Des enzymes pour lutter contre les infections bactériennes et moduler les microbiotes

Enzymes to fight bacterial infections and modulate microbiota

• Auteur / Autrice : Mélanie Gonzales
• Direction : Eric Chabrière, David DAUDé
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie-Santé: Biochimie structurale
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MEPHI - Microbes Evolution Phylogénie et Infections
• Jury : Président / Présidente : Gérald Culioli
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Chabriere, Sylvie Rebuffat, Julie Viala
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sylvie Rebuffat, Gérald Culioli

Mots clés

Mots clés libres

Quorum sensing

Quorum quenching

Ahl

SsoPox

Microbiotes

Biotechnologies

Quorum sensing

Quorum quenching

Ahl

SsoPox

Microbiota

Biotechnologies

Résumé

De nombreuses bactéries utilisent un système de communication bactérien appelé quorum sensing (QS), basé sur la production et la détection de messagers chimiques, les auto-inducteurs (AI), qui permet aux bactéries d’adapter leur comportement en fonction de leur densité cellulaire et de leur environnement. La plupart des bactéries à Gram-négatif utilisent les acyl-homosérine lactones (AHL) comme AI pour réguler des phénotypes de groupe tels que la virulence ou la formation de biofilm, qui permet aux bactéries de coloniser des surfaces tout en limitant les effets des traitements antimicrobiens. Le quorum quenching (QQ), une nouvelle stratégie permettant d’interférer avec les AI sans affecter la croissance bactérienne, a émergé ces dernières années et constitue une alternative prometteuse aux antibiotiques conventionnels. Le QQ enzymatique (QQE) est particulièrement étudié pour dégrader les AI et plus particulièrement les AHL. L’enzyme de QQ SsoPox a été utilisée sur des pathogènes de l’Homme, l’animal ou des plantes, mettant en évidence la perturbation de nombreux phénotypes chez les différentes souches testées et inscrivant la polyvalence de l’enzyme dans l’approche One Health. Par ailleurs, une approche protéomique combinée avec une analyse phénotypique ont permis d’approfondir les effets de l’enzyme sur la bactérie modèle Burkholderia thailandensis. Outre la dégradation des AHL, le traitement enzymatique a altéré de manière globale le protéome de la souche. Sur le plan phénotypique, en plus des impacts marqués sur la formation de biofilm, la motilité et la production de protéases, la synthèse de plusieurs molécules antimicrobiennes impliquées dans des interactions inter-espèces et inter-organismes a également été impactée. Ces résultats ont permis de montrer que le QQ peut moduler les interactions entre microorganismes. Dans une dernière partie, l’impact de différentes lactonases sur des communautés bactériennes issues de prélèvements naturels a donc été évalué montrant que l’inhibition de la communication bactérienne peut moduler la diversité de communautés microbiennes complexes.

Most bacteria use a bacterial communication system referred to as quorum sensing (QS), based on the production and detection of chemical messengers called autoinducers (AI), which enable bacteria to adapt their behaviour in a cell density-dependent manner. Many Gram-negative bacteria use acyl-homoserine lactones (AHLs) as AIs to trigger virulence or biofilm formation that enables bacteria to colonise surfaces while limiting the effects of antimicrobial treatments. Quorum quenching (QQ), a new strategy for interfering with AIs without affecting bacterial survival, has emerged in recent years as a promising alternative to conventional antibiotics. Enzymatic QQ (QQE) is being studied in particular to degrade AIs, and more specifically AHLs. The SsoPox QQ enzyme has been used on human, animal, and plant pathogens, demonstrating the disruption of numerous phenotypes in the different strains tested and highlighting the enzyme’s versatility as part of the One Health approach. In addition, a proteomic approach combined with a phenotypic analysis enabled us to investigate the effects of the enzyme on the model bacterium Burkholderia thailandensis. In addition to the degradation of AHLs, the enzymatic treatment altered the overall proteome of the strain. On a phenotypic level, in addition to the marked impacts on biofilm formation, motility and protease production, the synthesis of several antimicrobial molecules involved in inter-species and inter-organism interactions was also affected. These results show that QQ can modulate interactions between microorganisms. In the final section, the impact of different lactonases on bacterial communities from natural samples was assessed, showing that inhibition of bacterial communication can modulate the diversity of complex microbial communities.