Unraveling the muco-adhesion of Lactococcus lactis : development of biophysical approaches

par Thi-Ly Tran

Thèse de doctorat en Ingénierie Microbienne et Enzymatique

Sous la direction de Muriel Mercier.

Le président du jury était Philippe Schmitz.

Le jury était composé de Muriel Mercier.

Les rapporteurs étaient Jean-Marc Di Meglio, Saulius Kulakauskas.

  • Titre traduit

    Caractérisation de la muco-adhésion de Lactococcus lactis par le développement d'approches biophysiques


  • Résumé

    L’épithélium digestif est recouvert d’une couche protectrice de mucus, qui est un hydrogel perméable et viscoélastique. La couche de mucus est formée d'un réseau de fibres de mucines. Ces dernières sont des glycoprotéines de haut poids moléculaire avec un squelette protéique riche en sérine et thréonine, lié à une grande variété de O-glycanes qui représentent une source nutritionnelle pour les bactéries et/ou des ligands potentiels pour les adhésines bactériennes, contribuant ainsi probablement à la sélection et l'implantation d'un microbiote régio-spécifique. Nous nous sommes intéressés aux capacités muco-adhésives de L. lactis TIL448 par le couplage de (i) la microscopie à force atomique (AFM), à l'échelle de la cellule unique et en mode statique et (ii) la méthode hydrodynamique en chambre à écoulement cisaillé, à l'échelle de l’ensemble de la population bactérienne. Dans l'optique d'identifier la nature et le rôle fonctionnel des déterminants de surface mis en jeu, nous avons testé, outre la souche sauvage, la souche curée de plasmides TIL1230 et deux mutants TIL1289 et TIL1290, altérés dans la synthèse de pili et d'une protéine "mucus-binding", respectivement. Pour relier les propriétés muco-adhésives et diffusives de L. lactis, les capacités de migration de la souche TIL448 et de ses dérivés ont ensuite été évaluées dans des suspensions de PGM à concentration variable (0,5% et 5% (m/v)), en mettant en œuvre une nouvelle méthode "Diffusion Front Tracking" (DFT). Cette méthode consiste à suivre le front de diffusion de la suspension bactérienne au cours du temps au sein du réseau de PGM, dans une chambre de Hele-Shaw, couplée à une caméra CCD. Les bactéries L. lactis sont préalablement marquées avec la fuschine pour mieux visualiser le front de diffusion. Par ailleurs, nous avons démontré que les bactéries L. lactis ont tendance à être plus diffusives dans PGM 0,5% (m/v) que dans PGM 5% (m/v). La microstructure du réseau de mucines a donc été caractérisée par des approches de microrhéométrie 1 point (1P) et 2 points (2P) et de suivi de particules fluorescentes


  • Résumé

    The digestive epithelium is covered with a protective mucus layer, regarded as a viscoelastic and permeable hydrogel. Mucins are large glycoproteins with a serine and threonine-rich protein backbone, linked to a wide variety of O-linked oligosaccharide side chains arranged in a bottle-brush configuration. Such O-glycans are nutritive sources for bacteria and/or potential ligands for bacterial adhesins, probably contributing in this way to the selection of the species-specific microbiota. In this thesis, we focused on unraveling multi-scale interactions between a vegetal L. lactis subsp. lactis isolate, TIL448 and a model mucin, Pig Gastric Mucin (PGM). Our study, based on the combination of different biophysical approaches and tools, has allowed dissecting the muco-adhesive and diffusive phenotype of L. lactis TIL448, in relation with the nature of the bacterial surface determinants and the structural, mechanical and rheological properties of the PGM network. Firstly, the muco-adhesion of TIL448 were examined using the single-cell scale AFM measurements with dedicated lacto-probes and shear stress flow chamber experiments at the bacterial population level, under laminar flow conditions. We also tested the plasmid-cured strain and two mutants, obtained by disruption of the genes encoding the major pilin and the mucus-binding protein. Then, the diffusion ability of L. lactis was determined by implementing a novel method, named Diffusion Front Tracking (DFT). It consists of tracking the diffusion front of stained cell suspensions over time within the PGM network. In a second part, in order to have a more thorough understanding of the L. lactis muco-adhesive and diffusive ability, the microstructure and mechanical properties of PGM were determined. Gel microstructure for varying PGM concentration was probed by the analysis of diffusivities of 200-nm and 500-nm fluorescent nanoparticles with different surface properties (carboxyl-terminated, amine-terminated and neutral charged tracers), using fluorescence Multiple-Particle Tracking


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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2013 par INSA à Toulouse

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Informations

  • Sous le titre : Unraveling the muco-adhesion of Lactococcus lactis : development of biophysical approaches
  • Détails : 1 vol. (XI-205 p.)
  • Notes : Thèse soutenue en co-tutelle.
  • Annexes : Bibliogr. p. 188-190
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