Analyse fonctionnelle des fimbriae de type chaperon-placier chez Salmonella enterica sérovar Typhi

Abstract

Salmonella enterica sérovar Typhi est une bactérie pathogène humain-spécifique et l’agent étiologique de la fièvre typhoïde. Parmi ses facteurs de virulence, il y a 14 systèmes d’adhésion putatifs nommés fimbriae qui ont été identifiés dans le génome de S. Typhi. Les fimbriae sont regroupés en opérons qui codent pour des structures protéiques extracellulaires, pour une machinerie de sécrétion et d’assemblage et parfois pour des régulateurs. Ceux-ci sont peu exprimés en conditions de laboratoire et peu étudiés chez S. Typhi. Parmi les 14 fimbriae de S. Typhi, 12 appartiennent à la classe des chaperon-placier, c’est-à-dire qu’ils possèdent un chaperon et un placier qui leur sont dédiés pour la formation de la structure fimbriaire. Je crois que ces fimbriae sont importants pour la pathogenèse de S. Typhi. Le but de ce projet est l’analyse fonctionnelle des fimbriae de type chaperon-placier chez S. Typhi. Pour ce faire, j’ai voulu établir une caractérisation générale des 12 fimbriae de type chaperon-placier, puis j’ai concentré l’étude sur la régulation de 2 de ces fimbriae, c’est-à-dire Fim et Std. La caractérisation générale des fimbriae de type chaperon-placier consistait à déterminer l’expression des promoteurs fimbriaires lors de la croissance en différentes conditions de culture mimant l’infection, à déterminer la présence et la morphologie des fimbriae à la surface de la bactérie et à évaluer l’effet des fimbriae sur la pathogenèse de S. Typhi (formation de biofilm, interactions avec les cellules de l’hôte et motilité bactérienne). L’expression maximale des fimbriae a été obtenue principalement en milieu minimal. J’ai observé pour la première fois 6 des 12 fimbriae par microscopie électronique à transmission. Chaque fimbria présentait des effets sur au moins une étape testée sur la pathogénèse. La régulation de std et fim a été étudiée en déterminant le rôle de régulateurs globaux et par criblage d’une banque de mutants par insertion de transposon. Principalement, j’ai découvert que le promoteur std était activé par Crp, responsable de la répression catabolique, tandis que fim voit son expression modulée par la chaîne de transport d’électrons (Ndh) et des perturbations de l’enveloppe (OmpR). Finalement, nos résultats démontrent que les fimbriae de type chaperon-placier sont importants pour la 6 pathogenèse de S. Typhi et que deux de ceux-ci sont régulés par des signaux environnementaux importants rencontrés par la bactérie lors de l’infection.

Salmonella enterica serovar Typhi is a human-specific pathogenic bacteria and the etiologic agent of typhoid fever. Among its virulence factors, there are 14 putative adhesion systems named fimbriae identified in the S. Typhi genome. Each fimbria is clustered in an operon that encodes for extracellular proteinaceous structures, for the secretion and assembly machinery and sometime for regulators. Fimbrial genes are poorly expressed under laboratory conditions, with few studied in S. Typhi. Among the 14 fimbriae, 12 belong to the chaperone-usher class, where each one encodes a dedicated chaperone and usher that form the fimbrial structure. I propose that fimbriae are important for S. Typhi pathogenesis. The aim of this project is the functional analysis of all the chaperone-usher fimbriae of S. Typhi. My goals were to establish a general characterization of the 12 chaperone-usher fimbriae, and to study specifically the regulation of 2 fimbriae, Fim and Std. The general characterization of chaperone-usher fimbriae includes the determination of the expression of fimbrial promoters in different growth conditions mimicking infection, the observation of the presence and morphology of fimbriae at the bacterial surface, and the evaluation of the role of fimbriae on S. Typhi pathogenesis (biofilm formation, host-cells interactions and motility). Fimbrial expression was generally higher when cells were grown in minimal medium. I was able to observe for the first time the presence of 6 out of 12 fimbriae by transmission electron microscopy. Regarding the role of fimbriae in pathogenesis, each fimbria was involved in at least one step. Regulation of std and fim was studied by evaluating the implication of several general regulators and by screening a transposon-based library. Overall, I discovered that the std promoter was activated by Crp, responsible of catabolic repression, and that fim was modulated by the activity of the electron transport chain and by envelope perturbations. Finally, my results demonstrated that the chaperone-usher fimbriae are important for S. Typhi pathogenesis and two of them are regulated by important environmental signals encountered during bacterial infection.