doubles liaisons d’acides gras insaturés qui se trouvent à une certaine profondeur de la membrane, lorsque la membrane est “ouverte” par des conditions environnementales qui provoquent une désintégration de la membrane. Il a déjà été démontré qu’une diminution de l’ordre des chaînes acyles peut entraîner une pénétration et une translocation accrues des protéines dans les membranes. Par analogie avec certaines phospholipases, il est concevable que le Cti présente une pénétration plus profonde dans la membrane lorsque l’ordre des chaînes acyles est diminué et que l’espacement des groupes de tête des phospholipides est augmenté. Il est également clairement concevable que la diminution de l’emballage des membranes permettrait aux doubles liaisons de s’approcher plus fréquemment des surfaces membranaires, facilitant finalement l’interaction avec l’isomérase. Comme le garnissage de la chaîne acyle est augmenté par l’isomérisation cis à trans des acides gras insaturés, la pénétration de la protéine serait contrecarrée et, de manière concomitante, l’isomérisation cis à trans inhibée, ce qui entraînerait éventuellement une régulation serrée du garnissage de la chaîne acyle sans intervention de mécanismes ou de voies de signalisation indirects. Après élimination du composé actif sur la membrane, la récupération du rapport trans-cis régulièrement faible se produit très probablement par synthèse de novo normale d’acides gras tout cis, car le processus inverse (trans vers cis) nécessiterait un apport d’énergie.

Un tel modèle de régulation de l’activité Cti explique également suffisamment la relation souvent rapportée entre le degré d’isomérisation cis–trans et la toxicité causée par une certaine concentration d’un facteur de stress environnemental. Comme un autre résultat de la réaction catalysée par l’enzyme, une réduction de la fluidité membranaire se produit et, comme l’enzyme ne peut pas atteindre sa cible lorsque la fluidité membranaire a atteint son niveau normal, l’enzyme est expulsée de la bicouche.

5 Remarques finales

Bien que l’isomérisation cis–trans des acides gras insaturés n’ait pas été complètement comprise, il est devenu évident qu’elle fait partie d’un système général de réponse au stress dans les cellules Pseudomonas et Vibrio. Une autre indication de la fonction générale de l’Itc est également sa dépendance souvent décrite à l’induction / activation d’autres mécanismes de réponse au stress.

Il constitue évidemment un mécanisme d’adaptation urgent permettant des modifications rapides des membranes pour faire face au stress environnemental émergent. Une réponse aussi rapide, agissant en minutes, laisse le temps à d’autres mécanismes dépendant de la croissance cellulaire de faciliter leur rôle dans la réponse adaptative, car la réaction immédiate garantit la survie dans diverses conditions de stress. En ce qui concerne la tolérance aux solvants, une sorte de cascade de mécanismes rapides (urgents), à moyen et à long terme fonctionnent évidemment ensemble pour parvenir à une adaptation complète au stress environnemental. Cti représente sans aucun doute l’un des principaux systèmes urgents qui aident les cellules à résister au premier choc toluénique, permettant éventuellement l’activation et l’induction de nouveaux mécanismes d’adaptation qui provoquent finalement l’adaptation complète.

En raison de sa facilité de fonctionnement et de son efficacité et parce qu’il fonctionne sans réglementations complexes, il est étonnant qu’un tel mécanisme d’isomérisation cis à trans ne soit pas omniprésent dans les bactéries à Gram négatif. Une explication possible peut venir de la présence généralisée des deux genres Pseudomonas et Vibrio. Parmi les bactéries non spécialisées, les membres du genre Pseudomonas sont connus pour être des microorganismes hautement adaptables, ayant conquis toutes les niches d’un grand nombre d’écosystèmes comprenant le sol, la peau humaine et l’eau de mer. Les membres du genre Vibrio ont également conquis un large éventail d’écosystèmes, y compris les sols et les eaux profondes. Pour pouvoir coloniser toutes ces niches, elles doivent être extrêmement flexibles et adaptables aux conditions environnementales changeantes. Cti fournit aux cellules un mécanisme efficace pour atteindre une telle adaptabilité. Cela n’est pas nécessaire pour d’autres bactéries à Gram négatif, telles que E. coli, qui sont spécialisées dans la vie dans le tractus gastro-intestinal des mammifères où elles peuvent vivre heureuses sans un mécanisme d’adaptation membranaire aussi urgent.

Les lipides membranaires constituent un outil prometteur en tant que biomarqueurs pour l’analyse des changements de population microbienne. En fait, Guckert et coll. ont suggéré d’utiliser un rapport trans / cis supérieur à 0,1 (indice normal rapporté pour la plupart des échantillons environnementaux) comme indice de famine ou de stress. Comme la mesure des profils d’acides gras est devenue une méthode de routine dans de nombreux laboratoires, cela semble être une approche prometteuse pour l’évaluation des effets toxiques. La détermination de l’indice trans/cis peut donc être une option précieuse pour étudier l’état de toxicité des échantillons naturels, en particulier lorsque des tests dépendants de la croissance ne peuvent pas être effectués, par exemple dans des habitats naturels. Le principal domaine d’application d’un tel indicateur semble être la mesure de la toxicité et du stress environnemental lors de processus de biorestauration in situ où les profils d’acides gras ont une importance en tant que marqueur pour les études écologiques de la microflore du sol. Par exemple, lors de la biorestauration de sites pollués, le taux d’acides gras trans insaturés peut être utilisé comme marqueur du stress général et de la réduction du stress pour surveiller le processus de biodégradation. L’application de l’isomérisation cis–trans comme outil d’évaluation de la toxicité générale des composés organiques a déjà été décrite pour les composés carbonyliques aromatiques. D’autres études visant à améliorer l’utilisation de l’isomérisation des cis en acides gras insaturés trans comme indicateur de stress sont vitales et pourraient aboutir à une technique applicable pour la surveillance de l’environnement.

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