Identification de gènes exigés pour le swarming et analyse de leur expression spatio-temporelle au sein de la communauté dendritique de Bacillus subtilis

Identification of genes required for swarming and spatiotemporal analysis of their expression in the dendritique community in Bacillus subtilis

• Auteur / Autrice : Kassem Hamze
• Direction : Simone Laurent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Flagelles (biologie)

Bacillus subtilis

Mots clés libres

Swarming

Surfactine

Résumé

Bacillus subtilis forme en quelques heures, sur une surface nutritive gélosée, des profils dendritiques très ramifiés. C’est le processus de ''swarming'' ou migration en masse, rapide et coopérative des bactéries sur une surface. Ce processus dépend de la présence des flagelles et de la production de surfactine, un lipopeptide cyclique sécrété par B. Subtilis, qui précède le front de migration au cours de sa progression. La régulation de l'opéron srf (les surfactine- synthetases) est différente entre une culture liquide et une boîte de swarming. Nous avons identifié de nouveaux gènes de swarming et nous les avons assignés à des étapes spécifiques de ce programme de type développemental. Dans le processus de swarming sur milieu synthétique B, les jeunes dendrites restent à l'état de couche monocellulaire pendant plusieurs heures jusqu'à atteindre une longueur de 1. 5 cm. Cette monocouche de cellules constitue une situation idéale pour l'analyse spatio-temporelle de l'expression génique in situ au niveau de la cellule unique. Dans cette thèse, j'ai concentré mes efforts sur l'analyse de deux gènes essentiels pour le swarming, hag (flagelline) et srf. Dans ce but, j'ai utilisé des fusions transcriptionnelles à la GFP aux promoteurs de hag et de srf. Les résultats que j'ai obtenus montrent que l'expression de hag et de srf est strictement régulée dans le temps et dans l'espace, avec des gradients d'expression génique le long des dendrites. Pour hag, l'expression est maximale aux extrémités et, pour srf, l'expression est maximale à la base.

Bacillus subtilis forms, within a few hours, dendritic patterns highly branched, on a nutritive agar surface. This is the swarming process or en masse migration, rapid and cooperative movement of bacteria on a surface. This process depends on the presence of flagella and production of surfactin, a cyclic lipopeptide secreted by B. Subtilis, which precedes the migration front during its progression. Interestingly, in several aspects, the regulation of the srf-operon (surfactin synthetases) is different between liquid culture and swarm plates. We have identified new swarming genes and assigned them to specific steps in the development-like program. Importantly, in the swarming process on synthetic B-medium, buds and dendrites develop as monolayers over several hours until reaching at least 1. 5 cm. This monolayer of cells constitutes an ideal situation for spatiotemporal analysis of gene expression in situ at the single cell level. In this thesis, I have concentrated on the analysis of two essential genes for swarming, hag (flagellin) and srf. For this, I used transcriptional fusions of gfp to promoters for hag and srf. The results I obtained showed that expression of hag and srfA is strictly regulated in time and space with gradients of gene expression along the dendrites. For hag, expression is maximum in tips and for srf, expression is maximum at the base. Detailed quantitative analysis of the results identified a sub-population of ‘swarmers' at the extremity of dendrites, that drive migration. Swarmers are hypermotile with a two-fold increase in flagella and very probably display low level srf expression.