Mise en évidence du système de communication "Quorum Sensing" impliquant les AHLs chez des bactéries marines isolées de la Méditerranée

par Armande Mireille Aye

Thèse de doctorat en Microbiologie

Sous la direction de Yves Blache.

Soutenue le 20-03-2015

à Toulon , dans le cadre de École doctorale Mer et Sciences. ED 548 (Toulon) , en partenariat avec Laboratoire Matériaux Polymères Interfaces Environnement Marin (MAPIEM). EA 4323 (Toulon) (laboratoire) et de Matériaux Polymères Interfaces Environnement Marin / MAPIEM (laboratoire) .

Le jury était composé de Denis Faure, Gaël Le Pennec, Eric Chabrière, Maryse Bonnin-Jusserand, Rose Amenan Koffi-Névry, Maëlle Molmeret.

Les rapporteurs étaient Denis Faure, Gaël Le Pennec.

mots clés

• Inhibition du quorum sensing
• AHL
• Pseudoalteromonas
• Quorum sensing
• Biofilms
• Bactéries marines -- Toulon, Rade de (Var)

Résumé

Le contrôle du biofouling sur des surfaces inertes immergées ou en atmosphère humide est une nécessité dans le secteur marin, tant pour des raisons économiques qu’environnementales. La formation de biofilm microbien, étape préalable à la formation du biofouling, est souvent intrinsèquement liée chez les bactéries au système de communication “Quorum Sensing” (QS). Chez certaines bactéries Gram négatif, le QS est basé sur la perception de petites molécules diffusibles appelées N- Acyl Homosérine Lactones (AHLs). L’une des stratégies antifouling en voie de développement de nos jours repose sur l’inhibition du QS bactérien. L’objectif de cette thèse est d’utiliser certaines bactéries marines afin d’identifier des molécules anti-QS capables de perturber la formation de biofilm. Ce travail a donc porté sur la mise en évidence de molécules AHLs impliquées dans le QS chez certaines bactéries marines isolées de la rade de Toulon, l’étude de la modulation de certains phénotypes dont la formation du biofilm, par ces molécules et, la mise en place d’un test préliminaire d’inhibition du QS. Parmi les trois bactéries isolées de la rade de Toulon (TC8, TC14 et TC15) du genre Pseudoalteromonas, connues pour produire de nombreuses molécules actives, et testées pour leur capacité à sécréter des AHLs, seule Pseudoalteromonas sp. TC15 a produit la C12-HSL. P. ulvae TC14, capable de produire un biofilm conséquent et de la violacéine, ne produit aucune AHL. Afin d’évaluer la possibilité d’utiliser une bactérie marine comme outil de criblage anti-QS, interférant avec les AHLs et les conséquences sur son biofilm, des AHLs exogènes ont été testées sur la production de violacéine, la formation de biofilm et la mobilité de TC14. Certaines AHLs ont montré qu’elles pouvaient réguler la production de violacéine et la formation de biofilm chez TC14, suggérant l’existence d’un récepteur AHLs fonctionnel. Des tests préliminaires d’inhibition du QS ont été effectués avec des molécules commerciales et des analogues synthétiques. La 3-oxo-C6-HSL commerciale, ainsi que l’esculétine et la p- benzoquinone, connues pour interférer avec le QS bactérien, ont été capables d’inhiber la production de violacéine ainsi que la formation de biofilm de TC14 à des concentrations n’affectant pas sa croissance. Cette étude suggère donc que P. ulvae TC14 pourrait être utilisée comme un outil de recherche de molécules anti-QS en conditions proches de celles trouvées dans l’environnement marin, et ce dans le but d’être ultérieurement testées sur la formation de biofilm. L’objectif à plus long terme reste de trouver un moyen de limiter la formation du biofilm en utilisant des molécules non toxiques pour l’environnement.

mots clés

• Quorum sensing inhibition
• AHL
• Pseudoalteromonas

Titre traduit

Evidence of an AHL-based communication system quorum sensing in marine bacteria isolated from the Mediterranean Sea

Résumé

The biofouling control on immersed inert surfaces or in moist atmosphere is a necessity in the marine sector for both economic and environmental reasons. Microbial biofilm formation, the initial step of biofouling development, is intrinsically linked to the communication system “Quorum sensing” (QS). In some Gram negative bacteria, QS is based on the perception of small diffusible signaling molecules called Acyl Homoserine Lactones (AHLs). The inhibition of bacterial QS is part of the different antifouling strategies currently developed. This present work focused on the detection of AHLs molecules involved in this communication system in bacteria isolated from Toulon harbor and the study of modulation of some phenotypes, including biofilm formation, by these molecules as well as the development of a preliminary anti-QS assay. Three marine bacteria isolated from Toulon harbor (TC8, TC14 and TC15), belonging to the Pseudoalteromonas genus, known to synthesize many active molecules, have been tested for their ability to produce AHLs. Only Pseudoalteromonas sp. TC15 produced the C12-HSL. P. ulvae TC14 a violacein-producing and biofilm-forming bacteria, did not secrete any AHLs. Few marine bacteria are used as an anti-QS screening tool, especially by interfering with AHLs with the goal of studying the consequences on biofilm formation. In order to evaluate the possibility to use TC14 with this purpose, exogenous AHLs were tested on the violacein production, the biofilm formation and the motility of TC14. Some AHLs were able to regulate violacein production and biofilm formation suggesting the presence of a functional AHLs receptor in TC14. Preliminary QS inhibition assays were performed with commercial molecules and synthetic analogues. The commercial 3-oxo-C6-HSL as well as esculetin and p-benzoquinone, known to interfere with bacterial QS, were able to inhibit QS and biofilm formation at a non-toxic concentration. Overall, this study suggests that the marine strain P. ulvae TC14 may be used as a tool for the detection of anti-QS molecules in conditions closed to the marine environment. These molecules may subsequently be tested on the biofilm formation of marine bacteria. The long term objective is to find a way to limit biofilm formation, using non-toxic molecules for the environment.