Caractérisation du système d’acquisition de fer codé par le locus iro chez Salmonella enterica sérovar Typhi

Abstract

Le fer est un élément essentiel pour les bactéries. Puisqu’elles ne peuvent le synthétiser elles-mêmes, elles utilisent un ou plusieurs systèmes d’acquisition de fer afin de se le procurer dans l’environnement, ou chez l’hôte pour leurs propres métabolismes. Différentes stratégies coexistent chez les bactéries pathogènes dues à la faible concentration de cet élément, autant chez l’hôte que dans l’environnement. Salmonella enterica sérovar Typhi (S. Typhi) est une entérobactérie Gram négative causant une maladie systémique, soit la fièvre typhoïde, qui est spécifique à l’homme. Les mécanismes de pathogènese de ce sérovar sont peu connus jusqu’à ce jour, puisque son tropisme pour l’humain empêche l’utilisation d’un modèle animal adéquat. L’objectif de cette recherche est de caractériser le système d’acquisition de fer chez S. Typhi encodé par le locus iro. Les gènes du locus, iroBCDEN ont fait l’objet de plusieurs recherches chez différents pathogènes, notamment E. coli et Salmonella Typhimurium. Bien qu’un rôle dans la virulence ait été établi pour ce locus chez ces bactéries, très peu d’informations sont disponibles quant au rôle chez S. Typhi, qui emprunte plutôt la voie systémique d’infection. Nous avons évalué le rôle de la synthèse, de l’exportation et de l’importation du sidérophore salmochéline, codé par les gènes iroBCDEN. En inactivant le locus puis par la suite les gènes de façon indépendante par échange allélique, il a été possible d’observer leurs implications in vitro lors d’infections de cellules humaines. Le rôle dans l’adhésion et l’invasion des cellules épithéliales ainsi que le rôle dans la phagocytose et la survie dans les macrophages ont donc été déterminés. De plus, le mécanisme de sécrétion par lequel la salmochéline peut traverser la membrane externe est inconnu à ce jour. La pompe à efflux TolC est responsable de la sécrétion de plusieurs molécules, y compris l’entérobactine, un sidérophore analogue à la salmochéline. Par mutagénèse, nous avons effectué un mutant de délétion tolC afin de vérifier son implication dans l’interaction avec les cellules épithéliales et les macrophages. Afin de caractériser in vitro les mutants, nous avons effectué des courbes de croissance dans différents milieux. La sensibilité au peroxyde d’hydrogène a été vérifiée par la suite, puis dû aux résultats d’infections, la mobilité de la souche ΔtolC a été évaluée. Ces différents tests nous ont permis de mieux comprendre l’implication du locus iro, de ses composantes et de la pompe à efflux TolC lors de l’interaction avec les cellules cibles d’une infection systémique causée par Salmonella Typhi.

Iron is an essential element for most bacteria. Since they are unable to synthetize it themselves, bacteria have developed systems to acquire iron from the environment or from host, for their own metabolic needs. Different strategies coexist in the same pathogen as a result of the low iron concentration available in the environment and in their host. Salmonella enterica serovar Typhi (S. Typhi) is a Gram negative entericbacteria that causes a systemic disease called typhoid fever, which is specific to humans. The pathogenic mechanisms of this serovar remain poorly characterized due to its tropism for humans and the lack of an adequate animal model. The objective of this project is to characterize the iron uptake system encoded by the iro locus of S. Typhi. The iroBDCEN genes of this locus are well known in other pathogens, especially in E. coli and Salmonella Typhimurium. Even if a role in virulence has been established for this locus in several bacteria, it has not been verified in S. Typhi, which importantly uses the systemic route of infection. We evaluated the role of synthesis, export and import of the salmochelin siderophores coded by the iroBCDEN genes. Inactivating the whole locus and each individual gene by allelic exchange, provided a means to observe their effects in vitro by infecting human cells. The role in adhesion and invasion of epithelial cells and their role in phagocytosis and survival in macrophages were determined. Moreover, the secretion mechanism by which salmochelin siderophores are able to pass through the external membrane is unknown to date. The TolC efflux pump is responsible for secretion of several molecules, including enterobactin, a siderophore related to salmochelins. By mutagenesis, we created a tolC deletion mutant to verify its implication in interactions with epithelial cells and macrophages. To characterize the mutants in vitro, we tested their ability to grow in different media. Sensitivity to hydrogen peroxide was verified for all mutants and due to the infection results for ΔtolC, we tested the motility of this mutant. These experiments allowed a better understanding of the implication of the iro locus, its components and the efflux pump TolC with human host cells that are targeted during systemic infection caused by Salmonella Typhi.