Etude de l'action des antimicrobiens ciblant la paroi cellulaire chez Bacillus subtilis

An integrated view of the action of antimicrobials targeting the cell wall in Bacillus subtilis

• Auteur / Autrice : Charlène Cornilleau
• Direction : Rut Carballido-López
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 22/03/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Microbiologie de l'Alimentation au Service de la Santé humaine (Jouy-en-Josas)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Paulo Tavares
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mariana Gomes de Pinho, Thomas Bernhardt, Jean-Emmanuel Hugonnet, Thierry Touzé, Philippe Noirot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mariana Gomes de Pinho, Thomas Bernhardt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bacillus subtilis

Microscopie de fluorescence

Autolysines

Peptidoglycanes

Paroi bactérienne

Mots clés libres

Paroi bactérienne

Peptidoglycane

Antibiotiques de paroi

Croissance paradoxale

Bacterial cell wall

Peptidoglycan

Cell wall antibiotics

Paradoxical growth

Résumé

La paroi bactérienne constitue une enveloppe protectrice essentielle à la survie des bactéries et représente leur première ligne de défense contre le milieu extérieur. Cette paroi est constituée majoritairement de peptidoglycane (PG), un biopolymère spécifique aux cellules bactériennes. Parce qu'il est nécessaire à la survie et spécifique aux bactéries, le PG ainsi que sa voie de synthèse sont des cibles privilégiées pour des antibiotiques. Bien que les cibles moléculaires des antibiotiques inhibant la synthèse de la paroi soient connues, les conséquences de leur action sur les cellules bactériennes et la cascade d'évènements menant à la lyse restent incomprises. Comprendre ces mécanismes est crucial pour lutter contre la résistance aux antibiotiques, résistance qui représente une menace de santé publique majeure, inscrite dans les priorités de l'OMS. Ce projet de thèse a pour objectif d'identifier les conséquences de l'exposition à des antibiotiques de paroi sur la physiologie bactérienne, et la manière dont cela conduit à terme à la mort cellulaire, sur la bactérie modèle Bacillus subtilis. Deux analyses systématiques ont permis de mettre en évidence d'une part la signature transcriptomique et d'autre part les modifications chimiques et structurales induites par l'exposition à des antibiotiques ciblant la paroi. Une étude plus approfondie des machineries de synthèse de la paroi a révélé que les différents acteurs de la synthèse ne répondaient pas de la même façon à des traitements antibiotiques, révélant des différences de régulation. Enfin, une analyse détaillée de la réponse de Bacillus subtilis à la moenomycine a mis en lumière des mécanismes à l'origine de la résistance à cet antibiotique et de l'effet Eagle ou croissance paradoxale (perte de la dose-dépendance de l'inhibition de croissance en présence de fortes concentrations d'antibiotique), décrit dans la littérature mais dont les mécanismes restent inconnus. Ces travaux permettent de mieux comprendre le processus essentiel qu'est la synthèse de la paroi bactérienne et d'identifier des nouvelles pistes permettant de limiter les phénomènes de résistance aux antibiotiques.

Most bacteria are encased into a rigid framework, the cell-wall (CW), conferring them shape and protection. The main constituent of the CW is the peptidoglycan (PG), a biopolymer specific to bacteria. Because it is essential for bacteria and not present in eukaryotic cells, PG and its synthesis pathway are targets of choice for antibiotics. The primary target of CW antibiotics, the enzyme they inhibit or the molecule they bind to, is generally well known. However, the resulting cascade of events leading the cells to lysis is still poorly caracterised. Understanding these mechanisms is crucial to fight antibiotic resistance, a world-wide threat and one of top priority of the WHO. This project aims at identifying the physiological consequences of CW antibiotic exposure, and the pathways leading to cell death. Two systematic analysis put into light the transcriptomic signature of CW antibiotic exposure and the chemical and structural modifications provoked. An in-depth study of PG synthesis machineries revealed that the different actors of PG synthesis are differentially affected by antibiotic treatment, pointing at differences in their regulation. Finally, a detailed analysis of Bacillus subtilis's response to moenomycin shed light on the mechanisms triggering resistance to this antibiotic and Eagle effect or paradoxical growth: a more-antibiotic-less-killing effect at high concentrations. This study helps us on one hand to understand better the essential process of CW synthesis, and on the other hand to identify new leads to tackle antibiotic resistance.