Caractérisation et mode d'action de la warnéricine RK, un peptide anti-legionella

Characterization and mode of action of warnericin RK, an anti-Legionella peptide

• Auteur / Autrice : Julien Verdon
• Direction : Yann Héchard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Poitiers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phospholipides

Acides gras

Mécanisme d'action (biochimie)

Peptides

Légionelles

Résumé

Une souche de Staphylococcus warneri, possédant une activité anti-Legionella, a été décrite par notre équipe en 2005. Cette souche produit plusieurs peptides, dont l'un a fait l'objet d'un dépôt de brevet en 2006 pour son activité anti-Legionella, sous le nom de warnéricine RK. Deux autres peptides actifs, nommés δ-hémolysine I et II, sont des hémolysines produites par de nombreuses espèces de Staphylococcus, sans activité connue contre les bactéries. Ces trois peptides possèdent un spectre d'activité antimicrobien restreint au genre Legionella. Afin de comprendre cette spécificité d'action, l'objectif de cette étude a été de déterminer les propriétés biologiques et le mécanisme d'action de la warnéricine RK. Dans la première partie de ce travail, l'étude de l’activité de la warnéricine RK et de la δ-hémolysine I a montré que leur spectre d'activité est restreint au genre Legionella et à Bacillus megaterium. Les deux peptides ont des activités biologiques et des caractéristiques structurales similaires, ce qui laisse penser qu'ils possèdent un mécanisme d'action semblable. La seconde partie de ce travail a consisté en l'étude du mécanisme d'action de la warnéricine RK. L'approche utilisée a été d’analyser l'activité du peptide sur des membranes artificielles et naturelles. Les résultats ont permis de mettre en évidence que la warnéricine RK est capable de perméabiliser ces membranes en formant des canaux de taille variable. L'analyse de la structure tridimensionnelle par résonnance magnétique nucléaire a permis de montrer que la warnéricine RK, à l'image de la δ-hémolysine, adopte une structure en hélice α amphiphile au contact des membranes. L'ensemble des données obtenues sont en accord avec un mode d'action detergent-like, comme proposé dans la littérature pour la δ-hémolysine. Dans la dernière partie de ce travail, une souche de L. Pneumophila résistante à l'action de la warnéricine RK a été isolée par pression de sélection. Les travaux menés ont permis d'étudier l'impact des modifications de l'enveloppe de L. Pneumophila (sauvage vs résistant) sur l'action de la warnéricine RK et, plus particulièrement, celles des lipides membranaires. Les travaux ont montré que les bactéries résistantes à l'action du peptide sont enrichies en acides gras à chaîne courte et en acides gras branchés. Ces caractéristiques sont corrélées à une fluidité membranaire plus importante. L'ensemble des résultats obtenus a permis de montrer l'action de perméabilisation membranaire de la warnéricine RK sur L. Pneumophila. Même si la forte sensibilité de Legionella reste encore mal comprise, il semble que celle-ci soit, en partie, due à une composition particulière de sa membrane.

A strain of Staphylococcus warneri that possess an anti-Legionella activity was described in our laboratory in 2005. This strain produces numerous peptides, of which warnericin RK was patented in 2006 for its anti-Legionella activity. Two other active peptides were described, δ-hemolysin I and II. They are hemolysins produced by Staphylococcus species without known antimicrobial properties. Those three peptides display the same spectrum of activity, restricted to Legionella and some Bacillus. In order to understand this specific action, the aim of our study was to determine biological activities of warnericin RK and to define its mode of action. In the first part of our study, the spectrum of activity of warnericin RK and δ-hemolysin I showed that both peptides was active against Legionella and Bacillus megaterium. These peptides shared some biological and structural properties, indicating that they could possess a similar mode of action. The second part of the work was dedicated to the study of warnericin RK mode of action using both artificial and natural membranes. Results showed that warnericin RK permeabilized membranes by forming pores of various sizes. Tri-dimensional analysis of warnericin RK by nuclear magnetic resonance revealed a well defined amphipatic α-helical structure in an environment mimicking membrane. Taken together, all data are consistent with a detergent-like mode of action, as previously proposed for δ-hemolysin. In the last part, a resistant strain of L. Pneumophila to warnericin RK was isolated by selection pressure. Modifications of membrane composition were investigated on both wild-type and resistant strains to see whether it can affect the sensitivity to warnericin RK. Resistant bacteria were enriched in branched chain fatty acids and short chain fatty acids. Those characteristics are related to an increase in membrane fluidity. Finally, our study showed that warnericin RK permeabilized the membrane of L. Pneumophila. Even if the high sensitivity of Legionella is poorly understood, it seems that the particular membrane composition could be involved in warnericin RK sensitivity.