Functional characterization of new chaperone-usher fimbriae in Escherichia coli K-12

• Auteur / Autrice : Charalampia-Georgia Korea
• Direction : Christophe Beloin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie et virologie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie électronique à transmission

Adhésines bactériennes

Régulation de l'expression des gènes bactériens

Fimbriae bactériens

Chimie

Escherichia coli K12

Résumé

Plusieurs études ont souligné le rôle important de différents fimbriae dans la formation des biofilms. Ce projet de thèse a visé à l'identification de nouvelles adhésines chezE. Coli K-12, dans la fraction de son génome (34%), qui n'a pas été caractérisée expérimentalement. Les résultats obtenus nous ont permis de caractériser sept opérons,ycbtybg,yfc,yadtyra, sfm etyeh, qui présentent des homologies avec les fimbriae de type 1, membre prototypique de la famille des fimbriae «Chaperone/Usher». A l'aide d'une fusion lacZzeo et des souches exprimant constitutivement chacun de ces opérons, nous avons démontré que, malgré leur, très faible expression en conditions de laboratoire, six sur sept opérons sont fonctionnels et promeuvent l'adhésion sur des surfaces abiotiques et biotiques. L'extraction de ces fimbriae a révélé les unités majeures pour certains de ces appendices, tandis que la microscopie électronique a permis la visualisation des filaments pour ycb etyad. Une analyse détaillée a montré également que d'une part, ces fimbriae potentiels ont des profils d'adhésion et d'affinité pour des sucres distincts, et d'autre part que des interactions physiques avec d'autres adhésines peuvent avoir lieu. De plus, nous avons prouvé que leur expression est sous le contrôle de H-NS et, à l'exception deyad, sous celui de CRP. En conclusion cette étude a mis en évidence que les opérons ycb, yfc, yad, yra, sfm et yeh codent pour des fimbriae cryptiques mais cependant fonctionnels, dont l'expression pourrait, en j conditions environnementales qui restent à déterminer, contribuer à la capacité d' E. Coli à adhérer une grande variété de surfaces et de niches ont d'explorer aussi les propriétés d'autres protéines d'enveloppe de différents types de virus pour l'application virologique fondamentale et clinique.

The study of the bacteria/surface interactions has revealed the important role played by different fimbriae in biofilm formation. Although extensively studied as a model bacterium, E. Coli K-12 genome still contains 34% of genes of unknown function and we hypothesized that some of them could correspond to functional adhesins. In this project we characterized E. Coli K-12 ycb, ybg, yfc, yad, yra, sfm and yeh operons, which display sequence and organization homologies to type 1 fimbriae exported by the chaperone usher pathway. By using a reporter lacZzeo cassette as well as overexpressing strains we showed that, although they are not or are poorly expressed in laboratory conditions, six of them are j functional when expressed and promote adhesion to various abiotic and/or epithelial cell surfaces. Fimbriae extraction revealed the major subunits for certain appendages, whereas electron microscopy analysis allowed visualization of fimbrial filaments for ycb and yad. While the studied fimbriae display different binding specificities and potentially distinct sugar affinities, we demonstrated the possibility for synergy or interference witth other adhesins such as Ag43 or type 1 fimbriae. We furthermore showed that their régulation is under the negative control of H-NS and, except for yad, subjected to cAMP receptor protein-mediated activation and carbon catabolite repression. These results therefore demonstrate that ycb, yfc, yad, yra, sfm and yeh operons encode cryptic but functional fimbrial adhesins, whose expression, upon still undertermined environmental conditions, could contribute to E. Coli's ability to adhere to a large diversity of surfaces in its various ecological niches.