Étude, caractérisation et ingénierie de lactonases pour l'inhibition de la virulence et des biofilms bactériens

par Céline Bergonzi

Thèse de doctorat en Biologie. Biochimie structurale

Sous la direction de Eric Chabrière et de Mikael Elias.

Le président du jury était David Pignol.

Le jury était composé de David Pignol, Claudine Mayer, Benoit Guillot, Goetz Parsiegla.

Les rapporteurs étaient Claudine Mayer, Benoit Guillot.


  • Résumé

    Certains microorganismes sont capables de communiquer en utilisant des molécules et d’utiliser ce système pour réguler des comportements en fonction de la densité cellulaire. Ce système de communication, appelé quorum sensing (QS), régule des comportements bactériens, tels que la virulence et la formation de biofilm. Les molécules signal les plus étudiées sont les acyle-homosérine lactones (AHLs). Les enzymes qui sont capables de dégrader ces molécules peuvent couper la communication bactérienne, et se comportent ainsi comme des inhibiteurs de virulence et de biofilm. Ce phénomène, appelé quorum quenching (QQ), est une approche prometteuse pour le contrôle bactérien sans les tuer, ainsi que pour le développement de nouvelles thérapies contre les bactéries résistantes aux antibiotiques. Les travaux menés durant ma thèse ont permis d’isoler et de caractériser biochimiquement, enzymatiquement et structuralement de nouvelles lactonases provenant d’organismes thermophiles, capables d’inhiber le QS. J’ai résolu les structures de trois lactonases et en complexe avec différents types de lactones. Ces données ont révélées l’extrême polyvalence des sites actifs de ces enzymes, et ont permis d’identifier les résidus potentiellement impliqués dans la spécificité de substrat de ces enzymes. Ces résultats serviront de bases aux futurs projets d’ingénierie visant à changer la spécificité de ces enzymes. Enfin, mes travaux de caractérisation sur ces lactonases très stables ont permis de les utiliser hors du laboratoire et de démontrer l’importance de la signalisation bactérienne dans des processus biologiques complexes tels que la formation de biofilm et la bio-corrosion.

  • Titre traduit

    Studies, characterization and engineering of lactonases for the inhibition of bacterial virulence and biofilm formation


  • Résumé

    Numerous microorganisms are able to communicate using molecules and use this signaling system to coordinate behaviors in a cell-density-dependent manner. This communication system, dubbed quorum sensing (QS), regulates bacterial behaviors such as biofilm formation. The most popular system utilizes acyl homoserine lactones (AHLs) as signals. Enzymes that can degrade these signaling molecules can effectively disrupt bacterial signaling, and thereby behave as potent biofilm and virulence inhibitors. Therefore, the inhibition of QS, termed quorum quenching (QQ) by these enzymes is a promising approach to control microbes without killing them and develop therapies on multidrugs resistant strains. During this thesis, I have isolated and characterized biochemically, enzymatically and structurally novel lactonases from thermophilic sources. I have determined the structures of three lactonases in complex with different types of lactones. This enabled me to elucidate their catalytic mechanisms, as well as the unique binding modes of structurally different lactones. These data revealed the extreme catalytic versatility of the active sites of these enzymes, and allowed for the determination of residues possibly involved in substrate specificity. These data, in combination with structural data obtained on improved lactonase mutants, will serve as a foundation to guide future engineering studies aiming at altering lactonases’ specificity. Lastly, isolation and characterization work on these thermostable lactonases allowed to demonstrate the importance of bacterial signaling in complex biological processes, in the field, including biofilm formation and biocorrosion.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 28-06-2020

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