Un réseau métabolique fragile adapté à la coopération dans la bactérie symbiotique Buchnera aphidicola

CONTEXTE : Les analyses in silico fournissent des informations précieuses sur la biologie des pathogènes obligatoirement intracellulaires et des symbionts à génomes réduits. Il existe une opportunité particulière d'appliquer des outils à l'échelle des systèmes développés pour la bactérie modèle Escherichia coli afin d'étudier l'évolution et la fonction des bactéries symbiotiques qui sont métaboliquement spécialisées pour surproduire des nutriments spécifiques pour leur hôte et, remarquablement, possèdent un complément génique qui est un sous-ensemble du génome d'E. coli. RÉSULTATS : Nous avons reconstruit et analysé le réseau métabolique du gamma-protéobactérium Buchnera aphidicola (symbiont du puceron pois) comme modèle pour utiliser des approches à l'échelle des systèmes afin de découvrir des traits clés des symbionts à petits génomes. Le réseau métabolique est extrêmement fragile avec > 90 % des réactions essentielles à la viabilité in silico ; et il est structuré de telle sorte que la bactérie ne peut pas croître sans produire l'acide aminé essentiel, l'histidine, qui est libéré à l'hôte insecte. De plus, la quantité d'acide aminé essentiel produite par la bactérie in silico peut être contrôlée par l'approvisionnement en substrats de carbone et d'azote de l'hôte. CONCLUSION : Cette analyse à l'échelle des systèmes prédit que la fragilité du réseau métabolique bactérien rend la bactérie symbiotique intolérante aux fluctuations environnementales drastiques, tandis que le couplage de la production d'histidine à la croissance empêche la bactérie d'exploiter les nutriments de l'hôte sans réciprocité. Ces traits métaboliques sous-tendent la contribution nutritionnelle soutenue de B. aphidicola à l'hôte et, avec l'impact des substrats dérivés de l'hôte sur le profil de nutriments libérés par les bactéries, soulignent un rôle dominant de l'hôte dans le contrôle de la symbiose.