Identification des cibles des endolysines chez Bacillus cereus et élimination des biofilms

Endolysins targeting Bacillus cereus: identification of ligands and biofilm disruption

• Auteur / Autrice : Camille Maurin
• Direction : Alice Chateau
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Avignon
• Ecole(s) doctorale(s) : Agrosciences et Sciences
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : SQPOV - Sécurité et Qualité des Produits d'Origine Végétale
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : SporAlim - Bactéries sporulées dans la chaine alimentaire

Mots clés

Mots clés libres

Bacillus cereus

Biofilm

Surface bactérienne

Endolysines

Bacterial surface

Biofilm

Endolysins

Bacillus cereus

Résumé

La contamination d'un aliment par Bacillus cereus peut engendrer une altération de ses qualités organoleptiques, de sa durée de conservation ou encore représenter un risque pour sa sécurité sanitaire. Des méthodes pour éliminer B. cereus, notamment sous forme de biofilms, dans l'environnement de la transformation des aliments sont nécessaires pour maintenir l'intégrité de la chaîne d'approvisionnement alimentaire. Les bactériophages et les enzymes lytiques (endolysines) dérivées des bactériophages constituent des outils pour le développement de telles procédures. Les endolysines sont des hydrolases du peptidoglycane, elles possèdent un domaine enzymatique actif (EAD) qui catalyse la désintégration de la paroi ainsi qu'un domaine de liaison à la paroi (CBD) qui permet à l'enzyme de reconnaitre des molécules ligands spécifiques présentes sur les parois cellulaires (1). Les bactéries à Gram-positif étant dépourvues de membrane externe, les endolysines peuvent accéder à la paroi et lyser complètement les cellules. Elles peuvent dès lors être utilisées comme agent de biocontrôle, seules ou en synergie avec d'autres antimicrobiens. Les CBD dirigent les enzymes vers leur substrat en reconnaissant des molécules de ligand spécifiques associées à la paroi cellulaire avec une extrême spécificité. Cette spécificité fait partie des propriétés les plus bénéfiques des endolysines du point de vue de l'application, car elle permet de cibler directement les agents pathogènes indésirables tout en laissant intacte la flore de fond éventuellement souhaitée. La caractérisation du site de fixation des endolysines conduira à la mise en place d'outils de biocontrôle des bactéries du groupe B. cereus. Le groupe B. cereus sensu lato est structuré en groupes phylogénétiques comprenant différentes espèces (2), dont B. cereus sensu stricto, B. anthracis (responsable de la maladie du charbon) et B. thuringiensis (agent entomopathogène). Au sein de chaque groupe phylogénétique, des données sur la sensibilité ou la résistance aux endolysines sont en cours d'acquisition. Le criblage d'une banque transpositionnelle de B. cereus est également en cours. Ces analyses permettront d'identifier les gènes impliqués dans la biosynthèse des ligands des endolysines. L'objectif de la thèse sera de : 1) caractériser les gènes identifiés, conduisant à l'identification des ligands des endolysines 2) tester l'effet antimicrobien des endolysines sur la formation et la destruction des biofilms de B. cereus. Ce projet de thèse s'intègre au projet ANR BClysin (2024-2027) qui a pour objectif d'utiliser les endolysines pour décrire les voies de biosynthèse des composants de surface de B. cereus et pour éliminer les biofilms de B. cereus.

Bacillus cereus is the second most frequent causative agent of confirmed and suspected foodborne outbreaks in France in 2020 and also an important spoilage microorganism in the food industry. Because of its ability to adhere to surfaces and form biofilm, B. cereus can lead to serious hygiene problems and economic loss due to food spoilage and equipment impairment. Current methods to eradicate biofilms are not always successful and some bacteria within the biofilm show a reduced susceptibility to antimicrobial agents due to their dormant phenotype. Therefore, the development of new antibacterial approaches targeting persister cells, non-toxic for humans and friendly for the environment, is of importance to control biofilm formation. Bacteriophage-derived lytic enzymes (endolysins) provide us with nearly ideal tools for the development of such strategy. Endolysins are peptidoglycan hydrolases characterized by an enzymatically active domain that catalyzes cell wall breakdown, and a cell wall-binding domain (CBD) that directs the enzymes to their substrates by recognizing specific cell wall-associated ligand molecules (1). Since Gram-positive bacteria lack an outer membrane, endolysins can access the wall and completely lyse the cells. They can therefore be used as a biocontrol agent, alone or in synergy with other antimicrobials. CBDs direct enzymes to their substrate by recognizing specific ligand molecules associated with the cell wall with extreme specificity. This specificity is among the most beneficial properties of endolysins from an application point of view, as it allows direct targeting of unwanted pathogens while leaving potentially desired background flora intact. The characterization of the endolysin binding site will lead to the implementation of biocontrol tools for bacteria from the B. cereus group. The B. cereus sensu lato group is structured into phylogenetic groups comprising different species (2), including B. cereus sensu stricto, B. anthracis (responsible for anthrax) and B. thuringiensis (entomopathogenic agent). Within each phylogenetic group, data on sensitivity or resistance to endolysins are being acquired. Screening of a B. cereus transpositional library is also underway. These analyzes will make it possible to identify the genes involved in the biosynthesis of endolysin ligands. The objective of the thesis will be to: 1) characterize the identified genes, leading to the identification of endolysin ligands 2) test the antimicrobial effect of endolysins on the formation and destruction of B. cereus biofilms. This thesis project is part of the ANR BClysin project (2024-2027) which aims to use endolysins to describe the biosynthetic pathways of surface components of B. cereus and to eliminate B. cereus biofilms.