Une nouvelle perspective sur les facteurs favorisant la motilité de type swarming chez la bactérie Pseudomonas aeruginosa

Robitaille, Sophie (2020). Une nouvelle perspective sur les facteurs favorisant la motilité de type swarming chez la bactérie Pseudomonas aeruginosa Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en biologie, 148 p.

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Résumé

Afin de survivre, les bactéries doivent s'adapter à leur environnement rapidement. Pour ce faire, elles ont développé divers mécanismes qui leur permettent de détecter des stimuli et d'y répondre efficacement. Afin de s'adapter les bactéries utilisent les systèmes à deux composants. Le fonctionnement de ces systèmes repose sur la détection d'un signal environnemental par un senseur transmembranaire. Ce senseur relaye par la suite ce signal vers une protéine effectrice qui peut agir, par exemple, comme facteur de transcription favorisant le déclenchement d'évènements intracellulaires nécessaire pour une réponse adaptée au signal environnemental. La bactérie Pseudomonas aeruginosa exprime le système à deux composants GacS/A, composé d'un senseur membranaire et son régulateur de réponse associé respectivement. Ce système permet la régulation du régulateur post-transcriptionnel RsmA qui régule le passage du mode de vie sessile (biofilms) au mode de vie motile, associé à la motilité de type swarming. Ce type de motilité est défini par un déplacement de groupe coordonné sur une surface semi-solide. Jusqu'à présent deux facteurs essentiels ont été répertoriés pour ce type de motilité, soit la production d'un flagelle fonctionnel, permettant à la bactérie de produire la force motrice nécessaire au déplacement, et la production d'un biosurfactant, permettant à la bactérie de réduire la tension de surface. Ainsi la bactérie peut coloniser de nouveaux environnements. Dans le laboratoire Déziel, une mutation a été découverte dans un gène qui régule le système Gac/Rsm. Ce mutant, dans le gène hptB, possède un important défaut dans sa motilité de type swarming. Il a la particularité de produire des biosurfactants et de possèder un flagelle fonctionnel. Toutefois, la raison pour laquelle ce mutant est incapable de se déplacer en motilité de type swarming reste encore inconnue. Ainsi, le but de ce projet est de comprendre le rôle de ce régulateur dans la motilité de type swarming et d'identifier quel facteur manquant explique son défaut de motilité en surface semi-solide.

Pour mieux comprendre la raison de ce défaut de motilité, une évolution dirigée a été réalisée en condition swarming afin de forcer le mutant hptB à se déplacer. Par la suite, le génome de clones isolés des populations résultantes a été analysé afin de trouver les mutations compensatoires qui permettraient de récupérer la motilité de type swarming de ce mutant. Étonnamment, les populations se composent majoritairement de mutants dans les systèmes de communication bactérienne qui permettent de coordonner l'action de la population. Or, leur émergence donne un avantage à la population. De plus, les clones isolés comportent aussi des mutations dans le système Gac/Rsm et permettent de compenser la mutation dans le gène hptB. Ces mutations ont confirmé le rôle central de RsmA dans la régulation en condition swarming.

Finalement, les systèmes de sécrétion de type VI, régulés par le système Gac/Rsm, ont été étudiés comme potentiel facteur inconnu essentiel à la motilité de type swarming. Ces systèmes permettent la sécrétion d'effecteurs d'une cellule à l'autre par un contact physique en contexte de compétition bactérienne. Or, l'hypothèse initiale était que ces systèmes permettent l'échange de protéines de régulation en condition swarming. Les résultats n'ont pas démontré le lien existant entre ces systèmes et la motilité de type swarming.

Finalement, le rôle de RsmA a été confirmé comme régulateur global du mode de vie bactérien en surface et que le facteur inconnu à la motilité de type swarming recherché doit passer par la voie Gac/Rsm.

To be able to survive, bacteria need to adapt rapidly to their environment. They have developed diverse mechanisms to detect stimuli and trigger a fast response. One strategy used by bacteria to adapt is through the utilization of two-component systems. These systems allow for the detection of an external environment through a transmembrane sensor. Those sensors then relay the signal to an associated protein with an effector function that can act as a transcription regulator, triggering intracellular events necessary for the adaptation to the presence of the signal. Pseudomonas aeruginosa has multiple two-component systems but one of the most studied one is the GacS/GacA one. This system regulates the post-transcriptional regulator RsmA, which is implicated in the the transition between motile (swarming) and sessile (biofilm formation) lifestyles. Swarming motility is defined by a social and coordinated bacterial movement on a semisolid surface. Until now, two essential elements for such motility include the presence of a functional flagellum, giving the force needed for propulsion, and the production of a biosurfactant to reduce surface tension to decrease surface tension between the cells and the substratum. This type of motility facilitates the colonization of a new environment. ln the Déziel laboratory, a mutant, with an important swarming default, has been found with a mutation in a gene impacting the regulation of the Gac/Rsm system. This mutant,ΔhptB, possesses a functional flagellum and produces biosurfactants; the elements known to be required for surface motility. However, the mechanism by which this mutant is unable to move through swarming motility has yet to be identified. The purpose of this project is to understand the raie of this regulator in swarming and find the unknown factor explaining its lack of motility.

Directed evolution in swarming conditions was done using the ΔhptB mutant. The purpose was to see if the emergence of mutations in the genome of the ΔhptB would rescue its capacity to swarm. The genome of clones passaged on many iterations were isolated from the resulting population analyzed to find compensatory mutations that led to the restoration of the swarming phenotype. Surprisingly, the resulting population was mostly composed of mutants in quorum sensing, an interbacterial communication system. Their emergence gave rise to a fitter population. Another set of mutations was identified in the Gac/Rsm system and restored the swarming capacity of the ΔhptB mutant. These results confirm the raie of RsmA as a global regulator of swarming motility. To conclude, the type VI secretion system was studied as a potential element necessary for swarming motility. Type VI secretion systems are regulated by the Gac/Rsm pathway and lead to the secretion of effector proteins from one cell to the other by physical contact in the context of bacterial competition. The hypothesis was that the type VI secretion system secretes proteins from one cell to the others in swarming conditions thus allowing such surface motility. However, the results did not permit us to conclude there is a link between the type VI secretion system and swarming motility.

Here the role of RsmA is confirmed as the global regulator for the motile bacteria lifestyle and an unknown essential factor for swarming motility is regulated through the Gac/Rsm system.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Déziel, Éric
Mots-clés libres:	Communication bactérienne ; LasR ; RsmA ; HptB ; Motilité de type swarming ; Système de sécrétion de type VI ; Système à deux composants; Bacteria communication; swarming motility; type VI secretion system and two-component system
Centre:	Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt:	06 nov. 2024 14:49
Dernière modification:	06 nov. 2024 14:49
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/15920

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