Virulence des Escherichia coli entérohémmoragiques : rôle central du monoxyde d'azote dans le devenir de l'infection et identification de nouveaux déterminants impliqués dans l'adaptation du pathogène à l'environnement digestif

Virulence of enterohemorrhagic Escherichia coli : central role of nitric oxide in the outcome of infection and identification of new determinants involved in the adaptation of the pathogen to the gut environment

• Auteur / Autrice : Marion Gardette
• Direction : Grégory Jubelin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique et Physiologie
• Date : Soutenance le 02/12/2019
• 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 : Nicolas Barnich
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Estelle Loukiadis, Stéphane Bonacorsi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Josée Harel, Suzana Salcedo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Shiga-toxines

Escherichia coli entérohémorragique

Mots clés libres

Escherichia coli entérohémorragiques

EHEC

Virulence

Monoxyde d’azote

Shigatoxines

Enterohemorrhagic Escherichia coli

EHEC

Virulence

Nitric oxide

Shigatoxin

Résumé

Les Escherichia coli entérohémorragiques (EHEC) représentent un enjeu majeur en santé publique. En effet, ces pathogènes sont responsables chaque année de milliers de cas de toxi-infections alimentaires à travers le monde et peuvent engendrer des complications graves, notamment des atteintes rénales chez les jeunes enfants et cérébrales chez les personnes âgées. Actuellement, le principal problème réside dans le fait que les traitements thérapeutiques disponibles sont limités puisque l’antibiothérapie peut favoriser le développement des complications liées à l’infection. Il est donc primordial et d’actualité de mettre en évidence les facteurs bactériens associés à la virulence des EHEC et de comprendre les interactions entre le pathogène et l’hôte afin de développer des stratégies thérapeutiques visant à éliminer le pathogène et limiter l’apparition des symptômes graves. Ainsi, le premier objectif de cette thèse était d’identifier de nouveaux facteurs bactériens potentiellement impliqués dans le processus infectieux. L’utilisation de la technologie RIVET sur la souche de référence O157:H7 EDL933 en modèle murin, a permis de mettre en évidence 31 gènes dont l’expression est spécifiquement induite lors de l’infection. La caractérisation de ces gènes a démontré que certains codent des facteurs de niche qui pourraient accroître le potentiel des souches d’EHEC à s’adapter à l’environnement intestinal et ainsi participer à la virulence du pathogène. Le second volet de cette thèse avait pour but de caractériser in vivo la réponse des EHEC au monoxyde d’azote (NO), un médiateur de la réponse immunitaire de l’hôte, et ainsi d’évaluer le potentiel rôle protecteur du NO lors d’une infection en modèle murin. En utilisant une souche d’EHEC rapportant la présence de NO, nous avons démontré que le NO est produit dès les premiers stades de l’infection et que celui-ci limite l’adhésion du pathogène à la muqueuse colique. En revanche, nous avons également mis en évidence un effet néfaste du NO pour l’hôte puisqu’il favorise la production des Shigatoxines (Stx), le facteur de virulence majeur des EHEC, conduisant au développement d’un dysfonctionnent rénal. Enfin, nous avons montré l’importance de la NO réductase NorVW dans la virulence de certaines souches d’EHEC. En effet, l’inactivation de l’opéron norVW chez la souche O157:H7 620 réduit la capacité du pathogène à coloniser efficacement le tractus digestif et à produire Stx. Cette observation est toutefois souche dépendante et suggère que la réponse des EHEC au stress nitrosant lors d’une infection est complexe et probablement multifactoriel. L’ensemble de ces travaux contribue à une meilleure compréhension du processus infectieux des EHEC, une étape indispensable au développement de futures stratégies anti-infectieuses.

Enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC) are a major public health concern. Indeed, these pathogens are responsible for thousands of food-borne illness cases worldwide every year and can lead to serious complications, including kidney damages in young children and brain damages in the elderly. Currently, the main issue is the limited number of available therapeutic treatments since antibiotic therapy can promote the development of infection-related complications. Therefore, it appears essential and topical to identify bacterial factors associated with EHEC virulence and to understand the interactions occurring between the pathogen and the host, in order to develop new anti-infective strategies. The first objective of this thesis was to identify new bacterial factors potentially involved in the infectious process. Application of the RIVET technology to the reference strain O157:H7 EDL933 revealed 31 genes specifically induced during mouse infection. Characterization of these genes showed that some of them encode niche factors potentially involved in the adaptation of EHEC to the intestinal environment, therefore contributing to virulence. The second aim of this thesis was to characterize in vivo the response of EHEC to nitric oxide (NO), a mediator of the host’s immune response, and thus assess the protective role of NO against EHEC infection in a mouse model. By using a NO-sensing reporter EHEC strain, we demonstrated that NO is produced by the host at the early stages of infection and this NO limits adhesion of the pathogen to the colonic mucosa. On the other hand, we also showed that NO is detrimental to the host since it promotes the production of Shigatoxins (Stx), which is the major EHEC virulence factor, and leads to the development of renal dysfunction. Finally, we showed that the NO reductase NorVW is important for the virulence of some, but not all, EHEC strains. Inactivation of the norVW operon in strain O157:H7 620 reduces the ability of the pathogen to efficiently colonize the digestive tract and to produce Stx. However, this observation is strain-specific and this suggests that EHEC response to nitrosative stress during infection is complex and probably multifactorial. This work contributes to a better understanding of the EHEC infectious process, an essential step for the development of future anti-infective strategies.