La division cellulaire est un processus quasi-universel permettant aux cellules de se propager. Elle comprend l'ensemble des mécanismes moléculaires qui permettent à une cellule de dupliquer fidèlement et de partager équitablement son information génétique entre deux cellules filles de même taille dans le cas fréquent de la division cellulaire symétrique qui fait l'objet de cette thèse. Chez les bactéries, pour des raisons historiques, ce phénomène a principalement été étudié chez les deux organismes cylindriques Escherichia coli et Bacillus subtilis. . Leur cycle cellulaire comprend une phase d'élongation impliquant la synthèse du peptidoglycane dit "périphérique" concomitante à la réplication du génome. Cette étape est suivie de l'assemblage au milieu de la cellule, le futur site de division, d'un "anneau" résultant de la polymérisation de la protéine FtsZ (homologue structural de la tubuline). Cet anneau "Z" sert de charpente à l'assemblage du complexe cytokinètique, qui comprend au moins une douzaine de protéines impliquées dans le processus de septation, c'est-à-dire la synthèse du peptidoglycane septal, l'invagination membranaire, la fermeture du septum, la séparation des deux cellules filles ainsi que les dernières étapes de la ségrégation des chromosomes. La cytokinèse demeure largement méconnues chez les bactéries sphériques dont les cellules possèdent, contrairement aux cylindriques, une infinité de plans médians potentiels. Ces organismes comprennent notamment de nombreux pathogènes (Streptococcus, Staphylocococcus) et un certain nombre de cyanobactéries (Synechcocystis PCC6803, Mycrocystis Aeruginaosa ...). Ces dernières sont des organismes importants pour la biosphère et possèdent un fort potentiel biotechnologique. Elles sont également intéressantes pour l'analyse comparative de la morphogénèse et la cytokinèse des cellules sphériques et cylindriques dans un contexte physiologique très semblable (le métabolisme photoautotrophique). En effet, de nombreuses cyanobactéries ont une morphologie cellulaire sphérique tandis que les autres sont cylindriques. Les cyanobactéries, notamment les espèces sphériques, sont également intéressantes pour aider à comprendre la division du chloroplaste qui a une morphologie sphérique et dérive d'une cyanobactérie ancestrale. C'est pour ces différentes raisons que j'ai analysé la cytokinèse de la cyanobactérie sphérique Synechocystis PCC6803, qui se prête bien aux approches de génomique fonctionnelle grâce aux outils développés au laboratoire. 16 Au début de ma thèse, seul quatre facteurs cytokinétiques de Synechocystis (FtsZ, ZipN, et MinCDE) avait été identifiés, grâce aux travaux de notre équipe. Mon travail a débuté par l'identification de facteurs cytokinétiques possible de Synechocystis, en recherchant des orthologues putatifs des protéines du divisome d'E. coli et B. subtilis. Nous avons ainsi repéré 24 protéines potentiellement impliquées dans la division cellulaire de Synechocystis. Ces 24 protéines ont été analysées comme suit: (i) construction et analyse phénotypique (croissance et cytokinèse) de mutants dépourvus (en totalité, ou en partie quand la protéine est indispensable à la croissance) d'un ou plusieurs facteurs; (ii) recherche d'interactions protéiques entre ces nouveaux facteurs et ceux caractérisés auparavant (FtsZ et ZipN; 23 interactions détectées sur 300 testées) ; (iii) localisation subcellulaire de ces nouveaux facteurs; et (iv) influence de l'absence (totale ou partielle) de ces nouveaux facteurs cytokinétiques sur la localisation des polymères de FtsZ (qui ne demeurent pas toujours capables de former un anneau au milieu des cellules). Ces travaux m'ont permis de caractériser 14 facteurs cytokinétiques. Six (SepF, ZipS/Ftn6, DivIVA, FtsQ, FtsI et FtsW) sont essentiels à la croissance, ainsi qu'à la cytokinèse et/ou la morphogénèse de Synechocystis. Sept facteurs (les "penicillin-binding proteins": PBP1, PBP2, PBP3, PBP5, PBP8, PBP6, PBP7) participent à la cytokinèse et/ou à la morphogénèse sans être essentiels. Le dernier facteur (YlmD), semble ne pas intervenir dans la croissance (dans les conditions très favorable du laboratoire) et la morphogénèse mais présente des interactions avec certaines protéines cytokinétiques clés (ZipN, FtsQ et FtsI). J'ai notamment montré : (i) l'importance de chaque classe de PBPs pour la morphogénèse et/ou la cytokinès ; (ii) leurs interactions avec les facteurs cytokinètiques FtsQ, FtsI et FtsW, vraisemblablement impliqués la synthèse du peptidoglycane septal (Article 1); (iii) que les protéines SepF et ZipS/Ftn6 se localisent au septum, en interagissent physiquement avec la protéine FtsZ, et qu'elles influencent la formation et le positionnement des polymères de FtsZ, normalement en anneau au milieu des cellules. SepF est d'ailleurs capable de stimuler la polymérisation de FtsZ in vitro (Article 2); (iv) ZipS/Ftn6 possède un domaine N-terminal analogue (séquence et structure) avec le domaine DnaD de divers facteurs d'initiation de la réplication suggérant que ZipS/Ftn6 pourrait participer au dialogue entre la réplication du génome et la cytokinèse (Article 4); (v) Finalement, j'ai montré que ZipN joue un rôle central dans l'organisation du divisome de Synechocystis, et (vi) intégré et représenté l'ensemble des données disponibles dans un modèle de travail (le premier modèle pour une cyanobactérie, Article 3).

Konstanz, Univ., Diss., 2007.

Berlin, Freie Univ., Diss., 2004. / Dateiformat: zip, Dateien im PDF-Format. Computerdatei im Fernzugriff.

Berlin, Freie Universiẗat, Diss., 2004. / Dateiformat: zip, Dateien im PDF-Format.

Universiẗat, Diss., 2003--Marburg.

Universiẗat, Diss., 2004--Osnabrück.

Universiẗat, Diss., 2005--Bielefeld.

In the Paris Agreement from 2015, nations agreed to limit the effects of global warming to well below 2°C. To be able to reach those goals, cheap, abundant and carbon neutral energy alternatives needs to be developed. The microorganisms that several billion years ago oxygenated the atmosphere; cyanobacteria, might hold the key for creating those energy technologies. Due to their capacity for photosynthesis, metabolic engineering of cyanobacteria can reroute the carbon dioxide they fix from the atmosphere into valuable products, thereby converting them into solar powered cell factories. Of the many products bacteria can be engineered to make, the production of terpenoids has gained increasing attention for their attractive properties as fuels, pharmaceuticals, fragrances and food additives. In this thesis, I detail the work I have done on engineering the unicellular cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 for terpenoid production. By deleting an enzyme that converts squalene into hopanoids, we could create a strain that accumulates squalene, a molecule with uses as a fuel or chemical feedstock. In another study, we integrated two terpene synthases from the traditional medical plant Coleus forskohlii, into the genome of Synechocystis. Expression of those genes led to the formation of manoyl oxide, a precursor to the pharmaceutically active compound forskolin. Production of manoyl oxide in Synechocystis was further enhanced by engineering in two additional genes from C. forskohlii that boosted the flux to the product. To learn how to increase the production of squalene, manoyl oxide or any other terpenoid, we conducted a detailed investigation of each step in the MEP biosynthesis pathway, which creates the two common building blocks for all terpenoids. Each enzymatic step in the pathway was overexpressed, and increased flux was assayed by using isoprene as a reporter and several potential targets for overexpression were identified. The final part of this thesis details the characterization of native, inducible promoters and ribosomal binding sites in Synechocystis.

Ulm, Univ., Diss., 2008.

University, Diss., 2003--Stuttgart.