Dégradation des fibres pariétales et système xylanolytique de Bacteroides xylanisolvens XB1AT et Roseburia intestinalis XB6B4, espèces bactériennes du microbiote intestinal humain

Dietary fibres of plant cell walls are degraded and fermented by fibrolytic bacteria in the human gut. Xylan being one of the major polysaccharides constituting the plant cell walls, we have characterised two bacteria presenting important xylanolytic activities: Bacteroides xylanisolvens XB1AT and Roseburia intestinalis XB6B4. The xylanolytic activities of these species grown on various substrates rich in xylan were analysed qualitatively and quantitatively. The two bacteria degraded and fermented all the substrates tested very efficiently, but they colonised them differently. The enzymatic system of these strains, studied by zymogram, revealed a large number of xylanases of molecular mass comprised between 37 and 170kDa. Specific activities of protein extracts were very high, and were mainly associated with the bacteria. The xylanase-encoding genes of the two bacteria studied, and of another xylanolytic bacterium, Bacteroides sp. XB12B, were identified. They encode xylanases from glycoside-hydrolase families 10 and 43, and are modular. Some xylanases were also identified by proteomics. The conditions for expression of some of the genes were studied by quantitative PCR, and showed a regulation by xylan. Several clusters of genes predicted to code for hemicellulases were found in the genome of B. xylanisolvens XB1AT. Finally, a 38kDa GH10 xylanase produced by B. xylanisolvens XB1AT, named Xyn10A, was characterized. The xyn10A gene was cloned and expressed in E. coli. The recombinant Xyn10A was very active against xylan and xylooligosaccharides, and also showed a weak CMC activity. Xyn10A may be periplasmic in B. xylanisolvens XB1AT. This work represents a major contribution to our knowledge of the mechanisms of xylan degradation by representatives of the Bacteroides and Roseburia genera, and also a progress in assessing their respective roles in the human colon ecosystem.Chez l'Homme, les parois végétales contenues dans les fibres alimentaires sont dégradées puis fermentées par les bactéries fibrolytiques du côlon. Le xylane étant l'un des principaux polysaccharides constituant ces parois végétales, deux bactéries possédant de fortes activités xylanolytiques, Bacteroides xylanisolvens XB1AT et Roseburia intestinalis XB6B4, ont été caractérisées. Les activités xylanolytiques de ces espèces vis-à-vis de différents substrats riches en xylanes ont été analysées quantitativement et qualitativement. Ces deux espèces dégradent et fermentent très efficacement ces substrats, mais les colonisent différemment. L'équipement enzymatique de ces souches, comparé par zymogramme, révèle un grand nombre de xylanases dont la masse molaire varie de 37 kDa à 170 kDa. Les activités spécifiques des extraits protéiques des deux bactéries sont très élevées et sont majoritairement associées aux cellules. Les gènes codant pour les xylanases de ces deux espèces bactériennes et d'une troisième bactérie xylanolytique du côlon, Bacteroides sp. XB12B, ont été identifiés. Ils codent pour des xylanases appartenant aux familles 10 et 43 des glycosyl-hydrolases, et sont modulaires. Certaines xylanases ont aussi été identifiées par protéomique. Les conditions d'expression de certains de ces gènes ont été étudiées par PCR quantitative, et montrent une régulation par le xylane. Des regroupements de gènes pouvant être impliqués dans la dégradation des hémicelluloses ont été trouvés dans le génome de B. xylanisolvens XB1A. Enfin, une xylanase de 38 kDa, de la famille 10 des glycosyl hydrolases, produite par B. xylanisolvens XB1AT, a été caractérisée : le gène codant cette enzyme a été cloné et la xylanase, nommée Xyn10A, produite chez E. coli. Cette enzyme, qui pourrait être périplasmique chez B. xylanisolvens XB1AT, dégrade in vitro les xylanes et les xylooligosaccharides, mais aussi très faiblement la CMC. Ces travaux permettent de mieux comprendre les mécanismes de dégradation des xylanes par deux espèces appartenant aux genres majeurs du côlon humain Bacteroides et Roseburia, et représentent une avancée significative dans la connaissance de leurs rôles respectifs dans cet écosystème