Analyse spatio-temporelle du transcriptome d'assemblages multicellulaires de Bacillus subtilis associés aux surfaces

Spatio-temporal transcriptome analysis of surface-associated multicellular assemblages of Bacillus subtilis

• Auteur / Autrice : Yasmine Dergham
• Direction : Romain Briandet, Kassem Hamze
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 13/12/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé (Paris ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : AgroParisTech (France ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-….)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Microbiologie de l'Alimentation au Service de la Santé humaine (Jouy-en-Josas)
• Jury : Président / Présidente : Matthieu Jules
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Kassem Hamze, Ivan Mijakovic̀, Nicola Stanley-Wall, Ken-Ichi Yoshida
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ivan Mijakovic̀, Nicola Stanley-Wall

Mots clés

Mots clés contrôlés

Micro-environnement cellulaire

Génétique

Transcriptome

Aspect moléculaire

Surfaces

Biofilms

Bacillus subtilis

Mots clés libres

Bacillus subtilis

Biofilm

Essaimage

Transcriptome

MCBL (microscopie confocale à balayage laser) & fusions transcriptionnelles fluorescentes

Hétérogénéité

Bacillus subtilis

Biofilm

Swarming

Transcriptome

CLSM (confocal laser scanning microscopy) & fluorescent transcriptional fusions

Heterogeneity

Résumé

Les cellules microbiennes sont fréquemment associées à diverses surfaces, formant des assemblages multicellulaires complexes, appelées biofilms. Malgré certains effets bénéfiques de ces structures, elles sont souvent impliquées dans des infections chroniques humaines. Une souche non domestiquée de Bacillus subtilis (NDmed), récemment isolée d'un hôpital, s'est avérée former des biofilms immergés hautement structurés, hyper-résistants à l'action des biocides et capables de protéger des agents pathogènes lorsqu'ils y sont associés. Ainsi, comprendre comment ces communautés liées aux surfaces se forment est crucial pour leur contrôle. Des études sur les biofilms de B. subtilis, principalement sous forme de colonies et de pellicules, avaient permis d'identifier plusieurs gènes impliqués dans la formation et la régulation des structures 3D, mais leur implication dans le modèle de biofilm immergé restait incertaine. Afin de mieux comprendre les stratégies moléculaires se déroulant au cours du développement des biofilms, plus particulièrement le modèle immergé, nous avons réalisé des études génétiques comparatives par différentes approches, notamment le profilage spatio-temporelle du transcriptome, l'identification et la construction de mutants cibles et la MCBL/4D couplée à l'utilisation de fusions transcriptionnelles fluorescentes. Les données obtenues à partir de l'analyse RNA-seq ont offert une vue globale sur les différents profils d'expression génétique pour chacune des populations spatiales associées aux surfaces. La comparaison entre ces profils transcriptomiques a révélé des similitudes et des différences entre des compartiments spatialement distincts. De plus, la visualisation spatio-temporelle in situ de l'expression de plusieurs gènes au niveau de la cellule unique a révélé de nouvelles paternes d’expressions suggérant de nouveaux mécanismes de régulation de ces communautés structurées.

Microbial cells are frequently found associated to various surfaces, forming complex multicellular assemblages, known as biofilms. Despite some beneficial effects provided by these structures, they are often involved in human chronic infections. An undomesticated Bacillus subtilis strain (NDmed), lately isolated from a hospital, has been found to form highly structured immersed biofilms hyper-resistant to biocide action and able to protect pathogens when associated with them. Thus, understanding how these surface bounded communities are formed is crucial for their control. Bacillus subtilis biofilm studies, mainly on colony and pellicle, had allowed to identify several genes involved in the formation and the regulation of 3D structures, but their involvement in the submerged biofilm model remained unclear. In order to better understand the molecular strategies taking place during biofilm development, we have performed genetic comparative studies using different approaches, including the swarming model, temporal and spatial transcriptome profiling, identification and construction of target mutants and 4D CLSM coupled with the use of fluorescent transcriptional fusions. Data obtained from RNA-seq analysis gave a global view on the different genetic expression profiles for each of the local spatial surface-associated population. Comparison between these transcriptome profiles indicated similarities and differences exhibited between the distinct spatial surface compartments. Moreover, in situ spatio-temporal visualization of expression of several genes at single cell level revealed undescribed patterns suggesting new mechanisms of regulation in these structured communities.