Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Enveloppe cellulaire bactérienne“

Malgré des réglementations contraignantes, l’usage des antibiotiques en préventif est encore répandu en aquaculture, particulièrement pendant les phases critiques (stades précoces, métamorphose, transferts d’animaux), mais aussi chez des animaux en croissance. En plus des améliorations que l’on peut encore apporter en matière de zootechnie et de prophylaxie traditionnelle, des méthodes alternatives sont maintenant disponibles ou en développement. Les préparations microbiennes commercialisées pour les élevages terrestres sont de plus en plus utilisées pour les élevages de crevettes et de poissons, mais chaque espèce ou élevage demanderait des expérimentations particulières pour déterminer les produits et les doses les plus efficaces. En effet, les réponses des animaux à l’ajout des probiotiques peuvent être variables et l’absence de données fiables freine leur application en routine. Les probiotiques d’origine terrestre contenant des Lactobacillus, des Bacillus ou d’autres bactéries de genres connexes, ou bien encore des levures, ne conviennent pas pour les mollusques bivalves comme les huîtres, les coquilles St Jacques, les palourdes. Seules quelques bactéries marines sélectionnées protègent les larves de bivalves contre les infections bactériennes. Cependant, l’utilisation pratique de ces bactéries gram (-) pose de nombreux problèmes d’autorisation légale, de production, de conservation et de distribution. L’intérêt des probiotiques réside dans leurs effets multiples, qui associent à des activités antibactériennes, des effets sur l’hôte telles que la stimulation de la réponse immunitaire ou celle de la croissance, bien que les mécanismes d’action ne soient pas clairement identifiés. Par contre ils n’ont pas la même efficacité que les antibiotiques pour stopper une infection. Les prébiotiques comme les fructo-oligosaccharides constituent une autre possibilité d’améliorer la santé des animaux, et des essais ont montré leur efficacité chez les alevins de turbot par exemple. Une troisième alternative est représentée par les peptides antimicrobiens. Ces molécules ont un large spectre d’activité antimicrobienne. Ils peuvent tuer des bactéries gram (-) et gram (+), des champignons ou des virus enveloppés. Plusieurs de ces peptides viennent d’être découverts chez les invertébrés marins (crevettes et huîtres), où ils sont un élément essentiel de la défense de ces animaux sans immunité acquise. Ils pourraient remplacer avantageusement les antibiotiques à terme. Ils devraient générer moins de résistances chez les microorganismes cibles, car ils agissent sur les membranes cellulaires et ils devraient être plus vite dégradés sans produire de résidus.

L'enveloppe cellulaire bactérienne joue plus qu'un rôle de barrière d'échange. Elle est au coeur des processus cellulaires essentiels comme la morphogenèse et la division. Cette structure abrite environ un quart des protéines codées par le génome. Le but de mon travail a été de mieux comprendre le rôle de deux protéines membranaires dans la construction et la dynamique de l'enveloppe chez Bacillus subtilis. GluP est une protéase intramembranaire rhomboïde. Ces protéases clivent des segments transmembranaires dans la membrane afin de moduler l'activité de diverses protéines. Elles participent à de nombreux processus cellulaires chez les eucaryotes. Cependant, les fonctions biologiques des rhomboïdes procaryotes sont pour l'heure presque totalement inconnues. Nos résultats suggèrent que GluP participe au contrôle qualité des protéines membranaires à la manière des pseudo-rhomboïdes associées au système ERAD eucaryote. Elle forme un complexe avec FtsH, une protéase majeure du contrôle qualité des protéines. Ce complexe est impliqué dans la dégradation d'un substrat de rhomboïde. Le rôle de GluP serait de permettre la dislocation du segment transmembranaire et faciliter la prise en charge du substrat par FtsH. Le second projet auquel j'ai participé a consisté à comprendre le rôle de la protéine CmmB dans la morphogenèse. Son absence conduit à une morphologie cellulaire élargie. CmmB semble faire partie de la machinerie de synthèse du peptidoglycane au cours de l'élongation de la paroi. Elle serait nécessaire au bon fonctionnement d'une ou de plusieurs penicillin-binding proteins (PBPs). En particulier, nous proposons que CmmB est un cofacteur de la transpeptidase PBP2a
The bacterial cell envelope is an obligatory barrier. It is a fundamental component in essential cellular processes such as morphogenesis and cell division. It hosts about a quarter of the proteins encoded in the genome. My work was aimed at understanding the function of two membrane proteins in the building and the dynamics of the cell envelope in the model bacterium Bacillus subtilis.GluP is a rhomboid intramembrane protease. Usually, rhomboids cleave transmembrane segments within the membrane to modulate protein functions. In eukaryotes, they participate in many cellular processes and their dysfunction lead to several pathologies. However, prokaryotic rhomboid functions remain almost totally unknown. Our results suggest that GluP is involved in bacterial membrane protein quality control, in a process akin to pseudo-rhomboid dependent endoplasmic reticulum associated protein degradation in eukaryotes. GluP forms a complex with FtsH, a major protease in protein quality control. That complex is not involved in the cleavage of a membrane substrate but in its degradation. We propose that GluP is required for the dislocation of the transmembrane segment, thus facilitating full-length substrate degradation by FtsH in the cytoplasm. My thesis second objective was to understand the role of the CmmB protein in morphogenesis. The absence of CmmB leads to slightly enlarged cells. CmmB seems to belong to the peptidoglycan synthesis machinery for cell-wall elongation. Our data support the idea that it is required for the proper activity of one or several penicillin-binding proteins (PBPs). In particular, we propose that CmmB is a cofactor of the PBP2a transpeptidase

L’enveloppe bactérienne est l’une des structures cellulaires les plus anciennes et les plus fondamentales. Toutefois, de nombreux aspects concernant sa diversité et son histoire évolutive sont encore inconnus. Dans cette thèse, j’ai profité du nombre croissant de génomes disponibles dans les bases de données publiques, afin de mener une analyse de phylogénomique et de génomique comparative à une large échelle évolutive. Les deux objectifs de ce travail doctoral étaient (i) d’identifier de nouvelles lignées didermes au sein des Firmicutes pour éclairer la transition monoderme/diderme, et (ii) d’élucider l’histoire évolutive de l’enveloppe cellulaire chez les bactéries et d’en déduire la nature chez le LBCA.En résumé, les résultats que j'ai obtenus au cours de cette thèse fournissent une avancée significative dans notre compréhension de la diversité et de l'évolution de l'enveloppe cellulaire, et sur l'une des transitions majeures de l'histoire des bactéries, celle entre les monodermes et les didermes
The bacterial envelope is one of the oldest and most fundamental cellular structures. Yet, many aspects of its diversity and evolutionary history are unknown. In this thesis I have taken advantage of the large available genomic data to investigate the issue through a large-scale phylogenomic and comparative genomic analyses at the level of Bacteria. The two goals of this doctoral work were (i) to identify putative new diderm lineages in the Firmicutes to illuminate the monoderm/diderm transition, and (ii) to elucidate the evolutionary history of the cell envelope in Bacteria and infer its nature in the LBCA. To sum up, the results I obtained during this thesis provide a timely and significant advancement to our understanding of the diversity and evolution of the cell envelope, and on one of the major transitions in the history of Bacteria, that between monoderms and diderms

La symbiose rhizobium-légumineuse est une intéraction étroite entre plante et bactérie. Au cours de cette symbiose, la bactérie est hébergée par la plante au sein d’organes symbiotiques où elle fixe l’azote atmosphérique pour la plante. Les espèces de légumineuses du groupe des IRLC et des Dalbergioïdes peuvent contrôler les rhizobia symbiotiques et induire un processus de différenciation particulier grâce à la production massive de peptides riches en cystéines (NCR) spécifiques aux nodosités. In vitro, les peptides NCR cationiques ont des activités de perméabilisation de la membrane sur de nombreuses bactéries. La manière dont les rhizobiums s'adaptent pour résister à ce stress intense reste encore aujourd’hui mal compris. Deux axes de recherche principaux ont été menés au cours de cette thèse, tous deux liés à la compréhension de la réponse des bactéries à la différenciation terminale imposée par les peptides NCR. D'un côté, nous avons analysé certaines fonctions bactériennes pour leur rôle dans la résistance à la NCR au cours de l'interaction modèle entre Medicago truncatula et Sinorhizobium meliloti. Dans ce travail, nous avons principalement évalué les fonctions membranaires telles que la synthèse du LPS, le système de réponse aux stress de l’enveloppe et des fonctions d'importation. Nous avons trouvé de nouvelles fonctions qui pourraient être impliquées dans la résistance à la NCR et la différenciation terminale des bactéroïdes.De l'autre côté, nous avons mené une approche multi-omique couplée à des techniques de biologie cellulaire pour caractériser l'interaction mal adaptée entre Bradyrhizobium diazoefficiens USDA110 et Aeschynomene afraspera. Nous avons découvert de nouvelles particularités dans cette interaction avec notamment une différenciation inhabituelle
The legume-rhizobia symbiosis is a close interaction between a plant and bacteria. During this symbiosis, bacteria are hosted by the plants in symbiotic organs called nodules and in which the symbionts fix atmospheric nitrogen for the plants. Legume species from IRLC and Dalbergioid can control symbiotic rhizobia and mediate a particular differentiation process through the massive production of nodule-specific cysteine-rich (NCR) peptides. In vitro, cationic NCR peptides have membrane-permeabilizing activities on many bacteria. How rhizobia adapt to resist this intense stress remains poorly understood. Two main research axes were driven during this thesis, both linked to the understanding of how bacteria react to terminal differentiation imposed by NCR peptides. On one side, we tried to functionally analyze bacterial functions for their role in NCR resistance during the model interaction between Medicago truncatula and Sinorhizobium meliloti. In this work, we mainly assessed membrane functions such as LPS synthesis, Envelope Stress Response, and import functions. We found novel functions that could be involved in NCR resistance and terminal bacteroid differentiation.On the other side, we conducted a multi-omics approach coupled with cell-biology techniques to characterize the ill-adapted interaction between Bradyrhizobium diazoefficiens USDA110 and Aeschynomene afraspera. We discovered new features in this interaction with an unusual differentiation

Chez les bactéries à Gram-négatif, l’imperméabilité de la membrane externe est un facteur majeur contribuant au développement de la résistance. Chez Escherichia coli, les porines OmpF et OmpC sont des protéines de la membrane externe qui forment des canaux pour la diffusion de petites molécules hydrophiles tels que les antibiotiques. L’expression des porines est soumise à une régulation fine, et des petits ARN non-codants (sRNAs, small RNAs) jouent un rôle important au niveau post-transcriptionnel. Dans ce cadre, et en utilisant E. coli comme bactérie modèle, les objectifs de mon travail de thèse étaient : (1) de caractériser la régulation du sRNA MicC et la co-régulation putative de la porine quiescente OmpN; (2) d’examiner l'effet global de MicC sur le transcriptome; (3) d’analyser l'impact de l'expression de MicC sur la sensibilité aux antibiotiques. Les résultats obtenus montrent l’induction de MicC en présence d'antibiotiques de la famille des β-lactamines, ou en l’absence du facteur sigma de réponse au stress de l’enveloppe sigmaE. Ces mêmes conditions activent aussi l'activité d'une fusion ompN-lacZ, indiquant une régulation transcriptionnelle commune de micC et ompN. Etant donnée la conservation de MicC chez les entérobactéries, nous avons effectué une étude par RNASeq pour déterminer l'impact de la surexpression de MicC sur le transcriptome d’E. coli et identifié 60 ARNm régulés par MicC en plus de sa cible initiale ompC. L'identification des spectres cibles globaux des sRNAs est importante pour comprendre leur importance dans la physiologie bactérienne, ici celui de MicC dans la résistance aux antibiotiques
A major factor contributing to antimicrobial resistance is the inability of antibiotics to penetrate the bacterial outer membrane to reach their target. In Escherichia coli, the two abundantly expressed porins OmpF and OmpC form channels for diffusion of small hydrophilic molecules including antibiotics. The expression of porins is under complex regulation and the small regulatory RNAs (sRNAs) fine tune the porin expression level at post-transcriptional level. MicF and MicC are the two major sRNAs that negatively regulate expression of OmpF and OmpC, respectively. Interestingly, these two sRNAs are encoded next to porin gene, i.e. micF-ompC and micC-ompN, suggesting a dual regulation. Our goals in this work were: (1) to characterize the regulation of the sRNA MicC and the putative co-regulation of the quiescent porin OmpN in E. coli; (2) to examine the global effect of MicC on the E. coli transcriptome; (3) to analyze the impact of MicC expression on antibiotic susceptibility. Our work shows that the expression of micC was increased in the presence of carbapenems and cephalosporins and in an rpoE depleted mutant. The same conditions enhanced the expression of OmpN, suggesting a dual regulation of micC and ompN. We also performed RNA sequencing to determine the impact of MicC overexpression on E. coli transcriptome. This identified 60 mRNA targets negatively regulated by MicC apart from its original target. Identification of the global target spectra of MicC is of importance to understand its importance on the overall bacterial physiology, and more specifically on AMR