Implication et régulation de la production des curli dans la résistance au nickel au sein de biofilms d’Escherichia coli K-12

par Claire Perrin

Thèse de doctorat en Ecologie microbienne

Sous la direction de Corinne Dorel.

Le président du jury était Timothy Vogel.

Le jury était composé de Rémy Gourdon, Agnès Rodrigue.

Les rapporteurs étaient Nicole Orange, Florence Dubois-Brissonnet.


  • Résumé

    Le nickel est connu pour son utilisation dans la préparation d’alliages réputés peu sensibles à la contamination bactérienne, très utilisés dans les secteurs agro-alimentaires et médicaux. Cependant, les bactéries apparaissent capables d’adhérer même à ce type de matériau et de le coloniser sous forme de biofilms. Les biofilms sont des communautés de micro-organismes, adhérant entre eux et à une surface, grâce à la sécrétion d’une matrice adhésive offrant une protection contre la dessiccation, les défenses de l’hôte et un grand nombre d’agents antimicrobiens. Ces biofilms manifestent des propriétés de multirésistances aux biocides qui causent des problèmes sanitaires majeurs dans les installations hospitalières et industrielles. D’importantes modifications de l’expression génétique accompagnent la vie en biofilm et induisent des caractères spécifiques dont des résistances accrues aux biocides et la production de facteurs de virulence. Parmi ces derniers, les curli, qui sont un composé protéique majeur de la matrice extracellulaire chez les bactéries Escherichia coli et Salmonella spp., jouent un rôle clé dans la formation de biofilms sur surfaces inertes et biologiques. Ce travail a consisté à explorer la contribution de la vie en biofilm à la survie des bactéries Escherichia coli K-12 productrices de curli en présence de nickel. Pour cela, l’effet physiologique d’ions solubles de nickel sur la survie des bactéries a été testé sur des supports inertes en polystyrène ou en acier. Nous avons montré que des concentrations sub-inhibitrices de nickel induisent une augmentation de l’épaisseur et de la densité du biofilm. Cet effet ne dépend pas des modifications physico-chimiques de la surface cellulaire par le nickel, ni de l’activité de la seule pompe d’efflux à nickel connue d’E. coli, RcnA. Par contre, le nickel à faible concentration induit l’expression des curli, ainsi que leur production. C’est donc via l’activation transcriptionnelle des gènes codant les curli que l’augmentation du biofilm par le nickel se produit. Ce travail s’est également appliqué à rechercher la nature du relais gouvernant la mise en place des curli en réponse à la présence de nickel. Aucun des régulateurs principaux de l’expression des curli ne joue un rôle décisif. Nos résultats nous conduisent à suggérer que l’effet du nickel repose sur un phénomène global de réponse au stress oxydant dont le mécanisme reste à déterminer.

  • Titre traduit

    Implication and regulation of curli production in the nickel resistance within biofilms of Escherichia coli K-12


  • Résumé

    Nickel is known for its use in alloy preparation, which is renowned for not being very sensitive to bacterial contamination, and thus widely used in the food-processing and medical sectors. However, bacteria appeared to be able to adhere even on this type of material, and to colonize it in the form of biofilms. Biofilms are microorganisms’ communities, adherent between themselves and to a surface, thanks to the secretion of an adhesive matrix, which offers them protection against desiccation, host defences and a great number of antimicrobial agents. Biofilms express biocidal multiresistance properties, which causes major sanitary problems in hospitals and industries. Biofilm life comes with important modifications in the genetic expression, which induces specific characteristics like increased biocides resistances and virulence factors production. In the latter, curli are a major proteic component of the extracellular matrix in the bacteria Escherichia coli and Salmonella spp., and curli play a key role in biofilm formation on inert and biologic surfaces. This work had consisted of the exploration of the biofilm life-style contribution in the survival of E. coli K-12 bacteria that produces curli in the presence of nickel. In that aim, physiological effect of soluble ions of nickel on the bacterial survival has been tested on inert supports such as polystyrene and stainless steel. We have shown that sub-inhibitory concentrations of nickel induce an increase in the biofilm thickness and density. This effect does not rely on physicochemical modifications on the bacterial surface, nor on RcnA activity, which is the only known efflux pump dedicated to nickel in E. coli. On the other hand, low concentrations of nickel induce curli expression and their production. Hence, the nickel-induced biofilm increase occurs through transcriptional activation of curli genes. This work also tried to find the nature of the relay that governs curli setting up in response to the presence of nickel. None of the curli principal regulators seem to be implicated in this curli production increase. Thus, our results suggest that nickel effect lies on a more global response phenomenon like oxidative stress, but the involved mechanism needs to be determined.


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