BARBE Jessica
Doctorant : E2C
Université Lyon 1
CNRS, UMR 5023 - LEHNA,
Laboratoire d'Ecologie des Hydrosystèmes Naturels et Anthropisés
Bât. Darwin C
F-69622 Villeurbanne Cedex FRANCE
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Mes travaux de thèse portent sur la fonction mitochondriale chez les oiseaux et les mammifères tout en intégrant les effets de la masse corporelle et de la température corporelle, deux paramètres déterminants chez les espèces.
Une grande partie de la littérature utilise la consommation d'oxygène comme proxy du métabolisme, mais sans vraiment connaître l'efficacité des systèmes biologiques à convertir l'oxygène en ATP. Ainsi, en plus de l'étude des flux mitochondriaux, le rapport ATP/O représentant l'efficacité du couplage mitochondrial peut être exploré pour faire ce lien entre la bioénergétique mitochondriale et les performances individuelles. Ce rapport semblant être flexible en fonction de différents paramètres, dont la masse corporelle et la température.
Lors de ma thèse, nous proposons de mesurer des paramètres mitochondriaux (consommation d’oxygène, synthèse d’ATP et production de ROS) et l’efficacité de couplage mitochondrial (ATP/O) d'oiseaux dont la masse corporelle varie de 15 g (pinsons) à 160 kg (autruche) et dont les tissus (muscle squelettique, cœur, foie et sang) seront collectés dans des élevages de la région lyonnaise (abattus pour la consommation de viande), chez des piégeurs agréés (régulation de la population par des sous-décrets ministériels) ainsi que chez des prestataires locaux. Dans le cadre d'une analyse comparative, ce jeu de données sera comparé aux récents patterns allométriques trouvés chez les mammifères (Boël et al., 2019).
Le deuxième aspect de mon travail de thèse s’articulera autour de l'effet de la température corporelle/musculaire des espèces. Les oiseaux et les mammifères sont des endothermes qui maintiennent une température corporelle élevée et constante. Au repos, la température corporelle moyenne des oiseaux est de ~41°C et celle des mammifères de ~37°C. Cependant, lors d'un exercice de haute intensité (vol/course), la température musculaire peut atteindre 44°C et 42°C respectivement. De plus, au niveau des mitochondries, la sélection du carburant diffère entre les deux clades. Alors que les mammifères présentent une dépendance générale aux carbohydrates, les oiseaux peuvent utiliser à la fois l'oxydation des carbohydrates et des lipides pour répondre aux demandes énergétiques. De nombreuses études ont mis en évidence ce dernier point mais sans considérer la température musculaire à différentes intensités métaboliques comme un facteur combiné avec l'utilisation préférentielle du substrat disponible pour la synthèse d'ATP. Nous proposons de faire « un zoom » sur l’étude allométrique en comparant des mitochondries isolées du muscle squelettique de pigeons et de rats de masse corporelle similaire et en mesurant les taux d'oxydation à différentes températures in vitro et en utilisant différents substrats mitochondriaux. Les oiseaux sont un paradoxe : ils présentent des taux métaboliques plus élevés, des températures corporelles plus élevées, une plus grande longévité pour une même masse corporelle, ce qui remet en question diverses théories écologiques. Les différences notables entre les oiseaux et les mammifères pourraient être dues à une différence de fonction mitochondriale dans l'efficacité du couplage sur laquelle la température corporelle aurait un effet direct.
My thesis work focuses on mitochondrial function in birds and mammals while integrating the effects of body mass and body temperature, two determining parameters in the species.
A great part of the literature uses oxygen consumption as an indicator of metabolism, but without really knowing the efficiency of biological systems to convert oxygen into ATP. Thus, in addition to the study of mitochondrial fluxes, the ATP/O ratio representing the efficiency of mitochondrial coupling can be explored to make the bioenergetic link with individual performances. It seems to be flexible according to different parameters, including body mass and temperature.
In my Ph.D. work, we propose to measure mitochondrial bioenergetics (O2 consumption, ATP synthesis, and ROS production) and efficiency (ATP/O ratio) of birds whose body mass varies from 15 g (finches) to 160 kg (ostrich) and whose tissues (skeletal muscle, heart, liver, and blood) will be collected from farms around Lyon (slaughtered for meat consumption), from certified trappers (regulation of population by ministerial sub-decrees) as well as from local providers. In the context of comparative analysis, this dataset will be compared with recent allometric patterns found in mammals (Boël et al., 2019).
The second aspect of my work will focus on the effect of the body/muscular temperature of species. Birds and mammals are endotherms that maintain a high and constant body temperature. At rest, the average body temperature of birds is ~41°C and of mammals ~37°C. However, during a high-intensity exercise (flying/running), muscle temperature can reach 44°C and 42°C respectively. At the mitochondria level, the fuel selection differs between the two clades. While mammals display a general dependence on carbohydrates, birds can use both carbohydrates and lipids oxidation to respond to energy demands. Many studies have highlighted this last point but without considering the muscular temperature at different metabolic intensities as a combined factor with the preferential use of available substrate for ATP synthesis. We propose a focal point for my allometry study by comparing isolated mitochondria from the skeletal muscle of pigeons and rats of similar body mass and measuring the oxidation rates at several assay temperatures, using different mitochondrial substrates. Birds are a paradox with higher metabolic rates, higher body temperatures, longer longevity for the same body mass and thus challenging a variety of ecological theories. The notable differences between birds and mammals could be due to a difference in mitochondrial function in coupling efficiency on which body temperature would have a direct effect.
