Etude de la reconnaissance phage-bactérie : analyse fonctionnelle de l'adhésine gp38 des phages de la superfamille de type T4

par Sabrina Trojet

Thèse de doctorat en Microbiologie et génétique moléculaires

Sous la direction de Henry Krisch.

Soutenue en 2011

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Le spectre d'hôtes d'un phage est majoritairement déterminé par les adhésines phagiques. Leur reconnaissance spécifique des récepteurs situés à la surface bactérienne constitue la première étape de l'adsorption des phages. Dans la superfamille des phages de Type T4, de telles adhésines sont situées à l'extrémité des fibres caudales longues des phages. Parmi les phages du sous-groupe des T-pair, la forme prédominante des adhésines est une version codée, par exemple, par le gène 38 des phages T2 et T6. Cette adhésine gp38 est composée de quatre Segments HyperVariables (HVS) séparés par cinq Motifs Riches en Glycine très conservés (GRM). Cependant, les déterminants de l'adhésine impliqués dans sa spécificité et dans le maintien de sa structure sont encore mal connus. Le rôle des différents composants (HVS et GRM) de l'adhésine a été examiné par une analyse comparative de nombreuses adhésines gp38 de type T2/T6 présentant des différences dans la spécificité d'hôte. Une analyse génétique plus approfondie a été facilitée par la construction de phage T6 avec des mutations non-sens dans son gène 38. Ces mutants ont alors été utilisés pour créer des phages recombinants avec des adhésines gp38 chimériques. Les résultats obtenus nous ont permis de confirmer que l'adhésine de Type T2/T6 possède deux domaines structuraux : un module N-terminal d'attachement au reste de la fibre caudale et un module C-terminal de spécificité. De plus, une analyse par délétion du module C-terminal de spécificité a révélé que la plupart, si ce n'est pas tous, des HVS et GRM sont essentiel pour la fonction de l'adhésine du phage T6. Un mécanisme qui modifie la reconnaissance spécifique des adhésines, par échange de segments dans le module C-terminal de spécificité, a été décrit. L'identification et la caractérisation d'une adhésine de type gp38 a aussi été entreprise, pour les phages pseudo T-pair, RB42 et RB43. Dans ces phages, l'adhésine gp38 dispose d'un module N-terminal d'attachement similaire à celui de T6, mais son domaine C-terminal constitue un nouveau déterminant de la spécificité, non apparenté à celui des phages T-pair. Ceci suggère que le caractère modulaire des adhésines semble être une caractéristique commune et répandue parmi les phages de la superfamille de Type T4. Une telle conception offre sans doute un avantage évolutif significatif permettant de faciliter la création d'une diversité dans le spectre d'hôte des phages par échange modulaire. Cette analyse de l'adhésine gp38 apporte de nouveaux éléments sur l'interaction entre le phage et son hôte bactérien, qui pourraient être exploités pour améliorer la thérapie antibactérienne. Par exemple, notre étude sur l'effet d'antibiotique sur le cycle de vie des phages révèle que la présence d'une concentration sub-létale en antibiotique permet d'augmenter significativement la production de phages par la bactérie infectée. Bien que les phages puissent être utilisés seul en alternative à l'antibio-thérapie, l'utilisation de cet effet synergique entre phage et antibiotique dans un traitement pourrait s'avérer plus efficace. De plus, toute modification de l'adhésine améliorant le spectre d'hôte des phages permettrait d'accroître significativement l'efficacité du traitement par thérapie phagique.

  • Titre traduit

    Study of recognition phage-bacteria : functional analysis of gp38 adhesin of the T4-type phages superfamily


  • Résumé

    The host range of a phage is determined largely by the phage's adhesins. Their specific recognition of receptors on the bacterial surface is the first critical step in phage adsorption. In the T4 phage superfamily, such adhesins are located at the tip of the phage's long tail fibers. How the adhesin protein's structure determines this specificity is not, however, fully understood. The predominant form of adhesin among the closely related T-even phage subgroup of the T4 Superfamily is the version encoded by gene 38 in such phages T2 and T6. This adhesin is composed of a set of four HyperVariable Segments (HVS) that are separated by five highly conserved Glycine-Rich Motifs (GRM). The role played by these various gp38 sequences has been examined by a comparative analysis of a large series of T2/T6 type gp38 adhesins with different receptor specificities. A further genetic analysis of these adhesins was facilitated by the construction of nonsense mutations in T6 gp38. These mutants were used to create recombinant phages with chimeric adhesin recognition sequences. The T2/T6 type adhesin has a two-domain structure: an N-terminal tail fiber attachment module and a C-terminal specificity module. An extensive deletion analysis of the specificity module revealed that most, if not all, of the multiple HVS and GRM elements are essential for adhesin function. A mechanism that alters the adhesins recognition specificity by segmental swapping within this modular specificity determinant is proposed. The identification and characterization of a gp38-like adhesin in the more distantly related phages RB42 and RB43 was also undertaken. In these phages, the gp38 adhesin has an N-terminal tail fiber attachment module similar to that in T6 but its C-terminal specificity determinant is novel and unrelated to that of the T-even phages. This suggests that a modular design of the adhesin may be a general and widespread feature of among the T4 superfamily phages. Such a design presumably offers a significant evolutionary advantage by facilitating the creation of diversity in the phage's host range by modular swapping. This analysis of the gp38 adhesin provides new insights into the molecular interaction between a phage and its host bacteria, which could be exploited for improving antibacterial therapy. For example, our study of the effect antibiotics on phage life cycle revealed that the presence of a sub-lethal concentration of antibiotic significantly increases the production of phages by infected bacteria. Although the phages could be used alone as an alternative to antibiotic therapy, the use of this "Phage-Antibiotic Synergy" could make them more effective than if used alone. Obviously, in a Phage-Antibiotic Synergy therapy regime, the phages employed could have their therapeutic host range ameliorated by manipulation of their adhesin sequences. Such modifications in the treatment protocol might significantly increase the efficacy of phage therapy.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (178 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 167-178

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2011 TOU3 0130
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