Caractérisation fonctionnelle innovante du pathobionte pro-inflammatoire Escherichia coli adhérent et invasif (AIEC)

Innovative functional characterization of the pro-inflammatory pathobiont Escherichia coli adherent and invasive pathobiont (AIEC).

• Auteur / Autrice : Maria Beatriz De Sousa Figueiredo
• Direction : Benoît Foligné
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 29/09/2023
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institute for Translational Research in Inflammation (Lille) - Institute for Translational Research in Inflammation - U 1286
• Jury : Président / Présidente : Alain Baulard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Delphine Ley, Catherine Eckert, Marie Titecat, Quentin Lamy-Besnier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Imad Kansau, Éric Guédon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie de fluorescence

Inflammation

Interactions hôte-pathogène

Caenorhabditis elegans

Microbiome gastro-intestinal

pathogénicité

Escherichia coli

Microscopie de fluorescence

Inflammation

Relations hôte-bactérie

Caenorhabditis elegans

Flore intestinale

Pathogénicité

Escherichia coli

Mots clés libres

AIEC

Imagerie à haut contenu

Caenorhabditis elegans

Pathobionte

Microbiote intestinal

Caractérisation

AIEC

High content imaging

Caenorhabditis elegans

Pathobiont

Intestinal microbiota

Characterisation

Résumé

Le pathobionte Escherichia coli adhérent et invasif (AIEC) a été identifié avec une prévalence plus élevée chez les patients atteints de maladies inflammatoires chroniques de l'intestin (MICI). Les AIEC sont définis par leur capacité à (i) envahir les cellules épithéliales intestinales, (ii) survivre dans les macrophages (iii) sans marqueur génétique spécifique. Leur identification repose principalement sur des méthodes cellulaires conventionnelles fastidieuses, limitées par une faible reproductibilité et le petit nombre de souches testées. De plus, leur pathogénicité a été principalement étudiée sur la souche de référence LF82, négligeant une approche plus globale de cette population bactérienne. Dans ce travail de thèse, nous avons évalué une approche in vitro et in vivo pour caractériser les AIEC de manière la plus efficace possible. Dans un but de reproductibilité, de robustesse et d'automatisation, une caractérisation des AIEC par imagerie à haut contenu (HCS) a été étudiée. Nous avons eu également recours successivement au modèle du nématode Caenorhabditis elegans tant que modèle d'étude hôte pathogène pour discriminer un nombre substantiel de souches d'E. coli. Le modèle C. elegans a mis en évidence une affectation de la survie des vers infectés par les souches invasives, par rapport à des souches contrôles, non invasives. Toutefois, aucune corrélation a été soulignée entre l'intensité de l'invasion sur cellules épithéliales et la longévité atténuée du ver. La mise au point de la caractérisation des AIEC par imagerie à haut contenu s'est précédée d'une évaluation des critères phénotypiques sur 110 souches issues de deux collections d'E. coli, une collection clinique et la collection de référence E. coli (ECOR). Les scores d'invasion des souches ont été définis sur 2 lignées cellulaires épithéliales (I-407 et Caco-2/TC-7) selon la procédure conventionnelle. Conformément aux critères de l'AIEC, chaque isolat a également été testé pour sa capacité de survie au sein macrophages murins J774-A1 ainsi que l'absence de déterminant de virulence par PCR. La capacité bactérienne à produire du biofilm a également été étudiée. Ces données ont permis la mise au point du protocole HCS sur cellules I-407 et Caco-2/TC-7. A partir d'un script d'analyse éprouvé, les caractéristiques microscopiques d'invasion ont été déterminées automatiquement avec le logiciel ColumbusTM. Cette méthode a été évaluée par analyse statistique pour définir la performance du test, en comparaison avec le gold standard. D'autres expériences seront menées afin de mieux comprendre les déterminants de la pathogénicité des AIEC ainsi que les approches thérapeutiques.

Adherent and invasive Escherichia coli (AIEC) pathobionts have been identified with ahigher prevalence in patients with chronic inflammatory bowel disease (IBD). AIEC are defined by their ability to (i) invade intestinal epithelial cells, (ii) survive in macrophages (iii) without any specific genetic marker. Their identification relies mainly on fastidious conventional cell based methods, limited by low reproducibility and the small number of strains tested. In addition, their pathogenicity has mainly been studied on the reference strain LF82, neglecting a more global approach of this heterogenous bacterial population. In this work, we evaluated an in vitro and in vivo approach to characterize AIECs in themost efficient way possible. For the purposes of reproducibility, robustness and automation, a characterization of AIECs using high-content imaging (HCS) was studied. We also successively used the nematode model Caenorhabditis elegans as a pathogenic host study model to discriminate a substantial number of E. coli strains.The C. elegans model demonstrated a clear effect on the survival of worms infectedwith invasive strains, compared with non-invasive control strains. However, no correlationwas found between the intensity of invasion on epithelial cells and attenuated wormlongevity. The development of AIEC characterization using high-content imaging was precededby an evaluation of phenotypic criteria on 110 strains from two E. coli collections, a clinicalcollection and the E. coli reference collection (ECOR). Strain invasion scores were defined on 2 epithelial cell lines (I-407 and Caco-2/TC-7) using conventional procedures. In accordance with AIEC criteria, each isolate was also tested for its ability to survive in J774-A1 murine macrophages, and for the absence of virulence determinants by PCR. The bacterial capacity to produce biofilm was also studied. These data led to the development of the HCS protocol on I-407 and Caco-2/TC-7 cells. Using an automatic analysis script, microscopic invasion characteristics were determined automatically with ColumbusTM software. This method was statistically analyzed to define the performance of the test in comparison with the gold standard. Further experiments will be carried out to better understand the determinants of AIEC pathogenicity and therapeutic approaches.