Academic literature on the topic 'Bacillus subtilis – Recherche'

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.

Les protéines kinases sont responsables de la phosphorylation des protéines, une modification post-traductionnelle qui contrôle ainsi de manière très efficace et presque instantanée une multitude de processus cellulaires. Elles sont impliquées dans la régulation des voies métaboliques dans les organismes permettant leurs adaptations aux changements environnementaux. Chez les procaryotes, l'existence de sérine/thréonine et tyrosine kinases est resté pendant longtemps un sujet de controverse. Cependant, au cours des deux dernières décennies, de nombreuses études ont montré que ces types de phosphorylation (Ser/Thr/Tyr) existent chez les bactéries et sont impliqués dans la régulation d'une grande variété de processus biologiques. En plus de protéines kinases apparentés à des enzymes eucaryotes, les bactéries ont également des protéines kinases spécifiques n’ayant aucune ressemblance structurale avec des protéines eucaryotes ce qui, lorsqu’elles sont essentielles, les qualifient en tant que cible pour de nouveaux agents antimicrobiens. YdiB est une nouvelle protéine kinase bactérienne de Bacillus subtilis. La localisation d’YdiB a été étudiée par immunofluorescence révélant sa présence à proximité de la membrane plasmique. L'interaction d’YdiB avec les phospholipides a été étudiée par des essais de flottation et résonance plasmonique de surface. Ceci révèle la présence d'une interaction stable et forte entre la kinase et deux phospholipides: la phosphatidylsérine et la phosphatidyléthanolamine. En outre, la constante d'affinité (KD) entre YdiB et la phosphatidylsérine a été identifiée et est de l’ordre de 13.3x10-9 M. De plus, ces deux phospholipides, ainsi que leur têtes polaires, sont capables d'induire de manière significative l'autophosphorylation d’YdiB.Par ailleurs, le rôle d’YdiB dans la croissance bactérienne en particulier lors d’un stress oxydant a également été étudié dans la souche sauvage et dans le mutant ∆ydiB. Dans des conditions de stress oxydant, la souche ∆ydiB est incapable de survivre alors qu’une complémentation conditionnelle de ce mutant a permis de restaurer un profil de croissance normale de la bactérie. Cela révèle le rôle important joué par YdiB dans la résistance bactérienne au stress oxydant. En outre, des protéines impliquées dans la résistance au stress oxydant comme la superoxide dismutase F (SodF) et superoxide dismutase A (SodA) ont été testés comme substrats potentiels pour YdiB. Par des tests de trans-phosphorylation, nous avons pu montrer que SodA pourrait être un substrat potentiel pour YdiB expliquant ainsi son implication dans la résistance au stress oxydatif dans Bacillus subtilis
Protein kinases are responsible of protein phosphorylation, a post-translational modification and a very effective and almost instantaneous control of a multitude of cellular processes. They are involved in the regulation of metabolic pathways in living organisms enabling their adaptation to environmental changes. In prokaryotes, the existence of serine/threonine and tyrosine kinases was, for a long time, a subject of controversy. However, over the past two decades, many studies have shown that these types of phosphorylation (Ser/Thr/Tyr) do exist in bacteria and are involved in the regulation of a wide variety of biological processes. In addition to protein kinases related to eukaryotic enzymes, bacteria also have some specific protein kinases having no structural resemblance to their eukaryotic homologues which, if essential, made them a possible target for new antimicrobial agents. YdiB is a novel bacterial protein kinase from Bacillus subtilis. In situ localisation of YdiB has been studied by immunofluorescence which reveals its presence near the plasma membrane. The interaction of YdiB with the membrane phospholipids was assessed by flotation assay and surface plasmon resonance demonstrating the presence of a stable and strong interaction between the kinase and two phospholipids: phosphatidylserine and phosphatidylethanolamine. In addition, the affinity constant (KD) between YdiB and phosphatidylserine was found to be equal to 13.3 x 10-9 M. Moreover, these two phospholipids or just their charged headgroups were able to significantly induce the autophosphorylation of YdiB.On the other hand, the role of YdiB in the bacterial growth especially under oxidative stress was also studied in the wild-type strain and in ∆ydiB mutant. Under oxidative stress conditions, the deleted strain was unable to survive whereas a conditional complementation of ∆ydiB mutant was able to restore a normal growth profile for the bacterium. This reveals the important role played by YdiB in the bacterial resistance to oxidative stress. In addition, protein involved in the resistance to oxidative stress like Superoxide dismutase F (SodF) and superoxide dismutase A (Sod A) were tested as potential substrates for YdiB. Doing the trans-phosphorylation assay, we were able to prove that Sod B could be a potential substrate for YdiB thus explaining its involvement in the resistance to oxidative stress in Bacillus subtilis

Mises en présence de plusieurs sources de carbone, les bactéries sont capables d'activer une voie catabolique spécifique favorisant ainsi l'utilisation d'une source de nutriments préférentiellement à une autre. C'est le phénomène de diauxie décrit dans la thèse de Jacques MONOD. Ce phénomène de diauxie implique la répression de certaines voies cataboliques. Une protéine HPr a un rôle central dans le catabolisme des sucres. Elle participe à un des systèmes de transport des sucres dans les bactéries (le système PTS). Par ailleurs, cette protéine de masse moléculaire faible (PM de l'ordre de 10000 daltons) peut être phosphorylée sur une sérine par une kinase spécifique, la HPr kinase. Un deuxième substrat de cette enzyme a été mis en évidence chez B. Subtlis. Il s'agit de la protéine Crh, très similaire à la protéine HPr, mais non impliquée dans le système de transport des sucres
In the hierarchical control of carbon sources, as well as in autoregulation of carbohydrate utilization within a specific metabolic pathway, the enzyme HPr kinase plays a decisive role in low-GC (guanine, cytosine) Gram-positive bacteria. Since HPr kinase is unique for prokaryotes, and inactivation of the enzyme in Bacillus subtilis, Staphylococcus xylosus and Lactobacillus casei leads to severe growth defects, inhibitors could be attractive as potential antibiotic drugs. One part of the work concerned the identification of inhibitors of HPr kinase, which is a bifunctional enzyme possessing both kinase and phosphatase activities (HPrK/P), in the most studied and best characterized organism for low-GC Gram-positive bacteria, B. Subtilis. Three different strategies were used involving: 1) a rational approach in the design of a peptide/peptoid library starting from the phosphorylation site of the protein substrates, HPr/Crh; 2) screening of libraries containing substances with high structural diversity using a dispensing robot, and; 3) a dynamic combinatorial approach. From these screening campaigns, bis-cationic compounds with an alkyl linker bridging two moieties, in particular, were found to be potent inhibitors. Refinement compounds emphasized the importance of the distance between the two moieties and, furthermore, suggested that one binding site may be more important for potency than the second binding site. Another part of the work concerned properties and regulation of the bifunctional HPrK/P using electrospray ionization mass spectrometry and an in vitro radioactive assay. The enzyme was found to exist mainly as a hexamer at pH 6. 8 and as monomer and dimer at pH 9. 5. The switch between kinase and phosphatase activity is probably correlated to the oligomeric state of the enzyme where the hexamer favors the phosphatase activity and the lower oligomeric state the kinase activity. The oligomeric state of the enzyme is suggested to be modified by several effectors and correlated to the kinase or phosphatase activity. Both opposing activities required divalent cations and phosphatase activity was also observed only in the presence of magnesium suggesting a regulatory role of the divalent cation in addition to be involved in the phosphoryl transfer. Kinetic parameters indicated a preference for binding of HPr compared to Crh to the enzyme and supported a strong cooperativity. Thus, the enzyme HPrK/P is involved in a sophisticated regulation system sensing environmental changes in the availability of carbon sources to adapt the uptake and use of nutrients in a hierarchical way in probably at least two different ecological niches

Certaines bactéries diploïdes issues de la fusion de protoplastes de cellules de B. Subtilis, présentent la suppression phénotypique d'un des deux génômes parentaux et par conséquent une absence de complémentation fonctionnelle. On qualifie ces bactéries de Ncd (non-complementing diploids). Dans le but de rechercher si l'inactivation chromosomique observée chez les bactéries Ncd est corrélée avec une organisation «anormale» du nucléoide et/ou une modification de la structure primaire de l'ADN «éteint», trois approches ont été entreprises. La caractérisation des nucléoides extraits de souches Ncd, portant le prophage 105 sur le chromosome inactif, a montré qu'il n'est pas accessible de purifier de façon homogène, les deux nucléoides parentaux, par sédimentation en gradient de saccharose. La visualisation en microscopie électronique des bactéries Ncd indique qu'il n'y a pas de compartimentation pour les deux types de chromosome dans la cellule. Cependant, la configuration de la membrane cytoplasmique des bactéries Ncd, apparaît différente de celle des cellules haploïdes. L'étude de l'activité transformante d'un génôme inactif a montré que, lorsque le lysat brut d'une colonie Ncd est utilisé comme ADN donneur, les allèles sauvages non-exprimés sont incapables de transformer efficacement les bactéries compétentes. Cependant, cette activité peut être restaurée, après traitement à la protéinase K du lysat ou après purification de l'ADN. Il semblerait qu'une ou plusieurs protéines, attachées au nucléoide non­ exprimé in-vivo, masque la capacité transformante des marqueurs qui lui sont associés. L'existence de séquences nucléotidiques dans l'ADN inactif pouvant servir de signal pour l'association préférentielle de telles protéines, n'a pas été confirmée. Tout au moins pour trois séquences nucléotidiques examinées et en utilisant comme marqueur spécifique du chromosome "éteint" la séquence du phage 105. L'ensemble de ces résultats semble indiquer que l'inactivation d'un chromosome bactérien entier, n'est pas due à une modification de la structure primaire de l'ADN mais résulte d'une conformation «particulière» du nucléoide.

Dans ce travail, nous avons établi un modèle dynamique d’équations différentielles de la glycolyse de Bacillus subtilis, comprenant à la fois les régulations transcriptionnelles et enzymatiques. La validation complète d’un modèle aussi complexe n’est pas faisable à l’heure actuelle. De ce fait, nous avons développé une stratégie de validation, guidée par le modèle, pour diminuer le nombre d’expériences et pour se focaliser uniquement sur les points clés de la régulation. L’analyse du modèle à l’équilibre a donc fait ressortir : les propriétés structurelles fortes de la glycolyse, les enzymes clés impliqués et les régulations enzymatiques indispensables. Notre objectif était donc de valider les régulations enzymatiques prédites et de démontrer les propriétés structurelles du modèle d’un point de vue biologique en les perturbant. Premièrement, le modèle prédit un certain nombre de régulations enzymatiques critiques que nous avons vérifié expérimentalement. Notre approche, guidée par le modèle mathématique, nous a permis de faire des découvertes inattendues. Le modèle prédit que la glucose-6-phosphate déshydrogénase et la phosphofructokinase sont inactivées par le phosphoenolpyruvate (PEP). Nous avons purifié les enzymes de B. subtilis et nous avons pu démontrer pour les deux enzymes une inhibition non compétitive par le PEP. Le modèle prédit également que la pyruvate kinase est activée par le ribose-5-phosphate (R5P). De manière inattendue, les essais enzymatiques avec la pyruvate kinase purifiée de B. subtilis et taguée en N-terminus n’a montré aucune activation par le R5P ou par aucun des activateurs connus de la pyruvate kinase chez d’autres espèces. En revanche, la pyruvate kinase purifiée de B.subtilis, mais taguée en C-terminus est bien activée par le R5P, démontrant ainsi l’implication de la partie N-terminale de la protéine dans la stabilité de l’enzyme. Enfin, le modèle a également démontré que la pyruvate kinase et la phosphofructokinase sont fortement corrélées afin de maintenir la robustesse de la glycolyse. Il est donc intéressant de constater que les gènes codant pour ces deux enzymes forment un opéron (pfk-pyk). Afin de perturber cette régulation, nous avons découplé les gènes de cet opéron, chacun sous contrôle d’un promoteur inductible. Les résultats montrent que la robustesse de la glycolyse de B. subtilis est très forte, et qu’elle est très difficile à perturber. Pour conclure, ce travail a permis de valider le modèle mathématique établi en amont, tout en démontrant les difficultés et les atouts d’une collaboration entre mathématiques et biologie, pour expliquer les réseaux biologiques aussi complexes
In this study, we established a dynamical differential equation model of glycolysis in Bacillus subtilis that couples enzymatic and transcriptional regulation. Full experimental validation of such a complex model is currently not feasible. Thus, we built a model-driven validation strategy to decrease the number of experiments and focus only on several key points of the regulation. Model analysis at steady-state pointed out: strong structural properties of glycolysis, key enzymes involved and enzymatic regulations that seem indispensable. Our objective was to validate the predicted enzymatic regulation, demonstrate the structural properties from a biological perspective and perturb them in order to validate the model. First, the model predicted critical enzymatic regulations that we verified experimentally. This in silico-driven approach led us to some unexpected discoveries. Glucose-6-phosphate dehydrogenase and phosphofructokinase were both predicted by the model to be inactivated by phosphoenolpyruvate (PEP). We purified the enzymes from B. subtilis and were able to demonstrate uncompetitive inhibition by PEP for both of them. Moreover, pyruvate kinase, catalyzing the last step of glycolysis, was predicted to be activated by ribose-5-phosphate (R5P). Enzymatic assays with N-terminally tagged B. subtilis pyruvate kinase showed no activation by R5P, or any known activator of pyruvate kinases from other species. By contrast, enzymatic assays with C-terminally tagged B. subtilis pyruvate kinase showed the predicted R5P activation, suggesting the implication of the N-terminus in B. subtilis pyruvate kinase stability. Finally, the model analysis showed that pyruvate kinase and phosphofructokinase need to be strongly correlated to maintain the robustness of glycolysis. This notion is supported by the fact that genes coding for these enzymes constitute an operon (pfk-pyk). In order to perturb the robust regulation of glycolysis, we constructed B. subtilis with the genes pfk and pyk uncoupled, each under control of a separate inducible promoter. The results show high-robustness of B. subtilis glycolysis that was difficult to perturb. In the end, the mathematical model has been validated. This work has demonstrated the shortcomings and the advantages of working at the interface between mathematics and biology, which is necessary for full understanding of high-complexity biological networks

Locusta migratoria ssp. Cinerascens a manifesté récemment des pullulations dans des périmètres irrigués du Sahara central algérien. Le cycle comprend trois générations. La 1ère se développe sur les céréales d’hiver et se caractérise par une forte variation temporelle de son sexe-ratio et par un stress de développement (asymétrie fluctuante des élytres). Les 2nde et 3ème se rencontrent sur sorgho et dans des maraîchages et ont un sexe-ratio plus équilibré et peu d’asymétrie fluctuante. L’étude des régimes alimentaires révèle l’originalité des L5 par rapport aux L4 et aux adultes. Les expériences de croissance sur le blé, le sorgho et des graminées adventices rendent compte des anomalies de croissance des populations développées sur le blé. Pour lutter contre ce ravageur, nous préconisons sur le terrain un désherbage des champs. En laboratoire, nous avons comparé l’efficacité de trois souches de B. Subtilis sur le TL50 des L5, la croissance et la résorption des ovocytes des adultes. La Cry-toxine Cry1 de B. Thuringiensis a un effet limitant sur la croissance des larves. Enfin, le neuropeptide-F extrait du Doryphore perturbe le fonctionnement ovarien
Locusta migratoria ssp. Cinerascens have spread recently in irrigated perimeters in the Central Algerian Sahara. The cycle comprises three generations. The first one is developed on winter cereals and is characterised by a drastic temporal variation of its sex ratio and a development stress evidenced by the fluctuating asymmetry of tegmina. The second and third ones grow on Sorghum vulgare fields and vegetable gardens and show a balanced sex ratio and a low level of fluctuating asymmetry. The diet study revealed the originality of the L5 (fifth instar larvae) from the L4 and adults. The experiments of growth with different species of Poaceae given as food supply shed a light on the growth abnormality of populations developed on T. Durum. To control this insect pest, we recommend at the field level a careful weeding. At the laboratory level, we have tested the efficiency of three strains of B. Subtilis on the LT50 in L5, and on the development and resorption of oocytes in adults. B. Thuringiensis Cry1-toxin shows a limiting effect on larvae growth. Finally, the neuropeptide-F extracted from Potato beetle disturbs ovarian physiology