Etude intégrée du métabolisme de l'hydrogène chez Desulfovibrio fructosovorans : rôle physiologique de l'hydrogénase Hnd bifurcatrice d'électrons

Desulfovibrio fructosovorans, bactérie anaérobie sulfato-réductrice, possède six clusters de gènes codant pour six hydrogénases catalysant l'oxydation réversible de l'hydrogène moléculaire (H2) en protons et en électrons. L'une d'entre elles, l'hydrogénase Hnd, est capable de bifurquer les électrons. Elle couple la réduction exergonique du NAD+ à la réduction endergonique d'une ferrédoxine (Fd) à partir de l'H2. Il a été démontré qu'Hnd est une enzyme à NAD+, sa fonction spécifique restant donc à être établie. Pour comprendre le rôle physiologique de Hnd dans le métabolisme de D. fructosovorans, nous avons comparé la souche mutante délétée d'hnd avec la souche sauvage cultivées sur milieu pyruvate dans différentes conditions. Nos résultats indiquent que l'opéron hnd est régulé au niveau transcriptionnel et que la délétion de hnd a un effet sur l'expression des deux enzymes, une aldéhyde ferrédoxine oxydoréductase et une alcool déshydrogénase ainsi sur la production d'éthanol. De plus, la métabolomique par RMN et la protéomique ont été utilisées pour explorer le rôle de Hnd dans le métabolisme global. Ces résultats révèlent qu'Hnd intervient dans le métabolisme global du carbone et dans d'autres processus tels que la biosynthèse des acides aminés. Nos résultats révèlent que l'hydrogénase Hnd est impliquée dans le métabolisme de l'éthanol lorsque les bactéries se développent en fermentation du pyruvate, et nous ont conduit à proposer qu'Hnd pourrait oxyder une partie de l'H2 produit pendant la fermentation en générant à la fois du NADH et de la Fd réduite, et serait impliquée dans le maintien de l'équilibre redox grâce à son mécanisme de bifurcation des électrons.Desulfovibrio fructosovorans, an anaerobic sulfate-reducing bacterium, possesses six gene clusters encoding six hydrogenases which catalyze the reversible oxidation of hydrogen gas (H2) into protons and electrons. One of these is an electron-bifurcating hydrogenase Hnd, which couples the exergonic reduction of NAD+ to the endergonic reduction of a ferredoxin (Fd) with electrons derived from H2. It was hypothesized that its biological function involves the production of NADPH; however, it was subsequently demonstrated that Hnd is instead a NAD+-reducing enzyme, and its specific function has yet to be established. To understand the physiological role of Hnd in the energy metabolism in D. fructosovorans, we compared the hnd deletion mutant with the wild-type strain grown on pyruvate under different conditions. Our results indicate that the hnd operon is regulated at the transcriptional level and that the deletion of hnd has a drastic effect on the expression of two enzymes, an aldehyde:ferredoxin oxidoreductase and an alcohol dehydrogenase, as well as on the production of ethanol. Additionally, Nuclear Magnetic Resonance-based metabolomics and quantitative proteomics was used to probe the role of Hnd at a global level. The omics results establish that Hnd indirectly intervenes in global carbon metabolism and metabolic processes such as the biosynthesis of amino acids. Our results reveal that Hnd is involved in ethanol metabolism when bacteria grow in pyruvate fermentation. Thus, we propose that Hnd oxidizes part of the H2 produced during fermentation, thereby generating both NADH and Fd, and is involved in maintaining redox balance through its electron bifurcation mechanism