Rôle des protéines IbeA et IbeT dans les propriétés d'adhésion de la souche d'Escherichia coli pathogène aviaire BEN2908

Role of IbeA and IbeT in the adhesive properties of the avian pathogenic Escherichia coli strain BEN2908

• Auteur / Autrice : Mélanie Cortes
• Direction : Maryvonne Moulin-Schouleur
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie, spécialité Infectiologie et vaccinologie
• Date : Soutenance le 20/10/2008
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Santé, sciences, technologies (Tours)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : SST/INRA-N UR86 - BioAgresseurs, Santé, Environnement
• Jury : Président / Présidente : Jean-Francois Guillot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Germon, Jean-Claude Lazzaroni
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Chantal Le Bouguenec, Christine Martin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métabolisme

Opérons

Cellules endothéliales

Colibacillose

Escherichia coli

Grippe aviaire

Mots clés libres

Fimbriae de type 1

Résumé

Escherichia coli est une espèce bactérienne à multiples facettes. En effet, certaines souches sont présentes à l’état commensal au niveau intestinal, ou sont utilisées comme probiotiques. À l’inverse, d’autres souches sont responsables d’infections intestinales ou extra-intestinales chez l’Homme et les animaux à sang chaud. Les souches d’E. coli pathogènes extra-intestinales (ExPEC) sont responsables de nombreuses maladies infectieuses (méningites néo-natales, infections urinaires, septicémies ou infections respiratoires). Plusieurs facteurs de virulence ont été identifiés chez les souches ExPEC (adhésines, invasines…) et notamment la protéine IbeA, mise en évidence dans une souche isolée d’un cas de méningite néo-natale humaine. Le gène ibeA est retrouvé chez différentes souches ExPEC, dont certaines d’origine aviaire. Il est localisé au sein de l’îlot génomique GimA, sur un des quatre opérons de cet îlot, entre ibeR codant un potentiel régulateur et ibeT codant un potentiel antiporteur. La protéine IbeA a été décrite comme jouant un rôle dans l’invasion bactérienne des cellules endothéliales microvasculaires de cerveau humain (HBMEC). Afin de mieux comprendre le rôle d’IbeA dans le processus infectieux et l’invasion cellulaire, nous avons étudié l’implication d’IbeA dans l’adhésion de la souche ExPEC d’origine aviaire BEN2908 puis tenté de déterminer la localisation de cette protéine et son lien avec la protéine IbeT. L’étude phénotypique comparative de la souche BEN2908 et de son mutant ?ibeA nous a montré qu’IbeA intervenait dès le stade de l’adhésion aux HBMEC. Des tests d’adhésion en absence des fimbriae de type 1 (adhésine majeure de notre souche) nous ont montré que dans ce contexte, IbeA n’avait pas d’action sur l’adhésion. Ce résultat nous a suggéré qu’il pouvait y avoir une baisse d’expression des fimbriae de type 1 à la surface bactérienne dans un mutant ?ibeA, ce que nous avons montré par dots blots. Pour comprendre comment IbeA entraînait une modification de l’expression des fimbriae de type 1, nous nous sommes intéressés au contrôle de l’expression des gènes de l’opéron fim. Nous avons ainsi montré que le promoteur de ces gènes, localisé sur un élément invertible, était préférentiellement dans une orientation ne permettant pas la transcription des gènes fim dans un mutant ?ibeA. Nous avons ensuite mis en évidence chez le mutant ?ibeA une baisse de l’expression des gènes fimB et fimE qui codent pour deux recombinases participant au contrôle de l’orientation de l’élément invertible. Ces baisses d’expression de fimB et fimE pourraient expliquer la diminution d’expression des fimbriae de type 1 dans le mutant ?ibeA. Enfin, des phénotypes similaires à ceux du mutant ?ibeA ont été observés chez un mutant ?ibeT. La localisation d’IbeA est indispensable pour comprendre comment cette protéine peut agir sur l’expression des recombinases FimB et FimE. Nous avons localisé IbeA dans le compartiment cytoplasmique, mais l’incertitude sur la fonctionnalité d’IbeA dans les constructions génétiques utilisées nécessite de confirmer ces premiers résultats. Enfin, nous avons recherché un rôle métabolique pour IbeA et IbeT étant données les homologies d’IbeT avec des transporteurs de composés carbonés. Nous avons observé qu’un mutant ?ibeT présentait un retard de croissance par rapport à la souche sauvage et au mutant ?ibeA dans des cultures en milieu minimum avec du fumarate, du succinate, du malate ou de l’aspartate comme seule source de carbone. Ces résultats suggèrent un lien entre le métabolisme de certains dicarboxylates, l’expression des fimbriae de type 1 et les protéines IbeA et IbeT. Ils ouvrent de nombreuses perspectives pour la compréhension du mécanisme d’action d’IbeA et IbeT.

Escherichia coli is bacterial species with multiple facets. Indeed, some strains are present at a commensal state in the intestinal tract of humans and warm-blooded animals, or are used as probiotics. Conversely, other strains are responsible for intestinal or extra-intestinal infections in Humans and warm-blooded animals. Extra-intestinal pathogenic E. coli (ExPEC) strains are responsible for multiple infectious diseases (neonatal meningitis, urinary tract infections, septicaemias or respiratory infections). Several virulence factors have been identified in ExPEC strains (adhesins, invasins,…) and notably the IbeA protein, originally identified in a strain isolated from a case of human neonatal meningitis. The ibeA gene is found in different ExPEC strains, of including strains avian origin. It is located on one of the four operon of the GimA genomic island, between ibeR coding a putative regulator and ibeT coding a putative antiporter. The IbeA protein is known for its role in bacterial invasion of human brain microvascular endothelial cells (HBMEC). In order to better understand the role of IbeA in the infectious process and cellular invasion, we have studied the involvement of IbeA in adhesion of the avian pathogenic E. coli strain BEN2908 and attempted to determine the localisation of this protein and its link with the IbeT protein. The comparative henotypic study of strain BEN2908 and its ?ibeA mutant showed that IbeA was involved in the adhesion to HBMEC. Adhesion tests in the absence of type 1 fimbriae ( the major adhesin of our strain) showed that IbeA did not have a direct role in adhesion in this context. This result suggested there could be a decrease in type 1 fimbriae expression at the bacterial surface in the ?ibeA mutant. This was demonstrated by dot blots. To understand how IbeA led to a modification of type 1 fimbriae, we investigated the role of IbeA in the control of the expression of genes that belong to the fim operon. Thus we showed that the promoter of these genes, located on an invertible element, was preferentially in an orientation preventing transcription of the fim genes in the ?ibeA mutant. Then, we highlighted in the ?ibeA mutant, a decrease of expression of the fimB and fimE genes encoding two recombinases involved in the orientational control of invertible element. These decreases of fimB and fimE expression could explain the reduction of type 1 fimbriae expression in the ?ibeA mutant. Lastly, phenotypes similar to that of the ?ibeA mutant were observed in a ?ibeT mutant. The localisation of IbeA is necessary to understand how this protein can act on fimB and fimE expression. We localised IbeA in the bacterial cytoplasm, but the doubt on the functionality of IbeA in the genetic constructions used demands that these results be confirmed. Finally, we have looked for a metabolic role for IbeA and IbeT, given the IbeT homology with carbon compound transporters. We have observed that, in minimal broth with fumarate, succinate, malate or aspartate as sole carbon sources, the ?ibeT mutant presented a lower growth rate than the wild type strain and ?ibeA mutant. Altogether, these results suggest a link between metabolism of dicarboxylates, type 1 fimbriae expression and IbeA and IbeT proteins. They open numerous perspectives for the comprehension of IbeA and IbeT mechanisms.