Caractérisation du comportement de surface de la bactérie Pseudomonas aeruginosa

Morin, Charles (2024). Caractérisation du comportement de surface de la bactérie Pseudomonas aeruginosa Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en biologie, 200 p.

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Résumé

Pseudomonas aeruginosa possède un génome plutôt grand pour une bactérie. Avec plus de 6 millions de paires de base, son génome code pour une vaste gamme d’appendices cellulaires, de systèmes de sécrétion et de gènes de régulation. Ces outils lui confèrent un avantage considérable pour coloniser une diversité de niches écologiques : principalement les milieux perturbés par l’activité humaine. Cependant, P. aeruginosa est également un pathogène opportuniste notoire de l’humain, les souches multirésistantes causant des infections de plus en plus difficiles à traiter. Pseudomonas aeruginosa utilise ses gènes de régulation pour finement moduler son mode de vie, soit sessile ou motile, pour s’adapter aux conditions environnementales changeantes. Une de ces voies importantes pour cette adaptation est appelée Gac/Rsm. La motilité de type swarming est un déplacement social effectué sur une surface. Pour ce faire, P. aeruginosa exprime fortement son flagelle polaire et produit une grande quantité d’agents mouillants (surfactants) pour faciliter le mouvement de sa population. Mes travaux visent à caractériser la motilité swarming de P. aeruginosa et l’utiliser comme modèle pour étudier son comportement de surface. Je démontre que les comportements de surface de P. aeruginosa, effectués seuls ou en communautés polymicrobiennes, sont plus complexes qu’ils n’y paraissent. L’utilisation d’agents gélifiant alternatifs permettent l’induction de la motilité swarming de façon indépendante des surfactants. L’utilisation de milieux sans calcium favorise un étalement d’une colonie sans flagelle nommé sliding. De plus, mélanger des espèces bactériennes différentes en condition de swarming permet d’induire des phénotypes complètement nouveaux. Par exemple, une bactérie comme Burkholderia cenocepacia peut induire une motilité flagelle-indépendante chez P. aeruginosa PA14. Les conditions induisant la motilité de surface permettent également d’employer des stratégies expérimentales d’évolutions dirigées en laboratoire et d’ainsi explorer les mécanismes de régulation génique qui contrôlent ce comportement. Une telle évolution a permis d’évoluer l’activité du régulateur post-transcriptionnel global RsmA. Par une méthode de pull-down in vitro, je mets en évidence les vastes différences de régulation globale que la substitution R31S induit chez RsmA. En améliorant nos connaissances des comportements sociaux de P. aeruginosa et de leur contrôle, nous nous approchons d’un contrôle au niveau de ses infections.

Pseudomonas aeruginosa is a bacterium with quite a large genome for such a microorganism. With over six milion base pairs of genetic data coding for multiple virulence factors, antimicrobial resistance mechanisms and gene regulation pathways, P. aeruginosa is very versatile. This toolkit is crucial for this bacterium to colonize its environment, mainly those with intense human activity. This is quite relevant since P. aeruginosa is an important opportunistic pathogen of humans. Multiresistant strains of P. aeruginosa are particularly nasty, causing either untreatable long-lasting chronic infections or severe acute ailments. P. aeruginosa uses its vast set of regulation pathways to finely tune its lifestyle to its current environment. A very important pathway for such adaptation is the Gac/Rsm pathway, regulating the transition between motile and sessile lifestyles. In the lab, we use a swarming-based model to study the social behaviors of P. aeruginosa. In short, swarming is a social motility triggered on semi-solid surfaces when the polar flagellum of P. aeruginosa is activated and when its tensioactive molecules (surfactants) are produced. This allows a whole population to spread on a surface. Using this model, I show that surface behavior of P. aeruginosa is more complex than previously assumed. Swarming can be initiated without surfactant when alternative gelling agents are used instead of agar. Furthermore, using calcium-depleted media allows the spread of P. aeruginosa colonies without the expression of its flagellum. Social behavior is also greatly affected by the presence of other bacterial species in the swarming population. For example, another bacterium called Burkholderia cenocepacia is able to trigger a flagellum-independent spread of P. aeruginosa PA14 on a semi-solid surface. A swarming study model can also be used to experimentally evolve population to increase their motility, shedding light on the regulation processes that take place within the cytoplasm of swarming-deficient mutants. Such an evolution allowed a ΔhptB mutant to acquire the R31S substitution in the RsmA protein sequence. This RsmA allele is thought to have a different binding affinity for some of its targets. To shed light on the impact of this mutation, I conducted an in vitro pull-down assay with a synthetic pool of 5′UTR regions of P. aeruginosa PA14. This method identified a few binding targets of RsmA that are affected in their affinity with the RsmAR31S variant. In all, my work gives insight on the complex behavior that is swarming motility and its regulation.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Déziel, Éric
Mots-clés libres:	Swarming ; sliding ; motilité ; interactions interbactériennes ; surfactants ; Burkholderia cenocepacia ; pathogène opportuniste ; régulation génique ; Gac/Rsm; Swarming ; sliding ; motility ; interbacterial interactions; opportunistic pathogen ; gene regulation
Centre:	Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt:	06 nov. 2024 14:52
Dernière modification:	06 nov. 2024 14:52
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/15882

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