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Caractérisation, distribution et régulation du nouveau fimbria Efo chez Escherichia coli.

Coeurt, Romain (2013). Caractérisation, distribution et régulation du nouveau fimbria Efo chez Escherichia coli. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Maîtrise en virologie et immunologie, 150 p.

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Résumé

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La bactérie Escherichia coli est présente naturellement chez plusieurs animaux dont elle fait partie intégrante de la flore normale. Cependant, plusieurs souches peuvent causer des maladies infectieuses chez différents hôtes. Elles provoquent notamment des colibacilloses chez le poulet ; des diarrhées chez le porc ; des méningites, des infections urinaires et des diarrhées chez l'être humain. Ceci est dû à la plasticité et à l'hétérogénéité du génome de cette bactérie. Elle acquiert avec une certaine facilité des facteurs de virulence qui lui permettent d'avoir des hôtes et un tropisme cellulaire diversifiés. Les fimbriae sont un de ces facteurs de virulence. Ils jouent un rôle critique pour l'établissement d'une majorité des infections causées par E. coli. Plusieurs gènes, spécifiques à la souche x7122 (078:K80:H9) et qui ne sont pas présents chez la souche non pathogène K-12 x289, exprimant des fimbriae putatifs, ont été isolés in vivo lors d'infections de poulets. Donc, le but de cette étude est de caractériser un de ces nouveaux fimbriae présumés, de déterminer sa distribution parmi les multitudes de souches que compte l'espèce E. coli et enfin d'établir sa régulation. Un cluster de quatre gènes présomptifs, codant pour quatre protéines ayant des homologies avec plusieurs opérons fimbriaires, fut identifié. Ces gènes ont été nommés efoABCD, pour « u-linked fimbrial gperon ». En effet, un criblage par PCR et une analyse in silico de différentes souches ont révélé que les gènes efoABCD sont localisés systématiquement entre les gènes exuRT, qui sont eux impliqués dans le transport des sucres hexuronates. Une analyse in silico a aussi permis de déterminer des rôles hypothétiques pour chaque protéine composant le fimbria Efo : EfoA (238 aa) pour la chaperonne; EfoB (166 aa) pour la sous-unité majeure ; EfoC (900 aa) pour l'usher et EfoD (362 aa) pour la sous-unité mineure. Une étude comparative des séquences protéiques des « ushers >> (placiers) de différents fimbriae et avec EfoC, montre une forte association du fimbria Efo avec les fimbriae Tcf de Salmonella enterica et Cbl de Burkholderia cepacia. Ces deux fimbriae font partie de la tàmille alternative de la voie du « chaperonne-usher >>. De plus, la distribution phylogénétique de efo se fait en majorité chez le groupe B1, avec quelques sous-groupes chez les groupes A et D. Par ailleurs, une analyse des bases de données génomiques démontre la présence de trois types de séquences efo distincts. Grâce à une fusion transcriptionnelle du promoteur hypothétique du cluster efoABCD et du gène lacZ, plusieurs formes de régulations ont été mises en évidence, notamment une régulation par la température, les sources de carbone et plus particulièrement par la protéine ArgR, de façon indirecte. Enfin, les gènes efo ont été clonés chez la souche afimbriaire ORN 172. Des structures filamenteuses ont été observées par microscopie électronique et une diminution de la nage des bactéries, lorsqu'elles expriment les fimbriae Efo, est observée. Ces résultats démontrent que le cluster efoABCD code pour un nouveau fimbria fonctionnel et qu'il est présent chez différents types de souches d'E.coli.

Abstract

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Escherichia coli is naturally present in many animais and is an integral part of the normal intestinal microbiota. However, severa! strains can cause infectious diseases in different hosts. They cause various diseases including colibacillosis in chickens, porcine diarrhoea, and meningitis, urinary tract infections and diarrhoea in humans. This is due to the heterogeneity and plasticity of the genome of this bacterium. lt can readily acquire many virulence factors that promote adherence and survival in different hosts and diverse cell tropisms. Fimbriae are one type of virulence factor. They play a critical role in adherence to host cells and tissues and the establishment of a majority of infections caused by E. coli. Severa! genes specifie to avian pathogenic E. coli strain x7I22 (078:K80:H9) expressing putative fimbriae that are not present in the nonpathogenic strain E. coli K-12 x289 were transcribed in vivo during infection of chickens. Therefore, the aim of this study was to characterize a novel putative fimbriae, determine its distribution among a variety of strains, and investigate its expression under different conditions. A cluster of four putative genes coding for four proteins with homology with severa! fimbrial proteins was identified. These genes were named efoABCD for xu-linked [lmbrial Qperon, due to the association ofthis gene with the exuRT genes. Indeed, a PCR screening and in silico analysis of different strains showed that efoABCD genes are located systematically between exuRT genes, which are themselves involved in the transport of hexuronate sugars. In silico analysis also identified putative roles for each protein component of Efo fimbriae : EfoA (238 aa) for the chaperone ; EfoB (166 aa) for the major subunit ; EfoC (900 aa) for the usher and EfoD (362 aa) for a rn inor subunit. A comparative study of protein sequences of different fimbrial ushers with EfoC, shows a strong association of Efo fimbriae with Tcf fimbriae of Salmonella enterica and Cbl fimbriae of Burkholderia cepacia. Both fimbriae belong to the family of the alternative pathway of"chaperone-usher". In addition, the phylogenetic distribution of efo was mostly associated to .group Bl, with sorne strains belon.ging to .groups A and D. In addition, an analysis of the genomic databases revealed that Efo fimbriae comprise three distinct branches present among a variety of strains. Through a transcriptional fusion of the putative promoter of the efoABCD fimbrial cluster and the lacZ gene, regulation of expression was investigated, including regulation by temperature, carbon sources and more particularly by the ArgR protein, indirectly. Finally, efoABCD genes were cloned in an afimbriates strain ORN 172. Filamentous structures were observed by electron microscopy and a decrease in swimming motility when strains produced Efo fimbriae was also observed. These results demonstrate that the efoABCD fimbrial genes code for a new functional fimbriae and that these gene clusters, encode three distinct fimbrial variants distributed among different E. coli strains.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Dozois, Charles M.
Informations complémentaires: Résumé avec symboles
Mots-clés libres: virulence ; facteur
Centre: Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt: 06 nov. 2015 16:39
Dernière modification: 09 nov. 2015 20:02
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/2358

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