Etude du recrutement de la phase planctonique par le biofilm chez Bacillus cereus : approches physiologiques et moléculaires

Study of the planktonic phase recruitment by the biofilm of Bacillus cereus : physiological and molecular approaches

• Auteur / Autrice : Imène Bennaceur
• Direction : Michel Gohar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 22/04/2013
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Gènes, Génomes, Cellules (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Microbiologie de l'Alimentation au Service de la Santé humaine (Jouy-en-Josas)
• Jury : Président / Présidente : Michael Dubow
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Gohar, Michael Dubow, Jean-Marc Ghigo, Michel Hébraud, Isabelle Martin-Verstraete, Jacques Mahillon, Pascal Piveteau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Marc Ghigo, Michel Hébraud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bacillus cereus

Recrutement (biologie)

Biofilms

Mots clés libres

Biofilm monoespèce

Recrutement de cellules planctoniques

Bacillus cereus

Exopolysaccharides

Monospecies Biofilm

Planktonic cells recruitment

Bacillus cereus

Exopolysaccharides

Résumé

Lorsqu'un biofilm se développe dans des conditions statiques, deux populations, sessiles et planctoniques, coexistent et peuvent échanger des cellules. Cependant, l'immigration de cellules planctoniques dans un biofilm n'a, jusqu'à présent, fait l'objet que de peu d'études dans le cas d'un biofilm monoespèce. Chez B. cereus, un pathogène alimentaire, notre équipe a récemment montré que des bactéries planctoniques mobiles peuvent pénétrer en profondeur à l'intérieur d'un biofilm formé en immersion. L'objectif du présent travail était, en partant de ces données, de déterminer le rôle du recrutement dans le développement du biofilm formé en interface air-liquide, et de caractériser ce processus d’un point de vue physiologique et moléculaire. Nous avons montré que la population planctonique est massivement recrutée par le biofilm, mais que, dans nos conditions expérimentales, ce recrutement ne contribue que de façon marginale à la croissance du biofilm. Nous avons mis au point deux dispositifs expérimentaux (en interface air-liquide et en immersion) permettant de quantifier le recrutement, ce qui nous a permis de cribler une banque de mutants, obtenue par mutagenèse aléatoire, pour sélectionner des clones inaptes à être recrutés. Le criblage de 1700 clones a abouti à la sélection d'un gène: Bthur002_62720. La délétion de ce gène par échange allélique affecte fortement la capacité du mutant à être recruté, et la complémentation rétablit le phénotype sauvage. Ce gène code pour une protéine probablement localisée dans l'enveloppe bactérienne. Il est porté par un plasmide, pCT8513, et pourrait être un élément mobile dont l'acquisition augmenterait fortement la capacité de la bactérie réceptrice à être recrutée par un biofilm. Enfin, nous avons mis en évidence le rôle du locus eps dans le recrutement des cellules planctoniques par un biofilm formé en interface air-liquide. Ce locus est homologue du locus epsA-O de Bacillus subtilis, requis chez cette espèce pour la production des exopolysaccharides de la matrice du biofilm. Chez B. cereus, nous avons montré que le locus eps est impliqué dans la formation d’une gaine d’exopolysaccharides faiblement liée à la paroi bactérienne. Cette couche d'exopolysaccharides contribue, avec d'autres exopolysaccharides d'origine inconnue, à la formation de la matrice du biofilm, et joue un rôle important dans l'adhésion de la bactérie sur des surfaces inertes et vivantes. En favorisant l'adhésion de la bactérie sur des surfaces vivantes, le locus eps pourrait faciliter son intégration dans le biofilm. Il pourrait également être impliqué dans le pouvoir pathogène de la bactérie.

When biofilm is developing in static conditions, cell exchanges between sessile and planktonic coexisting population can emerge. Up to now, very few are known about the implication of planktonic cells integration in monospecies biofilm development. in B. cereus, a foodborne pathogen, our team have shown that motility is a key factor for biofilm development and for the deep penetration of motile planktonic bacteria inside a biofilm formed in immersed condition. Based on these data, the purpose of the present work was to determine the role of recruitment in the development of biofilm in air-liquid interface and to characterize this phenomenon physiologically and in a molecular aspect. We showed that a massive planktonic population is integrated in the developing biofilm, however, in our experimental conditions this recruitment contributes only marginally to the biofilm growth. We have developed two recruitment systems (in air-liquid interface and in immersion condition), to quantify recruitment, which has allowed us to screen a library of mutants obtained by random mutagenesis in order to select clones unable to be recruited by a preformed biofilm. Screening of 1700 clones resulted in the selection of a gene: Bthur002_62720. The deletion of this gene by allelic exchange strongly affects the ability of the mutant to be recruited, and complementation restored the wild type phenotype. This gene encodes a protein probably localized in the bacterial envelope. It is carried by a plasmid, pCT8513, and could be a mobile element whose acquisition would greatly increase the ability of the recipient bacterium to be recruited by a biofilm. Finally, we have highlighted the role of the eps locus in the recruitment of planktonic cells in a biofilm formed at air-liquid interface. This locus is homologous to Bacillus subtilis epsA-O locus, required in this species for the production of exopolysaccharides of the biofilm matrix. In B. cereus, we have shown that the eps locus is involved in the formation of an exopolysaccharides sheath weakly bound to the bacterial cell wall. This exopolysaccharides layer contributes with other exopolysaccharides of unknown origin, to the formation of the biofilm matrix, and plays an important role in the adhesion of bacteria on inanimate and living surfaces.By promoting bacterial adhesion on living surfaces; the eps locus could help bacteria integration into the biofilm. It could also be involved in the pathogenicity of bacteria.