Rôle du protéome dans le développement de biofilms et l’adaptation de Listeria monocytogenes à des environnements contrôlés

Role of proteome in biofilm development and adaptation of Listeria monocytogenes to controlled environments

• Auteur / Autrice : Tiago Santos
• Direction : Michel Hébraud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique et Physiologie
• Date : Soutenance le 12/06/2019
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Microbiologie Environnement Digestif et Santé
• Jury : Président / Présidente : Pascale Gueirard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean Guzzo
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Graziella Midelet, Jean Armengaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Listeria monocytogenes

Mots clés libres

Listeria monocytogenes

Biofilm

Adaptation

Protéomiques

Imagerie par spectrométrie de masse

Listeria monocytogenes

Biofilms

Adaptation

Proteomics

Imaging Mass Spectrometry

Résumé

Listeria monocytogenes est une bactérie à Gram positif impliquée dans des infections graves d’origine alimentaire. La plupart des cas de listériose humaine sont causés par la consommation d'aliments réfrigérés prêts à consommer. La capacité de ces bactéries à survivre et à se multiplier dans une large gamme de conditions difficiles fait de ce pathogène une des préoccupations majeures dans les industries agro-alimentaires. Ces propriétés de L. monocytogenes sont renforcées par son aptitude à former des biofilms. Le but de ce projet était d'explorer l'adaptation de ce pathogène à la déshumidification et aux basses températures par deux approches de protéomique. La première approche, basée sur la technique d’imagerie par spectrométrie de masse (IMS) MALDI-TOF, permet de réaliser la cartographie de molécules à partir d'échantillons biologiques. Ce travail a consisté à développer cette approche, en considérant un biofilm bactérien comme un tissu, afin d’accéder à des informations sur la distribution de protéines dans des biofilms de L. monocytogenes soumis à un stress de déshumidification. En outre, une approche LC-MS/MS a été utilisée pour relier les données spectrales d’intérêt obtenues par l'IMS et l'identification des protéines. L’IMS a permis d'examiner la distribution de 47 protéines de bas poids moléculaire dans les biofilms. Cinq protéines ont été identifiées par LC-MS/MS grâce aux données m/z de l’IMS, y compris deux protéines de choc thermique. Les résultats démontrent que l'IMS peut être utilisée pour disséquer le protéome spatial d'un biofilm bactérien. La deuxième approche protéomique a consisté en une comparaison semi-quantitative relative et sans marquage (shotgun proteomic) des protéines exprimées dans différentes conditions de culture. Par cette méthode, nous avons exploré l’expression protéique en fonction du mode de croissance (biofilm vs planctonique) et de la température (10°C, 25°C et 37°C). Parmi les 920 et 931 protéines uniques identifiées, provenant respectivement de cellules sessiles et planctoniques, beaucoup sont liées à des fonctions cellulaires de base, mais certaines sont liées à la thermorégulation. Des changements ont été observés dans le protéome de L. monocytogenes en biofilm par rapport aux cellules planctoniques, ce qui indique des modes de régulation différents selon le mode de croissance. Ces comparaisons de l'expression des protéines dans plusieurs conditions (modes de croissance, températures) enrichiront les bases de données et aideront à modéliser les circuits de régulation qui conduisent à l'adaptation de L. monocytogenes aux environnements.

Listeria monocytogenes is a Gram-positive bacterium implicated in serious food-borne infections. Most cases of human listeriosis are caused by the consumption of refrigerated ready-to-eat foods. The ability of these bacteria to survive and multiply in a wide range of harsh conditions make this pathogen a major concern in agro-food industries. These properties of L. monocytogenes are enhanced by its ability to form biofilms. The aim of this project was to explore the adaptation of this pathogen to dehumidification and low temperatures by two proteomic approaches. The first approach, based on the MALDI-TOF mass spectrometry imaging (IMS), allows the mapping of molecules from biological samples. This work aimed to develop this approach, considering a bacterial biofilm as a tissue, in order to access information on the distribution of proteins in L. monocytogenes biofilms subjected to a dehumidification stress. In addition, an LC-MS/MS approach was used to link spectral data of interest obtained by IMS and protein identification. The IMS allowed to examine the distribution of 47 low molecular weight proteins within the biofilms. Five identified proteins were assigned by LC-MS/MS using IMS m/z data, including two cold-shock proteins. The results demonstrate that imaging can be used to dissect the spatial proteome of a bacterial biofilm. The second proteomic approach consisted on a relative semi-quantitative label-free (shotgun proteomic) comparison of proteins expressed under different culture conditions. With the method, we explored protein expression according to the mode of growth (biofilm vs planktonic) and temperature (10°C, 25°C and 37°C). Throughout the 920 and 931 unique proteins identified, from sessile and planktonic cells, respectively, many are connected to basic cell functions, but some are linked with thermoregulation. A shift was observed in the proteome of L. monocytogenes biofilms compared to planktonic cells indicating different patterns of regulation according to the mode of growth. These comparisons of protein expression throughout several conditions (mode of growth and temperatures) will enrich databases and help to model regulatory circuitry that drives adaptation of L. monocytogenes to environments.