Impact de la résistance aux peptides antimicrobiens et aux composés toxiques sur les Interactions bactéries-insectes : cas des infections par Photorhabdus luminescens et Bacillus cereus

par Ziad Abi Khattar

Thèse de doctorat en Microbiologie

Sous la direction de Alain Givaudan.

Soutenue en 2009

à l'Université Saint-Joseph (Beyrouth) en cotutelle avec Montpellier 2 .


  • Résumé

    Les peptides antimicrobiens (PAMs) sont les principaux effecteurs de la réponse immunitaire humorale des insectes. Les entérobactéries des genres Photorhabdus et Xenorhabdus et les bacilles à Gram-positif Bacillus cereus et Bacillus thuringiensis sont capables d'infecter et tuer de nombreux insectes à l'état larvaire. Ceci suggère qu'ils développent des stratégies de résistance à ces peptides. L'objectif de ce travail a été d'identifier les gènes qui confèrent la résistance aux PAMs chez P. Luminescens et B. Cereus et d'étudier leur rôle dans l'infection chez les insectes. Dans un premier temps, nous avons démontré que la résistance in vitro aux PAMs des souches de Xenorhabdus n'est pas corrélée à leur virulence chez les insectes contrairement à celle de P. Luminescens et B. Thuringiensis. Chez P. Luminescens, nous avons identifié le gène msbB (lpxM) qui code une acétyltransférase impliquée dans l'acylation secondaire du lipide A du lipopolysaccharide. L'expression hétérologue de msbB de P. Luminescens chez un mutant lpxM de Klebsiella pneumoniae sensible aux PAMs complémente la résistance de ce mutant aux PAMs. En parallèle, nous avons étudié le rôle de la pompe à efflux MdtABC de P. Luminescens durant le processus infectieux. La délétion du gène mdtA de P. Luminescens a montré que ce gène n'est essentiel ni à la résistance à divers agents antimicrobiens (dont les PAMs) ni à la virulence chez les insectes. En utilisant une souche de TT01 contenant une fusion transcriptionnelle entre le promoteur du gène mdtA et le gène rapporteur codant la GFP (Green Fluorescent Protein), nous avons montré que l'expression des gènes mdtABC n'est pas constitutive in vitro mais qu'elle est significativement induite par le cuivre. Néanmoins, cet opéron est fortement induit après culture dans des surnageants de cultures bactériennes en phase stationnaire et durant les phases tardives de l'infection chez les insectes. Cette forte induction est observée exclusivement au niveau des bactéries qui colonisent les matrices extracellulaires de l'organe hématopoïétique de Locusta migratoria et du tube digestif de Spodoptera littoralis. Pour la première fois chez une bactérie entomopathogène, nous avons mis en évidence un signal spécifique d'un tissu de l'insecte induisant l'expression de gènes bactériens durant l'infection. Enfin, nous avons étudié le locus dlt de B. Cereus impliqué dans la D-alanylation des acides téchoïques chez les bactéries à Gram-positif et dont une région similaire est retrouvée chez P. Luminescens. Nous avons démontré qu'un mutant de l'opéron dlt de B. Cereus est fortement sensible in vitro à l'action des PAMs cationiques dont ceux de l'immunité innée des insectes tels que le lysozyme et un PAM inductible la cécropine B de Spodoptera frugiperda. Ce mutant est également avirulent par injection intrahémocoelique chez les insectes. Ces derniers résultats illustrent bien la corrélation entre la résistance aux PAMs et la virulence chez les bactéries entomopathogènes

  • Titre traduit

    Impact of Resistance to Antimicrobial Peptides and Toxic Compounds on Insects-Bacteria Interactions : case of Photorhabdus luminescens and Bacillus cereus Infections


  • Résumé

    Antimicrobial peptides (AMPs) are the major effectors of insect humoral immune response. Enterobacteria of the genera Photorhabdus and Xenorhabdus as well as the Gram-positive bacilli Bacillus cereus and Bacillus thuringiensis are able to infect and to kill many insects at larval stage. That suggests that bacteria develop mechanisms of resistance to these AMPs. The goal of this study was to identify genes that confer resistance to AMPs in P. Luminescens and B. Cereus and to study their role in insect infections. In this study, we first demonstrated that in vitro AMP resistance of Xenorhabdus strains is not correlated with their virulence in insects unlike P. Luminescens and B. Thuringiensis strains. In P. Luminescens, we identified the msbB (lpxM) gene which encodes an acetyltransferase involved in the secondary acylation of lipid A moiety of the Lipopolysaccharide. The heterologous expression of P. Luminescens msbB gene in the AMP sensitive Klebsiella pneumoniae lpxM mutant restores AMP resistance to the wild-type levels. In addition, we addressed the role of P. Luminescens MdtABC efflux pump during the infection process. Inactivation of P. Luminescens mdtA gene allowed us to show that this gene is neither essential for in vitro resistance to various antimicrobial agents (including AMPs) nor for virulence in insects. Using a strain of P. Luminescens harbouring a transcriptional fusion of the mdtA gene promoter with a reporter gene encoding the Green Fluorescent Protein (GFP), we showed that in vitro mdtABC operon expression is not constitutive but it is significantly induced by copper. Nevertheless, this operon is highly induced in supernatants from stationary phase bacterial cultures as well as during late stages of insect infection. This strong mdtABC induction was only observed within bacteria colonizing the extracellular matrixes of Locusta migratoria hematopoietic organ and Spodoptera littoralis gut. For the first time in entomopathogenic bacteria, we identified a specific signal from an insect tissue that induces bacterial gene expression during infection. Finally, we studied the dlt locus of B. Cereus which is involved in teichoic acid D-alanylation in Gram-positive bacteria. A similar dlt region was also found in P. Luminescens. We have shown that a B. Cereus dlt operon mutant is highly sensitive to the in vitro action of AMPs including those of insect innate immunity such as lysozyme and the inducible AMP cecropin B of Spodoptera frugiperda. This mutant was also avirulent after intrahemocoelic injection within insects. These results illustrate the correlation between AMP resistance and virulence in entomopathogenic bacteria

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  • Détails : 1 vol. (219 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 184-219. Annexes

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  • Bibliothèque : Bibliothèque interuniversitaire. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS 2009.MON-202
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