Résistance aux β-lactamines médiée par la L,D-transpeptidase YcbB chez Escherichia coli

β-lactam resistance mediated by the YcbB L,D-transpeptidase in Escherichia coli

• Auteur / Autrice : Henri Voedts
• Direction : Jean-Emmanuel Hugonnet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie et immunologie
• Date : Soutenance le 28/10/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche des Cordeliers (Paris ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Alexandra Aubry
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Tenaillon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Ivo Gomperts Boneca, Emmanuelle Bouveret

Mots clés

Mots clés contrôlés

Escherichia coli

Bêta-lactamines

Peptidoglycanes

Résistance aux bêta-lactamines

Mots clés libres

Escherichia coli

Peptidoglycane

L.D-transpeptidase

Β-lactamine

(p)ppGpp

Résumé

Le peptidoglycane est une macromolécule qui entoure complètement les bactéries et les protège de la pression osmotique exercée par le cytoplasme. Les β-lactamines, les antibiotiques les plus couramment utilisés en thérapeutique, inhibent les D,D-transpeptidases appartenant à la famille des protéines de liaison à la pénicilline (PBP) qui catalysent la dernière étape de réticulation du peptidoglycane. Les L,D-transpeptidases (LDT), qui ne sont pas apparentées aux PBP, confèrent une résistance aux β-lactamines en remplaçant fonctionnellement les PBP et en réticulant le peptidoglycane chez des mutants de Escherichia coli. La thèse explore ce mécanisme de résistance aux β-lactamines médiée par la LDT YcbB. Nous avons montré que l’expansion d’un peptidoglycane réticulé par YcbB nécessite l’action d’endopeptidases spécifiques ainsi que l’activité glycosyltransférase de l’élongasome. A l’échelle du génome, nous avons identifié l’ensemble des gènes nécessaires à la résistance aux β-lactamines médiée par la LDT YcbB. Ces gènes sont impliqués non seulement dans le métabolisme du peptidoglycane mais également dans l’homéostasie de l’enveloppe bactérienne et dans la réponse au stress oxydant induit par la fixation des β-lactamines à leurs cibles. De manière inattendue, nous avons montré que la fixation des β-lactamines à leurs cibles perturbe la perméabilité de la membrane externe et engendre une pénétration auto-promue de ces antibiotiques dans le périplasme. En plus de l’action de YcbB dans la synthèse du peptidoglycane, l’activation du mécanisme de résistance nécessite la production de l’alarmone (p)ppGpp. Le rôle essentiel de l’alarmone (p)ppGpp dans ce mécanisme de résistance a été assigné à une réduction de la transcription des ARN ribosomaux, limitant le stress oxydant déclenché par la synthèse et la dégradation de polymères de peptidoglycane aberrants.

Peptidoglycan is a macromolecule that completely surrounds bacteria and protects them from osmotic pressure exerted by the cytoplasm. The β-lactams, the most commonly used antibiotics in therapy, inhibit D,D-transpeptidases belonging to the penicillin-binding protein (PBP) family that catalyze the final cross-linking step of peptidoglycan synthesis. L,D-transpeptidases (LDTs) such as YcbB, which are unrelated to PBPs, confer β-lactam resistance by functionally replacing PBPs and cross-linking the peptidoglycan in Escherichia coli mutants. This thesis investigates the YcbB-mediated β-lactam resistance mechanism. We show that the expansion of a YcbB cross-linked peptidoglycan requires the action of specific endopeptidases as well as the glycosyltransferase activity of the elongasome. At the genome scale, we have identified the set of genes required for YcbB-mediated β-lactam resistance. These genes are involved not only in peptidoglycan metabolism but also in bacterial envelope homeostasis and in the response to oxidative stress induced by β-lactam binding to their targets. Unexpectedly, we have shown that the binding of β-lactams to their targets disrupts the permeability of the outer membrane and generates a self-promoting penetration of these antibiotics into the periplasm. In addition to the action of YcbB in peptidoglycan synthesis, activation of the resistance mechanism requires the production of the alarmone (p)ppGpp. The essential role of (p)ppGpp in this resistance mechanism has been assigned to a reduction in ribosomal RNA transcription, limiting the oxidative stress triggered by the synthesis and degradation of aberrant peptidoglycan polymers.