Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Métabolisme du peptidoglycane“

Cette thèse questionne la capacité de PAMPs (Pathogen associated molecular pattern molécules) bactériens à moduler le métabolisme mitochondrial. Nos travaux ont montré qu'une stimulation par une bactérie comme Escherichia coli, possiblement via la libération de peptidoglycane, conduit à un stress mitochondrial majeur : gonflement et arrondissement mitochondriaux, et inhibition de la respiration mitochondriale. Ces modifications sont associées à une réorientation des besoins énergétiques de la cellule pour sa survie, comme le démontre l'acquisition d'une dépendance au glucose pour la survie cellulaire. Nous avons montré que les PRRs (Pathogen récognition receptors) Nod1 et Nod2 sont impliqués dans cette dépendance au glucose. Cependant, l'implication directe des Nods dans une transition métabolique de type glycolytique reste une voie de recherche fascinante à développer. Leur implication potentielle pourra permettre d'établir une fonction physiologique de ces récepteurs dans le métabolisme cellulaire avec des implications physiopathologiques potentielles dans la bioénergétique de la cellule cancéreuse
This thesis questions bacterial PAMPs (Pathogen associated molecular pattern molecules) ability to modulate mitochondrial metabolism. Our study shows that bacteria such as Escherichia coli, possibly through peptidoglycan release, can induce drastic mitochondrial morphological changes, enlargement and rounding, that are associated with mitochondrial respiration inhibition into epithelial cells. Metabolic changes induced b; peptidoglycan and E. Coli treatments are revealed by the induction of a cellular dependency on glucose availability for survival. Importantly, we showed that the PRRs (Pathogen recognition receptors) Nod1 and Nod2 are involved in this cellular dependency. Whether the Nod proteins themselves participate to cell metabolism switch to glycolysis remain a fascinating area of research to further investigate. Their involvement would reveal a novel fonction of the Nod proteins in cell metabolism with a potential role in cancer cell bioenergetics

Dans ce travail, nous nous sommes intéressés aux corrélations entre la structure et le métabolisme du peptidoglycane chez Escherichia coli. Au cours de la croissance, différents processus (biosynthèse, réarrangements de liaisons, recyclage et excrétion de fragments) maintiennent la macromolécule dans un état d'équilibre dynamique. Sa structure reflète nécessairement l'activité coordonnée des synthétases et des hydrolases mises en jeu. Pour mieux comprendre cette coordination, nous avons suivi les modifications de structure du peptidoglycane dans diverses conditions (vitesses et phases de croissance, actions d'antibiotiques) par deux approches. La première consiste en une analyse structurale par chromatographie liquide à haute pression. Nous avons ainsi observé les nombreux remaniements que subit le peptidoglycane quand les cellules entrent en phase stationnaire, et l'importance des coupures N-acétyl­muramidasiques dans sa dégradation au cours de l'autolyse. De plus, selon le type de réaction de polymérisation inhibée, les mécanismes de cette dégradation sont différents. La seconde approche utilise le marquage spécifique du peptidoglycane pour distinguer le matériel préexistant de celui nouvellement synthétisé. Le degré de pontage de ce dernier est plus faible et il est abaissé lors d'un blocage de la synthèse des protéines. Dans ces conditions, deux souches isogéniques Rel+ et RelA se sont comportées de la même façon: Nos résultats révèlent la complexité des mécanismes de régulation qui interviennent dans le métabolisme du peptidoglycane, chez E. Coli.

Chez les bactéries l’undécaprényl-phosphate (C55-P) est un transporteur lipidique essentiel impliqué dans la translocation des motifs monomériques disaccharides-pentapeptide du peptidoglycane au travers de la membrane cytoplasmique. Pourtant le métabolisme de C55-P restait une « boîte noire » non encore élucidée. Un gène, nommé bacA, a été identifié par criblage d’une banque d’ADN de E. Coli sur la base de résistance à la bacitracine. Nous avons démontré que bacA code pour une C55-PP phosphatase. Le caractère non essentiel du gène bacA a cependant été démontré. Ce résultat surprenant nous a conduit à la découverte de plusieurs autres gènes codant pour des protéines ayant la capacité de déphosphoryler le C55-PP. Chez E. Coli, ces gènes sont pgpB, yeiU et ybjG. La surproduction de ces protéines est corrélée à une augmentation de l’activité C55-PP phosphatase. L’inactivation concomitante des gènes bacA, ybjG et pgpB est létale
In bacterium, undecaprenyl-phosphate (C55-P) is an essential carrier lipid involved in the translocation of peptidoglycan hydrophylic precursors through the hydrophobic environment of the cytoplasmic membrane. A gene, named bacA, was previously shown to confer resistance towards bacitracin when overexpressed. We demonstrated that bacA gene encodes an integral membrane protein with C55-PP phosphatase activity. We showed that the inactivation of the chromosomal bacA gene was not lethal even though it led to significant depletion of undecaprenyl pyrophosphate phosphatase activity suggesting that others proteins exist to account for the residual activity and viability of the mutant strain. We found three genes encoding membranes proteins with C55-PP phosphatase activity, namely PgpB, YeiU and YbjG. The overproduction of each of these proteins was correlated with a significant increase of C55-PP phosphatase activity and conferred resistance towards bacitracin

Le peptidoglycane (PG) forme un réseau covalent comprenant de chaînes glycanes reliées par des peptides. Le PG est une cible validée pour développer de nouveaux antibiotiques parce que c’est un composant spécifique et essentiel des bactéries. En effet, les antibiotiques appartenant à la famille des β-lactamines inactivent les protéines de liaisons à la pénicilline (PLP) qui catalysent la dernière étape de polymérisation du PG. Un mécanisme répandu de résistance est la production de β-lactamases (βL) qui inactivent les β-lactamines. Une première génération d’inhibiteurs de βL a été basée sur le noyau β-lactame suivi par les diazabicyclooctanes (DBO) entrés sur le marché en 2015 avec l’avibactam. L’émergence de mutations compromettant l’efficacité des DBO nous a incités à étudier une série de dérivés obtenue par chimie click qui contenait un groupement triazole. Ce dernier s’est avéré défavorable en raison de l’absence de la liaison hydrogène reliant le carboxamide des DBO commercialisés au résidu conservé N132 des βL. Cependant, la fonctionnalisation du triazole a partiellement restauré l’efficacité des DBO sans altérer leur pénétration. Les PLP peuvent être remplacées par des L,D-transpeptidases (LDT) entrainant une résistance aux β-lactamines. Nous avons étudié le mode d’insertion de nouvelles sous-unités dans le PG en expansion en développant une nouvelle méthode basée sur le marquage avec des isotopes lourds et la spectrométrie de masse. Nous rapportons les modes de polymérisation du PG dans des souches utilisant des PBP et une LDT, seules ou en combinaison, et en présence ou en absence de β-lactamine, ainsi que la participation du recyclage au métabolisme du PG
Bacterial peptidoglycan (PG) is a mesh like structure comprising glycan strands cross-linked by peptide stems. Since PG is a specific and essential component of bacterial cells it is an attractive and validated target for antibacterial agents. Indeed, the first antibiotic in clinical use - the β-lactam penicillin - targets the enzymes catalyzing the final transpeptidation step of PG synthesis - the Penicillin-Binding-Proteins (PBPs). A prevalent mechanism of resistance to β-lactams is the production of β-lactamases (βLs) that inactivate the drugs. A first generation of β-lactamase inhibitors (BLIs) was based on the β-lactam core followed by diazabicyclooctanes (DBOs), which entered the market in 2015 with avibactam. Emergence of mutations compromising the efficacy of DBOs prompted us to study a series of triazole-substituted DBOs that were obtained by click chemistry. The triazole ring was found to be disfavored due to the absence of a hydrogen bond connecting the carboxamide of marketed DBOs to the conserved N132 residue of βLs. However, functionalization of the triazole partially restored inhibition efficacy without impairing drug penetration. Besides the major cross-links formed by PBPs, alternative cross-links are formed by the structurally distinct l,d-transpeptidases (LDTs) mediating resistance to several β-lactams. We investigated the mechanisms of insertion of new subunits into the expanding PG mesh by developing a method based on labeling with heavy isotopes and mass spectrometry. We report the modes of PG polymerization in strains relying on PBPs and LDTs for PG cross-linking in the presence or absence of β-lactams together with the extent of PG recycling

Staphylococcus aureus est un pathogène à Gram positif humain majeur qui, grâce à sa capacité d'adaptation et la diversité des facteurs de virulence qu'il possède, est capable de provoquer des infections communautaires et nosocomiales. Un des principaux mécanismes impliqués dans l'adaptation bactérienne est le système à deux composants (SDC). WalKR est un SDC très conservé et spécifique des bactéries Gram positives à bas GC%, tel S. Aureus. Ce système est indispensable à la viabilité cellulaire. Nous avons montré que WalKR contrôle positivement l'activité autolytique chez S. Aureus et avons identifié 11 gènes, codant des enzymes de dégradation de la paroi, qui appartiennent au régulon WalKR. Par microscopie électronique, nous avons mis en évidence d'importants défauts de division et de structure de la paroi dans une souche carencée en WalKR, suggérant que l'essentialité de ce système pourrait être liée à la régulation des hydrolases. Pour tester cette hypothèse, nous avons exprimé les gènes des autolysines de manière WalKR-indépendante, et nous avons ainsi montré que l'expression de 2 gènes était capable de restaurer la croissance d'une souche carencée en WalKR: lytM et ssaA. Ceci relie l'essentialité du système WalKR à son rôle de régulateur du métabolisme de la paroi. Aucune étude globale du régulon WalKR n'ayant été faite, nous avons réalisé une analyse transcriptomique: nous avons entre autres établi un lien entre WalKR et le SDC SaeSR impliqué dans la virulence de S. Aureus. Ces observations, combinées au fait que la paroi bactérienne joue un rôle important dans la réponse immunitaire, nous ont conduit à étudier le rôle de WalKR dans la virulence de S. Aureus
Staphylococcus aureus, a major Gram-positive human pathogen, is a leading cause of both nosocomial and community infections due to its considerable capacity to produce a large variety of virulence factors and to adapt to many different environmental conditions. One of the principal mechanisms involved in bacterial adaptation is the two-component System (TCS). The WalKR TCS is well-conserved and specific to low G+C Gram-positive bacteria, including S. Aureus. This System has been shown to be essential for cell viability. We have shown that WalKR positively controls autolytic activity in S. Aureus and identified 11 genes, involved in peptidoglycan degradation, that are part of the WalKR regulon. Electron microscopy revealed that WalKR depleted cells are impaired in their capacity to divide, and present an abnormal cell surface, suggesting that the essentiality of this System could be linked to the regulation of cell wall hydrolases. In order to test this hypothesis, we have uncoupled expression of the autolysin genes from WalKR-dependent regulation and showed that expression of 2 of these genes is able to fully restore growth of WalKR-depleted cells: lytM and ssaA. This formally links the essentiality of the WalKR System to its major role in regulating cell wall dynamics. No global study of WalKR regulon had been done so we carried out a transcriptomic analysis: we could establish a novel link between WalKR and the SaeSR TCS, involved in S. Aureus virulence. These observations, combined to the fact that bacterial cell wall plays an important role in immune response, led us to study the role of WalKR in S. Aureus virulence

La contamination des ensilages par les fusariotoxines intervient au champ, indépendamment de tout problème de conservation. L'ingestion par les animaux d'élevage de teneurs trop élevées de ces mycotoxines peut entraîner une altération des performances zootechniques et des effets sur la santé des animaux. Face au succès partiel des méthodes de prévention et à l'inadaptibilité des méthodes physiques et chimiques de détoxification, l'utilisation des propriétés de certains microorganismes apparaît comme une alternative à considérer. L'objectif de ce travail est d'explorer la capacité des bactéries fermentaires à éliminer les fusariotoxines en vue de leur utilisation comme agent de détoxification des ensilages. Le criblage de 202 souches de bactéries fermentaires pour leur capacité à biotransformer et / ou séquestrer le déoxynivalénol (DON), la zéaralénone (ZEN) et les fumonisines B1 et B2 (FB1 et FB2) a montré que la séquestration de ces ces fusariotoxines majeures est une activité répandue chez ces microorganismes, les genres Streptococcus et Enterococcus apparaissant comme les plus efficaces en éliminant jusqu'à 33%, 49%, 24% et 62% de DON, ZEN, FB1 et FB2, respectivement. Cette propriété pourrait diminuer la biodisponibilité des fusariotoxines chez l'animal et, par conséquent, réduire leur effet toxique. D'autre part, environ 5% (11/202) des souches testées ont biotransformé la ZEN en sa forme activée, l'alpha zéaralénol. Nous avons ensuite montré que la séquestration des fumonisines B1 et B2 fait intervenir le peptidoglycane de la paroi bactérienne et les bras d'acide tricarballylique (TCA) des fumonisines. La différence de séquestration de ces deux analogues (FB2>FB1) a été élucidé par une méthode de modélisation moléculaire qui a montré que le groupe hydroxyle additionnel de la FB1 forme une liaison hydrogène avec un des TCA, limitant ainsi la possibilité de séquestration. Des essais ont montré qu'une fraction importante de ZEN était aussi instantanément séquestrée par la flore du contenu ruminal, formant un complexe aussi stable dans des conditions simulant les compartiments post-ruminaux du tube digestif que celui formé entre des Streptococci et la ZEN. Ce niveau de séquestration pourrait contribuer à la plus forte résistance des ruminants aux effets des fusariotoxines. En conséquence, l'ajout de bactéries fermentaires pourrait être davantage utile à des animaux monogastriques plus sensibles comme le porc. Des essais in vivo sont cependant nécessaires pour en évaluer l'impact réel. Optimisée, la capacité des bactéries fermentaires à séquestrer les fusariotoxines pourrait compléter avantageusement les propriétés acidifiantes ou probiotiques des inoculants bactériens utilisés en nutrition animale

La contamination des ensilages par les fusariotoxines intervient au champ, indépendamment de tout problème de conservation. L'ingestion par les animaux d'élevage de teneurs trop élevées de ces mycotoxines peut entraîner une altération des performances zootechniques et des effets sur la santé des animaux. Face au succès partiel des méthodes de prévention et à l'inadaptibilité des méthodes physiques et chimiques de détoxification, l'utilisation des propriétés de certains microorganismes apparaît comme une alternative à considérer. L'objectif de ce travail est d'explorer la capacité des bactéries fermentaires à éliminer les fusariotoxines en vue de leur utilisation comme agent de détoxification des ensilages. Le criblage de 202 souches de bactéries fermentaires pour leur capacité à biotransformer et / ou séquestrer le déoxynivalénol (DON), la zéaralénone (ZEN) et les fumonisines B1 et B2 (FB1 et FB2) a montré que la séquestration de ces ces fusariotoxines majeures est une activité répandue chez ces microorganismes, les genres Streptococcus et Enterococcus apparaissant comme les plus efficaces en éliminant jusqu'à 33%, 49%, 24% et 62% de DON, ZEN, FB1 et FB2, respectivement. Cette propriété pourrait diminuer la biodisponibilité des fusariotoxines chez l'animal et, par conséquent, réduire leur effet toxique. D'autre part, environ 5% (11/202) des souches testées ont biotransformé la ZEN en sa forme activée, l'alpha zéaralénol. Nous avons ensuite montré que la séquestration des fumonisines B1 et B2 fait intervenir le peptidoglycane de la paroi bactérienne et les bras d'acide tricarballylique (TCA) des fumonisines. La différence de séquestration de ces deux analogues (FB2>FB1) a été élucidé par une méthode de modélisation moléculaire qui a montré que le groupe hydroxyle additionnel de la FB1 forme une liaison hydrogène avec un des TCA, limitant ainsi la possibilité de séquestration. Des essais ont montré qu'une fraction importante de ZEN était aussi instantanément séquestrée par la flore du contenu ruminal, formant un complexe aussi stable dans des conditions simulant les compartiments post-ruminaux du tube digestif que celui formé entre des Streptococci et la ZEN. Ce niveau de séquestration pourrait contribuer à la plus forte résistance des ruminants aux effets des fusariotoxines. En conséquence, l'ajout de bactéries fermentaires pourrait être davantage utile à des animaux monogastriques plus sensibles comme le porc. Des essais in vivo sont cependant nécessaires pour en évaluer l'impact réel. Optimisée, la capacité des bactéries fermentaires à séquestrer les fusariotoxines pourrait compléter avantageusement les propriétés acidifiantes ou probiotiques des inoculants bactériens utilisés en nutrition animale