Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Bactéries – Sécrétion“

Le dossier thématique suivant a été rédigé par les étudiantes et étudiants de Master 1 de Biologie de l’École Normale Supérieure de Lyon à l’issue de l’UE Microbiologie Moléculaire et Structurale (2019-2020). Le Master de Biologie de l’ENS de Lyon, cohabilité par l’université Claude Bernard Lyon 1, accueille chaque année environ 50 étudiants en M1 et en M2 et propose une formation de haut niveau à la recherche en biosciences. Chaque étudiant y construit son parcours à la carte, en choisissant ses options parmi un large panel de modules, favorisant ainsi une approche pluridisciplinaire des sciences du vivant, et ce en relation étroite avec les laboratoires de recherche du tissu local, national et international. En participant à diverses activités scientifiques connexes aux UE de leur formation, les étudiants préparent également l’obtention du Diplôme de l’ENS de Lyon, qui valide leur scolarité à l’ENS. La rédaction du présent dossier, qui vise à transmettre de façon claire les messages issus d’une sélection d’articles scientifiques publiés récemment dans le domaine de la microbiologie, constitue l’une de ces activités connexes proposées aux étudiants. Les bactéries peuvent vivre en communautés dont la structure est régulée par de nombreuses interactions abiotiques et biotiques. Les interactions biotiques reposent sur des communications inter-bactériennes qui participent à la mise en place de relations de collaboration, de compétition ou de prédation. Ces communautés bactériennes peuvent en outre être en interaction avec des hôtes animaux, dans le cas des bactéries du microbiote ou des bactéries pathogènes par exemple, ou avec des virus parasites, les bactériophages. Le présent dossier illustre quelques aspects nouveaux de cette communication bactérienne, et de la façon dont les interactions bactéries/hôte ou bactéries/phages peuvent impacter cette communication. Deux nouvelles s’attardent sur des découvertes récentes autour du quorum sensing, une modalité de communication bactérienne permettant l’expression coordonnée des gènes à l’échelle de la population, en fonction de la densité de la population. La nouvelle intitulée « Le monoxyde d’azote : une arme du système immunitaire pour brouiller les communications entre bactéries » illustre comment le quorum sensing chez Staphylococcus aureus, une bactérie opportuniste, peut être affecté par un médiateur du système immunitaire de la souris. La nouvelle intitulée « Un bactériophage exploite le système de communication de son hôte bactérien pour entrer en cycle lytique » montre une stratégie étonnante par laquelle le phage VP882 décrypte des signaux issus du quorum sensing de la bactérie qu’il infecte pour réguler son propre cycle de réplication. Au-delà du quorum sensing, deux nouvelles décrivent de nouvelles modalités de communication inter-bactérienne. La nouvelle intitulée « Les nanotubes bactériens, acteurs de la compétition entre Bacillus subtilis et Bacillus megaterium » met en lumière le rôle des nanotubes, des structures de communication intercellulaire insoupçonnées jusque récemment chez les bactéries. La nouvelle intitulée « La bactérie Vibrio cholerae lyse les bactéries environnantes et assimile leur ADN qu’elle intègre dans son propre génome » illustre comment un système de sécrétion, qui permet l’injection d’effecteurs bactériens dans des cellules cibles, peut être exploité pour faciliter les transferts horizontaux de gènes chez les bactéries. Enfin, pour élargir la réflexion au monde des virus eucaryotes, deux nouvelles montrent comment l’infection virale peut interférer avec la communication entre cellules eucaryotes, sur l’exemple de la communication s’effectuant par l’intermédiaire de vésicules extracellulaires. La nouvelle intitulée « La sécrétion de vésicules extracellulaires par les plaquettes activées à l’origine de la létalité de la dengue ? » discute des mécanismes par lesquels le virus de la dengue déclenche la sécrétion de vésicules extracellulaires par les plaquettes, et des conséquences que cela peut avoir sur l’inflammation et le déclenchement de chocs hémorragiques. La nouvelle intitulée « Le coccolithovirus et Emiliania huxleyi : le détournement viral des vésicules extracellulaires » montre enfin comment ce virus d’algue unicellulaire exploite la communication intercellulaire de son hôte pour augmenter son pouvoir de diffusion au sein de la population, et des conséquences écologiques et géochimiques que cela peut entraîner à grande échelle.

La plupart des bactéries utilisent un système de communication, le quorum sensing, fondé sur la sécrétion et la perception de petites molécules appelées autoinducteurs qui leur permettent d’adapter leur comportement en fonction de la taille de la population. Les bactéries mutualisent ainsi leurs efforts de survie en synchronisant entre elles la régulation de gènes impliqués notamment dans la virulence, la résistance aux antimicrobiens ou la formation du biofilm. Des méthodes ont vu le jour pour inhiber cette communication entre bactéries et limiter leurs effets nocifs. Des inhibiteurs chimiques, des anticorps ou encore des enzymes capables d’interférer avec les autoinducteurs ont été développés et se sont montrés efficaces pour diminuer la virulence des bactéries à la fois in vitro et in vivo. Cette stratégie, appelée quorum quenching, a également montré des effets synergiques avec des traitements antibactériens classiques. Il permettrait notamment d’augmenter la sensibilité des bactéries aux antibiotiques. Ceci constitue une piste thérapeutique prometteuse pour lutter contre les infections bactériennes et limiter les conséquences de l’antibiorésistance.

Les principes, contraintes et questions de recherche relatifs à plusieurs perspectives d’alternatives thérapeutiques aux antibiotiques sont présentés. Différentes approches telles que la phytothérapie et la phagothérapie, basée sur l’activité lytique des phages infectant les bactéries, sont anciennes mais leur utilisation pratique nécessiterait des recherches complémentaires en matière de qualité, efficacité et sécurité ainsi que des évolutions réglementaires. D’autres approches sont plus récentes et requièrent de poursuivre des travaux de recherche avant d’envisager leur application sur le terrain. C’est le cas notamment des peptides de défense de l’hôte, molécules de l’immunité innée produites essentiellement par les cellules épithéliales et phagocytes, qui ont une activité antimicrobienne à large spectre et un pouvoir de régulation de l’immunité. Il y a peu de développement industriel lié à des difficultés techniques, malgré le grand nombre de peptides candidats. Une autre approche concerne le « quorum sensing », lié à la sécrétion de molécules de signalement par les bactéries, qui permet des changements coordonnés chez les bactéries présentes au-delà d’un certain seuil, notamment la production de facteurs de virulence ou de biofilms. Le blocage de ces mécanismes, ou « quorum quenching », pourrait permettre de réguler ces propriétés.

Dans le cadre de l’unité d’enseignement « Rédiger en sciences » proposée par l’université d’Aix-Marseille, les étudiants du Master 2 de microbiologie se sont confrontés aux exigences de l’écriture scientifique. Quatre thématiques leur ont été proposées : les virus géants, les systèmes de sécrétion, la motilité bactérienne et la réparation des protéines oxydées. Après un travail préparatoire effectué avec l’équipe pédagogique et les auteurs des publications originales, les étudiants, organisés en groupes de trois ou quatre, ont rédigé une Nouvelle soulignant les résultats majeurs et l’originalité des quatre articles étudiés. Complété par un entretien avec les chercheurs auteurs de ces articles, l’ensemble offre un éclairage original sur la compréhension du vivant dans le domaine de la microbiologie.

Lors d'études antérieures sur les antigènes de Dermatophilus congolensis, très peu d'attention a été accordée aux hyphes et aux produits d'excrétion/sécrétion (PES) des bactéries en croissance active. Quatre isolats de D. congolensis ont été isolés dans un milieu liquide synthétique, sans sérum, à base de RPMI 1640. Les PES ont été préparés à partir du liquide de culture infectée, par diafiltration et ultrafiltration. Ces méthodes ont produit des quantités de PES suffisantes pour étudier les profils de polypeptides des quatre isolats par SDA-PAGE et Western immunoblotting. Les quatre isolats ont produit un grand nombre de polypeptides en culture, dont la plupart étaient produits par tous les quatre. Néanmoins, des polypeptides propres à chaque isolat étaient également produits. Des études par Western immunoblotting sur des sérums mélangés d'animaux du Ghana affectés de façon chronique, ont montré que certains polypeptides dans les PES d'un isolat du Ghana étaient antigéniques. Lorsque les mêmes sérums ont été testés sur les PES d'un isolat écossais, certains polypeptides du même poids moléculaire que ceux dans l'isolat ghanéen, ainsi que d'autres de poids moléculaires différents, ont été reconnus. Ceci indique que des isolats de D. congolensis de régions géographiques différentes produisent des PES avec des déterminants antigéniques communs.

Le genre Aquilaria Lam. (Thymelaeaceae) comprend 21 espèces d’arbres (The Plant List, 2013) et se trouve principalement en Asie du Sud-Est. Lorsque l’arbre est infecté (champignons, bactéries), son bois devient brunâtre ou noirâtre (appelé bois d’agar) en raison de la sécrétion d’une oléorésine en réaction à l’infection. La résine est très parfumée et a été recherchée et utilisée pendant des siècles par les bouddhistes, les hindous et les musulmans pour faire de l’encens pour les cérémonies religieuses. Cette oléorésine se trouve principalement dans les espèces du genre Aquilaria, mais aussi dans quelques espèces des genres Gyrinops Gaertner et Gonystylus Teijsmann & Binnendijk. Il est difficile de faire la distinction entre ces espèces, et ce manque de connaissances taxonomiques a conduit à une surutilisation des arbres, mettant en danger ces espèces endémiques inscrites à l’Annexe II de la CITES. Nous avons utilisé la chimiotaxonomie comme outil de discrimination pour analyser les molécules polyphénoliques, métabolites secondaires, qui sont connus pour agir comme marqueurs taxonomiques dans d’autres plantes. En utilisant une technique d’analyse simple, efficace et peu coûteuse (chromatographie bidimensionnelle en couche mince), nous avons trouvé la même molécule polyphénolique dans les six espèces du genre Aquilaria étudiées, qui a été identifiée comme mangiférine par analyse colorimétrique et chromatographique en comparaison avec la mangiférine de contrôle. Au cours de ces analyses, nous avons trouvé une relation entre les genres Aquilaria et Gyrinops (botaniquement démontrée) par l’existence occasionnelle de mangiférine chez trois espèces du genre Gyrinops. Nous avons également constaté qu’un laps de temps de cent-quarante ans entre deux échantillons d’herbier de la même espèce n’avait pratiquement aucun effet sur la concentration de mangiférine dans la plante. Ces travaux ont montré les mérites de la chimiotaxonomie dans la recherche de marqueurs taxonomiques et l’originalité de l’analyse colorimétrique d’un métabolite de plante chromatographié en couche mince.

La digestion et l’absorption des aliments chez le poisson sont facilitées tout au long de son tractus digestif par des sécrétions de substances et l’activité des micro-organismes contenus dans son tube digestif. Cyprinus carpio en particulier entretient des relations avec sa flore bactérienne intestinale dont la composition peut être influencée par le type d’aliment ingéré. A cet effet, un essai été mené de Mars à Juin 2020 à la station aquacole de l’Université de Dschang avec pour objectif général de contribuer à l’amélioration de la production piscicole à travers une meilleure connaissance de l’effet de l’aliment sur la flore bactérienne intestinale de Cyprinus carpio. Il a été effectué sur un effectif de 405 carpes communes nourris au zooplancton et à l’aliment artificiel. Des échantillons du contenu de l’intestin ont été prélevés sur 54 poissons et ont été soumis à des cultures bactériennes pour l’identification des genres de bactéries. Les résultats relatifs à l’identification des Firmicutes et Protéobactéries présents dans l’intestin des poissons en fonction du type d’aliment montrent que sept genres de bactéries à savoir Lactobacillus, Staphylococcus, Streptococcus (Firmicutes), Salmonella, Shigella, Klebsiella et Escherichia (protéobactéries) ont été présents. En ce qui concerne l’évaluation des effets du type d’aliment sur l’état de bactéries utiles et pathogènes de la flore intestinale les résultats montrent que quatre étaient pathogènes (Staphylococcus, Streptococcus, Salmonella, Shigella) et trois étaient utiles (Klebsiella, Escherichia et Lactobacillus) pour les poissons. Les résultats relatifs aux abondances des genres de bactérie montrent que les genres Lactobacillus, Klebsiella, Streptococcus et Salmonella sont plus abondants dans l’intestin des carpes qui ont été nourri au zooplancton et à l’association zooplancton et aliment artificiel. Des abondances relatives identiques de 27,78% ont été obtenues pour les genres Staphylococcus, Shigella, Escherichia et Streptococcus dans l’intestin des carpes ayant reçu l’aliment artificiel uniquement. Elles sont supérieures à celles des poissons qui ont reçu le zooplancton uniquement. Les tests de la corrélation effectués entre les caractéristiques de croissances et les caractéristiques de la microflore intestinale de la carpe commune ont révélés que le gain moyen quotidien (0,19 g/j), le gain de poids (2,60 g) et le taux de croissance spécifique (1,94%), sont plus élevées chez les poissons qui ont reçu l’aliment artificiel associé au zooplancton et les plus faible chez ceux qui ont reçu l’aliment artificiel uniquement respectivement pour des valeurs de 0,17 g/j ; 2,44 g et 1,87%. Les bactéries du genre Shigella chez les carpes nourris uniquement au zooplancton ont eu des effets statiquement significatifs sur leur gain de poids et leur gain moyen quotidien. Il ressort de cette étude que le type d’aliment influence la composition bactérienne dans l’intestin des carpes et par conséquent sa croissance. Au vue de ces résultats, il est idéal d’utiliser le zooplancton dans l’aliment pour poisson.

Un dossier d’INRA Productions Animales consacré à l’élevage caprin en 2012 peut surprendre. Représentant moins de 1% du produit brut de l’Agriculture Française, cet élevage largement ancré dans son environnement socioculturel local et dans la tradition de terroirs variés, évoque encore, mais de moins en moins, des images du passé comme celle de la «vache du pauvre» ou de la grandmère gardant trois chèvres au bord du chemin. Cet élevage s’est en effet marginalisé au XIXème siècle et dans la première moitié du XXème siècle dans les pays qui s’industrialisaient, notamment en Europe où l’effectif caprin ne représente plus actuellement que 2% du total mondial. De nombreux arguments ont milité pour éditer ce dossier, d’abord la rapide transformation de l’élevage caprin à la fin du XXème siècle et plus encore dans ces premières années du XXIème siècle, ensuite des travaux originaux conduits récemment sur l’espèce caprine, qui sont venus combler le retard important que cette espèce avait accumulé en matière de recherches agronomiques et vétérinaires. A l’échelle mondiale, l’élevage caprin est celui dont les effectifs ont le plus augmenté au cours de ces vingt dernières années (FAOSTAT 2010) : 4ème troupeau mondial avec plus de 900 millions de têtes (470 millions en 1975) derrière les bovins, les ovins et les porcins ; d’après les prévisions, il deviendrait le 3ème autour de 2015. Nombreuses sont les explications à cette situation un peu paradoxale, mais deux sont souvent avancées par les experts. Cette progression actuelle des effectifs caprins s’observe presque exclusivement dans les pays en développement et dans certains pays émergents. Elle serait surtout due aux difficultés que rencontre le maintien de l’élevage des autres espèces domestiques dans ces zones, dans certains cas du fait de l’appauvrissement des éleveurs et des acteurs des filières animales. Cette progression tient aussi au fait que le marché des caprins a une réalité essentiellement locale et que, dans ces conditions, il n’est pas exposé aux crises internationales que le marché des produits des autres espèces a pu subir au cours des quarante dernières années. En Europe, les effectifs caprins sont restés assez stables : 12,5 M de têtes au total, 1,3 M en France dont 1,1 M de femelles laitières âgées de plus d’un an. La France possède le troisième troupeau (10% des effectifs européens), assez loin derrière la Grèce (37%) et l’Espagne (22%). Il convient de noter la progression importante des effectifs caprins en Roumaine et aux Pays-Bas au cours de la dernière décennie. L’élevage caprin européen, et particulièrement l’élevage français, s’est fortement spécialisé en production laitière puisque 75 à 93% environ du produit brut des ateliers caprins en France provient du lait. En effet, la marge brute que dégage la production de chevreaux de boucherie est réduite en raison des coûts des aliments d’allaitement et des aléas liés à la mortalité périnatale. Des avancées dans les techniques d’élevage, notamment dans les domaines de l’alimentation et de la génétique, ont permis des améliorations assez rapides des performances des femelles laitières. La production laitière moyenne des 240 000 chèvres inscrites au contrôle laitier en 2010 était de 842 kg de lait sur une durée moyenne de lactation de 274 jours avec un taux protéique de 32,3 g/kg de lait et un taux butyreux de 37,0 g/kg de lait. Le plus intéressant à noter, c’est qu’en dix ans la production laitière annuelle au contrôle laitier a progressé de 90 kg, le taux protéique de 1,6 g/kg et le taux butyreux de 2,5 g/kg (Institut de l’Elevage 2012). La France est le premier producteur européen de lait de chèvre avec 30% du lait produit. Plus de 80% de ce lait est transformé en fromages. Même si la consommation présente quelques signes d’essoufflement actuellement, l’augmentation de la production de lait de chèvre depuis plus de trente ans et en conséquence celle des fromages a en général été bien absorbée par la demande, en progression malgré quelques périodes tendues. Ce résultat est dû notamment à de nouveaux produits de qualités rhéologique et organoleptique bien adaptées pour conquérir de nouveaux marchés, à l’utilisation de technologies avancées en matière fromagère et à la bonne image de ce fromage (produit festif et de qualité) auprès des consommateurs. Le secteur caprin en France a suivi l’évolution générale des productions animales : mécanisation du travail, simplification des techniques pour réduire le coût de production et pour améliorer l’efficacité du travail, augmentation rapide de la taille des unités de production. Plus de 35% de chèvres laitières appartiennent à des unités de plus de 350 têtes et la production est de plus en plus concentrée dans une région, le Poitou-Charentes, qui produit plus de 50% du lait de chèvre en France et en transforme encore plus. Bref, cette évolution et ces résultats, malgré un contexte qui tend à devenir de moins en moins favorable, s’expliquent par de multiples raisons, entre autres, la mise en place d’une filière bien organisée, des éleveurs motivés et le plus souvent passionnés par leur métier et une coopération étroite et efficace entre la recherche et le développement tant au niveau national que régional. Cette coopération exemplaire a débuté dès les années 1955-1965 avec des pionniers comme G. Ricordeau, à qui l’on doit la mise en évidence du gène sans corne expliquant le taux élevé d’infertilité en caprins, facteur qui a longtemps freiné le développement caprin (Ricordeau 2008) et J.-M. Corteel, qui a beaucoup travaillé sur la mise au point des techniques d’insémination artificielle (Leboeuf 2013). Ils ont su gagner la confiance des éleveurs, même parfois de petites unités. Ce lien s’est poursuivi et développé ensuite grâce à la création de la section caprine de l’Institut technique ovin et caprin (ITOVIC), mais aussi par des relations directes et personnelles entre chercheurs et responsables du développement ou par des réunions informelles autour de certains problèmes que rencontraient les éleveurs.Cette coopération a très bien résisté dans les années 1980, d’une part, aux nouvelles demandes des éleveurs qui donnaient la priorité aux questions socio-économiques suite à la première crise du prix du lait de chèvre en 1981 et, d’autre part, aux évolutions de la politique de l’INRA, qui face aux nouveaux enjeux scientifiques et technologiques, a été conduit à considérer comme moins prioritaire certaines recherches appliquées intéressant le développement. Ainsi, malgré l’évolution des problématiques scientifiques et des relations entre le monde de la recherche et du développement, mais aussi face au développement rapide de la recherche caprine dans les pays émergents, la recherche caprine en France est toujours très active. Un sondage bibliométrique montre que le nombre de publications avec «dairy goat» en mot-clé, de 250 à 300 par an dans les années 1980-1990, s’est accru nettement au début des années 2000 pour se situer actuellement vers les 700 publications par an. Au cours des dix dernières années, les pays qui ont le plus contribué à ces publications ont été la France, donc l’INRA, suivie par les USA, l’Italie et l’Espagne, eux-mêmes suivis par le Brésil, le Mexique et la Turquie. Ce dossier de la revue INRA Productions Animales a donc pour objectif d’illustrer le dynamisme des recherches menées en France sur les caprins, s’il était encore nécessaire de le faire. Le choix des six thèmes de recherche retenus pour constituer ce numéro n’a pas été aisé en raison du nombre de thèmes possibles. L’ambition de ce dossier n’étant pas d’être exhaustif, la rédaction de la revue et son comité se sont mis d’accord pour ne pas retenir de sujets dans les domaines où les publications ont déjà été nombreuses. C’est le cas, par exemple, de la traite des chèvres laitières (Le Du 1989, Marnet et al 2001), du polymorphisme de la caséine alpha chez les caprins (Grosclaude et al 1994, Manfredi et al 1995) ou encore de la reproduction caprine. INRA Production Animales a en effet déjà publié des articles exhaustifs sur la neuro-endocrinologie de la reproduction chez le caprin (Chemineau et Delgadillo 1994), sur le comportement sexuel de cette espèce (Fabre-Nys 2000), sur la production et la conservation de semence de bouc (Leboeuf et al 2003) et récemment sur la maîtrise de la reproduction de l’espèce caprine (Leboeuf et al 2008). Il a été proposé de sélectionner des thèmes novateurs ou riches en résultats récents, qui intéressent le développement de l’élevage caprin en France, mais aussi de portée internationale. Dans ces conditions, il a d’abord été retenu trois thèmes représentant des dimensions basiques de l’élevage : génétique, pathologie, alimentation avec des articles faisant le point sur les dernières avancées dans chaque secteur, et trois autres thèmes originaux et porteurs d’avenir, le pâturage des chèvres laitières hautes productrices, les apports de la modélisation pour comprendre le fonctionnement du troupeau de chèvres laitières et les techniques rationnelles d’élevage caprin en milieu tropical. Le premier article de Manfredi et Ådnøy (2012) sur la génétique des caprins laitiers, est un travail franco-norvégien illustrant la collaboration continue sur ce thème entre les deux pays depuis près de 50 ans. Il fait le point sur les études de génétique polygénique relatives à la production et à la composition du lait. Il traite de l’approche moléculaire qui démarre en caprins et surtout répond à la question d’actualité sur ce que nous pouvons attendre dans les années futures de la sélection génomique en caprins. Le deuxième article de Hoste et al (2012) sur la pathologie caprine, a réuni des spécialistes de l’INRA, des écoles vétérinaires, de l’Anses et de l’Institut de l’Elevage. Il fait le point sur les recherches en cours et leurs applications concernant diverses pathologies infectieuses d’actualité dans le secteur caprin. Ainsi il passe en revue les principales pathologies provoquées par les prions et les virus, par les agents bactériens et la question des parasites gastro-intestinaux. L’article évoque aussi le projet de la mise en place d’un observatoire des maladies caprines en France. Il se termine par une réflexion intéressante soulignant la proximité des agents pathogènes en ovins et caprins et les différences dans les processus morbides chez ces deux espèces. Il en conclut que des études originales sur caprins sont tout à fait fondamentales pour appréhender certains mécanismes pathogéniques. L’article suivant de Sauvant et al (2012) se propose d’actualiser les recommandations alimentaires des caprins publiées en 2007, pour répondre à une demande du développement. Les avancées dans ce domaine proviennent notamment d’une approche modélisée de la connaissance des nombreuxfacteurs de variation du poids vif, de la production laitière et de la composition de lait. Les lois de réponse plus précises aux apports d’aliments concentrés, les nouvelles lois de réponse concernant la sécrétion des acides gras du lait ainsi que les excrétions d’azote et de méthane, ainsi que les valeurs repères applicables sur le terrain concernant le comportement alimentaire, l’acidose et les besoins en eau sont les principales nouveautés. L’alimentation représente, rappelons-le, 70% en moyenne du prix de revient du litre de lait de chèvre. Parmi les trois articles plus spécifiques sur des sujets originaux, figure l’article de Lefrileux et al (2012) sur l’aptitude des chèvres hautes productrices de lait à valoriser les prairies temporaires au pâturage. Il répond à des demandes variées, notamment la demande sociétale pour une conduite d’élevage plus écologique. Or, peu d’information existe sur ce sujet, d’une part, en raison de la diminution de ce mode d’alimentation à cause des problèmes parasitaires rencontrés et, d’autre part, car la chèvre a la réputation d’être une mauvaise utilisatrice du pâturage et d’avoir un comportement très affirmé pour sélectionner son ingéré. Les auteurs montrent qu’il est possible d’obtenir des performances laitières de 1000 – 1100 kg de lait par an et par chèvre avec des régimes alimentaires où plus de 50% des besoins énergétiques sont couverts par le pâturage. L’étude du fonctionnement du troupeau caprin est un sujet qui a déjà été développé à l’INRA (Santucci et al 1994) mais, au cours de ces dernières années, elle a fait l’objet d’avancées importantes grâce à l’utilisation de la modélisation. L’article de Puillet et al (2012) présente un simulateur de fonctionnement du troupeau caprin laitier permettant de tenir compte de la variabilité individuelle des carrières animales et d’étudier comment les conduites de l’alimentation et de la reproduction mises en œuvre par l’éleveur, modulent les performances du troupeau. De tels outils sont appelés à l’avenir à avoir diverses applications au niveau du terrain pour les agents de développement, par exemple pour quantifier le risque biologique associé à certaines conduites d’élevage. Le Centre INRA des Antilles-Guyane travaille depuis plus de 50 ans sur l’amélioration des systèmes de production caprine en milieu tropical (Alexandre et al 1997). Alexandre et al (2012) présentent dans le dernier article de ce numéro une synthèse sur la situation de l’élevage caprin en zone tropicale. Rappelons que 95% des caprins vivent en milieu tropical. A travers leur grande expérience du sujet, ces auteurs proposent des voies d’amélioration très prometteuses grâce à l’apport d’intrants bien réfléchi techniquement et économiquement, à l’utilisation de l’effet mâle en reproduction et à une complémentation à base d’aliments non conventionnels. Les six articles de ce numéro ne doivent pas occulter les autres recherches sur les caprins effectuées par l’INRA ou d’autres organismes. Comme il n’est pas possible d’être exhaustif, citons simplement quelques exemples qui peuvent intéresser le développement : la maîtrise de la reproduction femelle sans utilisation d’hormones pour répondre aux cahiers des charges de certains produits caprins labellisés (Brice et al 2002) ; la monotraite, technique qui a priori séduit les éleveurs en permettant une réduction de charge de travail (Komara et Marnet 2009) ; les risques d’acidose en liaison avec le comportement alimentaire des chèvres laitières, trouble métabolique encore fréquent avec certainstypes de régimes et dont les conséquences économiques peuvent être importantes (Desnoyers et al 2009) ; l’évaluation des systèmes de production caprine (Bossis et al 2008, Toussaint et al 2009) sans oublier les travaux de technologie laitière réalisées par l’ITPLC sur le fromage de chèvre (Raynal-Ljutovac et al 2007a). Il faut noter aussi le début d’études sur le bien-être des caprins (Servière et Morand-Fehr 2012) et le besoin de travaux sur les lactations longues (14 - 20 mois),technique qui séduit de plus en plus d’éleveurs. Nous devons aussi signaler deux documents importants, l’un sur la qualité du lait de petits ruminants (Haenlein et al 2007) et l’autre sur la production et la qualité de la viande caprine (Mahgoub et al 2011) dans lesquels les travaux de recherches français sur l’influence des systèmes d’alimentation sur la qualité du lait de chèvre (Morand-Fehr et al 2007), sur la stabilité à la chaleur de ce lait (Raynal-Ljutovac et al 2007b) et sur la composition lipidique du chevreau (Morand-Fehr et al 2011) sont présentés. Il nous reste à souhaiter que la lecture de ce numéro apporte une somme d’informations originales à tous les lecteurs cherchant à prendre connaissance des dernières avancées de la recherche caprine et que la recherche caprine se maintienne et se développe à l’avenir en France pour répondre aux demandes de la filière, mais aussi en milieu tropical où les caprins jouent un rôle socio-économique essentiel pour certaines populations rurales.

Wolbachia est une bactérie Gram(-) intracellulaire modifiant la reproduction de nombreux arthropodes. Chez l'isopode Armadillidium vulgare, la souche wVulC entraîne la féminisation des mâles. Nous avons caractérisé deux opérons vir s’exprimant dans tous les tissus hôtes et codant un système de sécrétion de type IV (T4SS) pouvant permettre d'exporter des effecteurs bactériens vers le cytoplasme de l'hôte. La comparaison des séquences et de l'organisation des gènes de 37 souches de Wolbachia a révélé la forte conservation des deux opérons vir suggérant l'importance du T4SS dans la biologie de la bactérie. Nous avons également identifié, dans le génome en cours de séquençage de wVulC, 66 gènes codant des protéines à domaines ankyrines. Ces motifs forment des sites d'interactions protéine-protéine chez les eucaryotes et sont supposés être impliqués chez Wolbachia dans l'interaction avec des protéines de l’hôte. Nous avons montré qu'une des trois copies du gène pk2 de wVulC, n'est exprimée que chez des souches féminisantes mais chez aucune des 3 souches induisant l’incompatibilité cytoplasmique chez les isopodes terrestres. Ce produit du gène pk2 pourrait être impliqué dans la féminisation de l’hôte. Toutefois, nous avons réalisé des tests d'interaction par double-hybride en levures et par la méthode CRAfT (Crerecombinase Reporter Assay for Translocation) entre les protéines du T4SS et cinq protéines à domaines ankyrines dont Pk2 afin de savoir si ces dernières étaient sécrétées par ce système. Les résultats montrent qu'aucun des cinq produits de gènes ank testés n'est sécrété par la bactérie mais se révèlent encourageants pour identifier les effecteurs de Wolbachia
Wolbachia are intracellular Gram(-) bacteria that are reproductive manipulators of many arthropods. In the isopod Armadillidium vulgare, the Wolbachia wVulC strain induces male feminization. Here, we characterized two vir operons which are expressed in all host tissues and which encode a type IV secretion system (T4SS) used to translocate bacterial effectors into host cytoplasm. Gene organization and sequence comparison in 37 Wolbachia strains highlighted the high conservation of both vir operons and their importance for the biology of the bacteria. We also identified in the on-going assembly of the wVulC genome, 66 ankyrin domain-encoding genes. Ankyrin motifs are known to mediate protein-protein interactions in eukaryotic organisms and thus are suggested to mediate in Wolbachia the interaction with host molecules. We showed that one of the three copies of the wVulC pk2 gene is only expressed in feminizing strains but not in the three strains inducing cytoplasmic incompatibility in terrestrial isopods. The associated Pk2 protein could be involved in male feminization. We thus tested the interaction between three T4SS proteins and five ankyrins (including Pk2) via the yeast twohybrid and CRAfT (Cre-recombinase Reporter Assay for Translocation) methods. None of the five ankyrin proteins were revealed to be secreted by the wVulC strain. Nevertheless, this promising approach may enable us to identify Wolbachia effectors

La sécrétion de protéines par les microorganismes représente un outil important pour étudier la migration des protéines. De telles études peuvent aussi avoir des répercussions en biotechnologie pour produire des protéines étrangères dans le milieu de culture. La production de nombreuses protéines par Myxococcus xanthus et d’hémolysine par Escherichia coli représentent deux exemples pour aborder la sécrétion de protéines dans le milieu de culture par bactéries à Gram négatif. Chez Myxococcus xanthus, nous avons déterminé la production de l’activité phosphatase acide périplasmique et des activités bactériolytique et protéasique extracellulaires au cours de la croissance, parallèlement aux protéines totales extracellulaires. Ces résultats ont démontré que la présence d’enzymes dans le milieu de culture résulte bien d’un mécanisme de sécrétion. L’obtention et l’étude biochimique et génétique de mutants de transposition affectés dans la production d’enzymes extracellulaires a révélé l’existence d’un mécanisme de sécrétion complexe, régulant la production coordonnée d’une cinquantaine de protéines produites pendant la phase de croissance exponentielle. Chez Escherichia coli nous avons montré que l’hémolysine est une protéine 107Kd sécrétée en phase exponentielle par des souches possédant un déterminant HLY. Un déterminant HLY se compose de quatre gènes contigus appelés hlyC, hlyA, hlyB et hlyD. Le gène hlyA code pour une protéine non hémolytique de 107Kd activée par le produit du gène hlyC. Les formes active ou inactive sont transportées grâce à un mécanisme de transport spécifiques post-traductionnel dont les fonctions sont codées par les gènes hlyB et hlyD. Ces protéines reconnaissent une « séquence topo-génique » de la partie COOH-terminal de la protéine de 107Kd et permettent le passage de la protéine directement du cytoplasme dans le milieu de culture. Les mécanismes de sécrétion chez ces deux bactéries à Gram négatif peuvent représenter des alternatives, pour la sécrétion de protéines d’intérêt industriel, aux systèmes actuellement utilisés.

Nous avons étudié le mécanisme de sécrétion de Myxococcus xanthus, bactérie à gram-négatif, en utilisant comme sonde une protéine étrangère, la phosphatase hyperacide de Escherichia coli, qui est partiellement sécrétée chez M. Xanthus. Nous devions tout d'abord cloner son gène, appA, sous contrôle d'un promoteur inductible. En utilisant le gène lact comme gène rapporteur, nous avons comparé l'efficacité d'induction de deux promoteurs chez M. Xanthus, l'un endogène, le promoteur carQRs, inductible par la lumière, et l'autre exogène, le promoteur hybride tac, inductible par l'IPTG chez E. Coli en présence du gène répresseur lacIq: le système lacIq ptac est fonctionnel et inductible par l'IPTG chez M. Xanthus, mais le promoteur carQRs est plus fort chez M. Xanthus. Malgré de nombreux essais, nous ne sommes cependant pas parvenu à obtenir une souche de M. Xanthus chez laquelle la production de phosphatase hyperacide était inductible par la lumière. Nous avons alors clone le gène appA en aval du promoteur tac, puis obtenu une souche de M. Xanthus chez laquelle la production de phosphatase était inductible par l'IPTG. Par dosage, après induction, de l'activité appA dans les cellules et dans le surnageant, au cours du temps, et à trois niveaux d'induction différents, nous avons obtenu des cinétiques de sécrétion de la phosphatase hyperacide chez M. Xanthus dont l'analyse nous a permis de poser les bases d'un modèle de sécrétion chez M. Xanthus

Les entérobactéries des genres Xenorhabdus et Photorhabdus associées symbiotiquement à des nématodes des sols sont pathogènes par injection chez de nombreux insectes. Un locus codant pour un système de sécrétion de type III (ou TTSS) qui permet de délivrer des protéines bactériennes dites effectrices dans le cytosol de la cellule hôte, a été identifié chez Photorhabdus luminescens. Ce locus code pour la machinerie de sécrétion/translocation, des régulateurs de l'expression génique et une protéine effectrice LopT, homologue à la cytotoxine YopT de Yersinia. Un deuxième effecteur potentiel, homologue au premier et appelé LopT2 a été identifié dans une autre partie du génome à proximité d'un vestige de phage. L'objectif de ce travail a été de caractériser ce système de sécrétion et d'évaluer son rôle dans le processus infectieux chez l'insecte. Dans un premier temps, nous avons démontré en utilisant des souches de Xenorhabdus et Photorhabdus constitutivement marquées à la GFP (Green Fluorescent Protein) que ces deux bactéries avaient une localisation extracellulaire dans l'insecte. Le système de sécrétion de type III est présent chez toutes les espèces de Photorhabdus suggérant une acquisition avant la séparation des espèces mais pas chez Xenorhabdus. De plus, les composants de la machinerie de sécrétion sont hautement conservés mais les effecteurs prédits diffèrent entre P. Luminescens et P. Asymbiotica, deux espèces au spectre d'hôte différent (respectivement les Invertébrés et l'Homme). L'expression hétérologue chez Yersinia nous a permis de montrer que LopT ou LopT2 sont transloqués dans le cytoplasme de cellules de mammifères, comme le démontre l'apparition d'une forme électrophorétique différente de la GTPase RhoA. De plus, des études in vitro, ont mis en évidence que LopT est capable de libérer RhoA et Rac des membranes de cellules humaines et d'insectes. En outre, des essais d'infection réalisés in vivo chez le lépidoptère Spodoptera littoralis et chez l'orthoptère Locusta migratoria avec une souche de TT01 arborant une fusion traductionnelle des gènes lopT ou lopT2 avec le gène rapporteur GFP ont révélé que ces deux gènes sont induits uniquement dans des sites de défense tels que les nodules. Le mutant de la machinerie de sécrétion d'une part, n'induit plus la formation de nodules et d'autre part, est phagocyté par les macrophages d'insecte suggérant que LopT et LopT2, ou d'autres effecteurs, joueraient un rôle primordial dans l'inhibition de la phagocytose et indiquant un lien entre l'expression du TTSS et la nodulation chez l'insect

L’hémagglutinine filamenteuse (FHA) de B. Pertussis est sécrétée par la voie à deux partenaires ou voie « TPS ». Les deux protéines impliquées sont l’adhésine FHA et son transporteur de membrane externe FhaC. La maturation finale de FHA est assurée par l’autotransporteur (AT) SphB1. Mon travail de thèse inclus l’étude des relations structure/activité de FhaC. En analysant les propriétés « canal » de dérivés de FhaC et leur capacité à sécréter FHA, nous avons proposé que la translocation se réalise par le pore de FhaC. A partir de l’obtention de la structure cristalline de FhaC, nous avons déterminé les fonctions des éléments structuraux conservés : une boucle L6 extracellulaire qui obstrue le canal ainsi que 2 domaines POTRA périplasmiques responsables de l’interaction avec FHA. Ces données structure/fonction nous ont permis de proposer un modèle de translocation de FHA. Par ailleurs, nous avons étudié les propriétés physico-chimiques de différents mutants de l’AT SphB1.

Le système de sécrétion de type II (T2SS) assure le transport de protéines sous une forme repliée du périplasme dans le milieu extracellulaire. Ce système est largement exploité par les bactéries à Gram négatif pathogènes des plantes, des animaux et de l'homme où il permet la sécrétion de facteurs de virulence (des toxines et des enzymes lytiques). La bactérie phytopathogène Dickeya dadantii utilise le T2SS appelé Out, pour sécréter une douzaine de pectinases qui dégradent les parois des cellules végétales. Les protéines sécrétées par le T2SS n'ont pas de motif de sécrétion apparent et leur sécrétion implique plusieurs interactions transitoires avec les composants du système. La nature moléculaire de ces interactions n'est pas connue. Afin de capter ces interactions transitoires lors du processus de sécrétion, j'ai utilisé le pontage dirigé in vivo. Cette technique repose sur l'incorporation d'un analogue photoréactif d'un acide aminé (le para-benzoyl Lphénylalanine, pBpa) à la place des résidus soupçonnés de faire partie d'un site d'interaction. Le pontage est ensuite activé par une courte exposition des cellules aux UV ce qui permet la formation des complexes protéiques. Tout d'abord, cette technique a été utilisée pour introduire le pBpa dans plusieurs régions exposées à la surface d'une exoprotéine, PelI. Cette stratégie a permis de mettre en évidence qu'un élément structural, la boucle 3 du domaine Fn3 de PelI, est impliquée dans l'interaction avec la sécrétine OutD, le composant du T2SS situé dans la membrane externe, et avec le domaine PDZ d'OutC, un composant de la membrane interne. Ces résultats suggèrent que la boucle 3 fait partie d'un motif de sécrétion. Deux autres régions ont été identifiées au sein de PelI : le linker entre les deux domaines de PelI qui est impliqué dans l'interaction avec OutD et une région exposée du domaine catalytique qui interagit avec la protéine OutC. La même approche a été utilisée pour introduire le pBpa dans les deux composants du T2SS, OutC et OutD. Ces expériences ont suggéré que le domaine PDZ d'OutC interagit avec une autre exoprotéine, PelB. Cette étude, de façon complémentaire à d'autres approches, nous a permis de démontrer certains détails moléculaires essentiels de la sécrétion par le T2SS
The type II secretion system (T2SS) transports folded proteins from the periplasm through the outer membrane into the milieu. In many pathogenic Gram-negative bacteria, the T2SS secretes various virulence factors in host tissue and is directly involved in pathogenesis. The phytopathogen Dickeya dadantii secretes a dozen of pectinases through a T2SS named Out. The secreted proteins are lacking an obvious common signal and secretion is thought to involve multiple transient interactions of folded exoproteins with several T2SS components. Molecular nature of these interactions remains unknown. To address this question we used an in vivo sitespecific photo-crosslinking approach to capture such transient interactions within the functional T2SS of D. dadantii. In this technique, the photo-crosslinker para-benzoyl-L-phenylalanine, pBpa, is introduced in vivo in place of a residue of interest and UV-irradiation of living cells provokes the formation of complexes between the protein of interest and its partners. First, in a systematic approach, pBpa was introduced at several surface-exposed sites of the secreted protein PelI. This strategy permitted us to identify that one structural element, loop 3 of Fn3 domain in PelI, interacts both with the secretin, the outer membrane T2SS component, and with the PDZ domain of OutC, an inner membrane T2SS component. These results suggest that this loop 3 is a part of the secretion motif. The same approach permitted us to identify two other regions of PelI interacting with the T2SS: a linker situated between the two domains of PelI, which interacts with OutD, and an exposed region of the catalytic domain of PelI interacting with OutC. In another approach, pBpa was introduced into the T2SS components, OutC and OutD. These experiments suggested that the PDZ domain of OutC interacts with the secreted protein PelB. This study, in complement with other approaches, allowed us to uncover some important molecular features of the protein secretion by the T2SS

Les systèmes de sécrétion de type III (SST3) sont utilisés par certaines bactéries pathogènes, afin d’injecter des effecteurs au travers des membranes cellulaires eucaryotes, entraînant la colonisation de l’hôte et la paralysie de ses défenses. Récemment, des gènes SST3 ont été détectés chez Pseudomonas fluorescens, une rhizobactérie saprophyte retrouvée inopinément en milieu clinique. La diversité, la phylogénie et la virulence associée aux gènes SST3 ont été étudiés chez des P. Fluorescens issus de milieux hospitaliers ou de plantes. Un 1er groupe réunit les isolats d’infections sanguines, proches des espèces P. Putida et P. Mosselii. Ces bactéries portent des gènes SST3 de la famille Ysc présentant 99% d’homologie à ceux du pathogène opportuniste, P. Aeruginosa. Un 2d groupe intègre les autres isolats hospitaliers (expectoration, abcès) aux côtés des souches environnementales. Ces bactéries sont psychrotrophes et présentent une diversité phylogénétique plus vaste. Les membres sont porteurs de gènes SST3 appartenant à la famille Hrp1, trouvés chez le phytopathogène P. Syringae. Une étude des composants externes de P. Fluorescens modèles issus de ces travaux a été réalisée par microscopie électronique en transmission. Elle révèle les 1ères images d’un SST3 chez P. Fluorescens. Il s’agit d’un pilus Hrp1 d’environ 1,5 μm de long, dont la production est induite par des sucres végétaux et fongiques. Ces SST3 seraient impliqués dans l’induction des systèmes de défense des plantes. Notre étude révèle aussi la présence de faisceaux dendritiques imposants et de vésicules, possiblement impliqués dans l’adhésion, la nutrition et/ou la communication des colonies microbiennes
Type III secretion systems (T3SS) are used by some pathogenic bacteria to inject effectors through the eukaryotic cell membranes. These structures allow the colonization of the host cell and the paralysis of its defenses. Recently, T3SS genes were detected in Pseudomonas fluorescens saprophytic rhizobacterium surprisingly found in clinical environment. The T3SS genes diversity, phylogeny and virulence were investigated in P. Fluorescens found in hospital or plant environments. A cluster integrates isolates of blood infections, close to P. Putida and P. Mosselii species. These bacteria harbor T3SS genes belonging to Ysc family and share 99% of homology with T3SS of the opportunistic pathogen P. Aeruginosa. The second cluster includes other hospital isolates (respiratory tract or abscess) close to environmental P. Fluorescens. These bacteria are psychrotrophs and have a broader phylogenetic diversity. Their T3SS genes belong to the Hrp1 family, usually found in the plant pathogen P. Syringae. A study of external components of some P. Fluorescens models was performed by transmission electron microscopy. It reveals the first images of a P. Fluorescens T3SS. This T3SS is a Hrp1 pilus of around 1. 5 μm long whose production is induced by plant and fungal sugars. It could be involved in the induction of plant defense systems. Our study also reveals the presence of dendritic fibril bundles and vesicles, possibly involved in adhesion, nutrition and /or communication at the scale of the microbial colony

Bordetella pertussis, la bactérie à gram négatif responsable de la coqueluche, synthétise et sécrète de nombreuses toxines et adhésines dont l'hémagglutinine filamenteuse (FHA). La FHA est l'adhésine majeure responsable de la fixation de la bactérie au tractus respiratoire de l'hôte ainsi que la protéine extracellulaire la plus abondante de B. Pertussis. Elle est synthétisée avec un peptide-signal clivé à son passage de la membrane cytoplasmique, suggérant qu'elle traverse la membrane cytoplasmique via la machinerie sec. Elle traverse ensuite la membrane externe via une seule protéine auxiliaire spécifique, FhaC. Ce mode de secrétion à 2 partenaires, la protéine sécrétée et sa protéine auxiliaire spécifique ( "Two-Partner-Secretion" ou TPS), est présent chez diverses bactéries pathogènes. Nous avons cherché à déterminer si la FHA traverse le périplasme en cours de sécrétion, et à étudier l'influence de sa conformation sur sa sécrétion via FhaC. Nous avons greffé par voie génétique à un troncat N-terminal de la FHA, un domaine protéique qui adopte un repliement globulaire maintenu par un pont disulfure intramoléculaire, CtxB. La formation de ce pont disulfure est catalysée par une disulfide oxydase périplasmique, DsbA. La sécrétion de cette protéine chimérique n'a été possible que lorsque la formation du pont disulfure de CtxB était empêchée
L'observation qu'un domaine globulaire entrave la sécrétion de la FHA via FhaC, suggère que la FHA pourrait transiter par le périplasme sans s'y replier, et traverser la membrane externe dans une conformation étendue. FhaC appartient à une famille de protéines de membrane externe (TpsB) toutes impliquées dans la sécrétion de facteurs de virulence et peu caracterisées. FhaC a été purifiée et incorporée dans des membranes artificielles ou elle formerait des canaux perméables aux sucres et aux ions. Nous avons également établi un modèle topologique de FhaC selon lequel FhaC formerait un tonneau dans la membrane externe, et l'avons testé par l'insertion aléatoire d'épitopes. Nos résultats ont confirmé que l'extrémité N-terminale est exposée à la surface cellulaire et que la moitié C-terminale forme un tonneau transmembranaire. Enfin, un changement de conformation a été mis en évidence dans la portion C-terminale de FhaC au cours de la sécrétion de la FHA

Myxococcus xanthus est une bactérie à gram-négatif qui sécrète de nombreuses activités enzymatiques durant la phase exponentielle de croissance. Nous avons tenté dans une première étape de cloner un gène de structure de l'une des trois activités sécrétées par cette bactérie: protéase, endoprotéase acide et glucanase en utilisant le promoteur mobile Ptac permettant de créer des phénotypes conditionnels inductibles par l'IPTG. Les résultats que nous avons obtenus ont montré que le clonage d'un fragment d'ADN de M xanthus situé en aval du Ptac dans E. Coli est faisable. Mais l'obtention conditionnelle par cette méthode n'a pas été possible faute de méthode de criblage suffisamment fiable. L'analyse des mutants d'insertion obtenus montre que la majorité sont affectés dans la production de certaines des activités seulement et sont vraisemblablement des mutants de régulation. Une du mutant paraît toucher le mécanisme de sécrétion et le cycle de développement multicellulaire et pourrait faire partie d'une famille comprenant au moins 6 gènes suggérant une relation entre mécanisme de sécrétion et le développement