A tale of two membranes. Cell envelope transition in Firmicutes

L’enveloppe des bactéries est de la plus haute importance pour leur physiologie, constituant la barrière sélective de la cellule bactérienne. Curieusement, il existe deux types distincts d’enveloppes cellulaires chez les bactéries : les monodermes (Gram-positives), avec une seule membrane, et les didermes (Gram- négatives), qui en possèdent deux. Quand et comment s’est produite la transition entre bactéries monodermes et didermes sont parmi les plus grandes questions en Biologie de l’évolution, et sources d’intenses débats. Nous disposons toutefois d’organismes modèles idéaux pour mieux comprendre cette transition : les Négativicutes et les Halanaérobiales. Ces deux clades bactériens, distincts et variés, représentent une énigme évolutionnaire. Phylogénétiquement, ils appartiennent tous deux à la famille des Firmicutes monodermes typiques. Pourtant, ils possèdent également une membrane externe avec des lipopolysaccharides (LPS), de façon similaire aux bactéries didermes. Mon travail doctoral a ainsi été orienté sur trois objectifs : 1 - Décrire les membranes externes des Firmicutes didermes ; 2 - Élucider l’histoire évolutionnaire de ces enveloppes ; 3 - Trouver un mécanisme de transition entre Firmicutes monodermes et didermes. The bacterial cell envelope is of the utmost importance in bacterial physiology, constituting the selective barrier of the bacterial cell. Curiously, two distinct types of cell envelope exist in bacteria: monoderm (Gram-positive) with a single membrane, and diderm (Gram-negative) with two membranes. When and how the transition between monoderm and diderm bacteria occurred is one of the greatest questions in evolutionary biology, and incites intense debate. Fortunately, we have ideal model organisms that can help better understand this transition: Negativicutes and Halanaerobiales. These two distinct and diverse clades of bacteria represent an evolutionary enigma; they belong phylogenetically to the classical monoderm Firmicutes, yet possess outer membranes (OM) with lipopolysaccharides (LPS) similar to classic diderm bacteria. The three goals of this Doctoral work are to: 1. Describe the outer membranes of diderm Firmicutes, 2. Elucidate the evolutionary history of these envelopes, 3. Find a mechanism of transition between diderm and monoderm Firmicutes.