Etude de la formation de biofilm chez "Shewanella oneidensis" et du rôle des régulateurs transcriptionnels de la famille FleQ

Study of biofilm formation in Shewanella oneidensis and the role of transcriptional regulators from the FleQ family

• Auteur / Autrice : Manar Harb
• Direction : Maëlle Molmeret, Claudine Baraquet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie
• Date : Soutenance le 22/01/2020
• Etablissement(s) : Toulon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mer et Sciences. ED 548 (Toulon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Matériaux Polymères Interfaces Environnement Marin (MAPIEM). EA 4323 (Toulon)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maëlle Molmeret, Claudine Baraquet, Christophe [Etienne Charles] Bordi, Anne Vianney, Régis Grimaud, Cécile Jourlin, Gaël Panis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe [Etienne Charles] Bordi, Anne Vianney

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bactéries marines

Surfaces antibiofilms

Biofilms

Mots clés libres

C-di-GMP

S. oneidensis

P. aeruginosa

FlrA

FleQ

Biofilm

Tn-seq

RNA-seq

ChIP-seq

Résumé

La majorité des bactéries vivent attachées à des surfaces inertes ou biologiques et forment une communauté appelée biofilm. Au sein de ces biofilms, les bactéries sont enchâssées dans une matrice produite par cette même communauté et qui est constituée de polysaccharides, de protéines et d’acides nucléiques. La formation de biofilm est un problème car les bactéries sont nettement plus résistantes aux biocides sous cette forme. Comprendre comment les bactéries adhèrent et forment des biofilms à la surface de certains matériaux est absolument crucial pour permettre le développement de nouveaux revêtements comportant des propriétés anti-biofilm ciblées. Notre étude s’est focalisée sur la formation de biofilms chez la bactérie aquatique Shewanella oneidensis et nous avons en particulier étudié la voie de régulation de la formation de biofilm impliquant le messager intracellulaire c-di-GMP et un de ses effecteurs appartenant à la famille des régulateurs transcriptionnels de type FleQ. Nous avons montré que S. oneidensis formait des biofilms d’aspects différents selon les conditions de croissance et que parmi les composants testés, la matrice de S. oneidensis était constituée d’ADN extracellulaire, de protéines et d’acide sialique. Le mutant flrA (homologue de fleQ chez S. oneidensis) est affecté dans la motilité et la formation de biofilm et le c-di-GMP a également une influence sur ces deux mécanismes. Par des expériences de chromatine immunoprecipitation sequencing (ChIP-seq) et de transcriptomique (RNA-seq) nous avons montré que FleQ de P. aeruginosa et FlrA de S. oneidensis régulent l’expression de gènes impliqués dans la biosynthèse du flagelle, la production d’exopolysaccharides, la respiration anaérobie ou microaérobie et l’expression de certains gènes de prophage. Nous proposons que FleQ/FlrA est un régulateur majeur de la formation de biofilm, contrôlant différents aspects de la formation de biofilm : de l’attachement via le flagelle, à la production des exopolysaccharides en passant par différents mécanismes impliqués dans l’agrégation, la dispersion, le relarguage d’ADN extracellulaire et incluant l’adaptation aux conditions environnementales propres à la formation de biofilms comme la croissance en microaérobie

Microorganisms attach to surfaces and form a community called biofilms. Within a biofilm, bacteria are encapsulated in a matrix made of exopolysaccharides, nucleic acids and proteins. Biofilm formation is a problem because bacteria are notoriously recalcitrant to biocidal treatment when growing as a biofilm. Understanding how bacteria adhere and form biofilm is crucial to develop new coatings or treatments with antibiofilm properties. Our study focused on biofilm formation in the aquatic bacterium Shewanella oneidensis. We studied in particular the mode of regulation of biofilm formation involving the intracellular messenger c-di-GMP and one of its effectors belonging to the FleQ transcriptional regulator family. We showed that S. oneidensis was able to form biofilm of different aspects depending on growth conditions. Among the extracellular matrix compounds tested, most of the compounds secreted by these bacteria were eDNA, proteins and sialic acid. A flrA mutant (homologous to fleQ in S. oneidensis) is affected in its ability to swim or form biofilm and c-di-GMP also has an impact on these two mechanisms. From chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-seq) and transcriptomic (RNA-seq) studies, we showed that FleQ from Pseudomonas aeruginosa and FlrA from S. oneidensis regulate expression of genes involved in flagellum biosynthesis, exopolysaccharides production, anaerobic or microaerobic respiration and modulate expression of prophage genes. We proposed that FlrA/FleQ is a major regulator of biofilm formation controlling different facets of biofilms: from bacteria attachment mediated by the flagellum, to exopolysaccharide production, through diverse mechanisms involved in cells aggregation or dispersion or DNA release and including adaptation to environmental conditions of biofilm formation such as microaerobic growth.