Étude fonctionnelle de l’opéron fimbriaire stg de Salmonella enterica sérovar Typhi

La bactérie Salmonella enterica sérovar Typhi (S. Typhi) provoque la fièvre typhoïde chez les humains et constitue un problème de santé publique important. La majorité de nos connaissances sur la pathogenèse de cette bactérie provient du modèle de fièvre entérique chez la souris causée par le sérovar Typhimurium. Peu d’études se sont penchées sur les facteurs de virulence uniques au sérovar Typhi, ni sur la possibilité que les pseudogènes retrouvés dans son génome puissent être fonctionnels. Le fimbria stg, unique au sérovar Typhi, renferme un codon d’arrêt TAA prématuré dans le gène stgC qui code pour le placier responsable de l’assemblage des sous-unités fimbriaires à la surface de la bactérie. Ainsi, le fimbria stg a été classifié dans la liste des pseudogènes non-fonctionnels. Les objectifs de cette étude étaient d’évaluer l’implication du fimbria stg lors de l’interaction avec les cellules humaines, puis de vérifier l’importance du pseudogène stgC lors de la biogenèse fimbriaire.  Dans une première partie, la transcription de stg a été évaluée à l’aide d’une fusion lacZ. Malgré des niveaux d’expression observés généralement faibles en milieu riche, la croissance en milieu minimal a favorisé la transcription de l’opéron. La délétion complète de l’opéron fimbriaire stgABCD du génome de S. Typhi a été réalisée par échange allélique, puis a été complémentée sur un plasmide. Il a été démontré que la présence de stg chez S. Typhi, S. Typhimurium et E. coli contribue à une adhérence accrue sur les cellules épithéliales humaines. De plus, ce fimbria semble agir comme une structure anti-phagocytaire lors de l’interaction avec des macrophages humains. Ainsi, l’opéron stg semble fonctionnel, malgré son codon d’arrêt prématuré, puisque des phénotypes ont été observés. La seconde partie de cette étude consistait à vérifier le rôle joué par le pseudogène stgC dans la biogenèse du fimbria. Différentes variantes de l’opéron ont été générées, clonées dans un vecteur inductible à l’arabinose, puis transformées dans la souche afimbriaire d’E. coli ORN172. La translocation de la sous-unité fimbriaire StgD à la surface de la bactérie a été évaluée chez ces différents mutants par immunobuvardage de type Western. Cette expérience a permis de démontrer que le pseudogène stgC est essentiel pour l’exportation de la sous-unité StgD à la surface. L’ajout d’une étiquette de 6-histidines en C-terminal de StgC a permis de confirmer la traduction complète du gène, malgré le codon d’arrêt TAA prématuré. Le séquençage peptidique a révélé l’insertion d’une tyrosine à ce codon. Une fusion traductionnelle avec la protéine verte fluorescente a révélé qu’environ 0.8% de l’ARNm peut être traduit et permet la production complète du placier.  Ce projet a permis la caractérisation d’un facteur de virulence unique à S. Typhi et constitue une étape de plus vers la compréhension de ses mécanismes de pathogenèse. Il s’agit de la première démonstration chez les bactéries de la fonctionnalité d’un gène interrompu prématurément par un codon d’arrêt TAA. Salmonella enterica serovar Typhi (S. Typhi) causes typhoid fever in humans and is considered as an important health problem. Most of our knowledge on the pathogenesis of this bacterium comes from an enteric fever model in mice caused by serovar Typhimurium. Few studies have examined the virulence factors unique to serovar Typhi or the possibility that pseudogenes harbored in its genome may be functional. stg fimbriae are found only within the serovar Typhi genome and contain a premature TAA stop codon in the stgC gene encoding the usher responsible for the assembly of fimbrial subunits at the bacterial surface. Thus, the stg fimbria has been classified among the list of non-functional pseudogenes. The objectives of this study were to assess the involvement of stg fimbriae during interaction with human cells, and then to evaluate the importance of the stgC pseudogene in fimbrial biogenesis.  First, stg transcription was evaluated using a lacZ fusion. Despite low expression levels generally observed in rich medium, growth in minimal medium promoted transcription of the operon. Complete deletion of the stgABCD fimbrial operon from S. Typhi was performed by allelic exchange and was complemented on a plasmid. It has been shown that the presence of stg in S. Typhi, S. Typhimurium and E. coli contributes to increased adherence to human epithelial cells. In addition, the fimbriae seem to act as an anti-phagocytic structure during the interaction with macrophages. Thus, the stg operon appears to be functional despite its premature codon, as phenotypes were observed. The second part of this study involved testing the role of the stgC pseudogene in fimbrial biogenesis. Different variants of the operon were generated, cloned into an arabinose inducible vector, and then transformed into afimbriated E. coli strain ORN172. Translocation of the StgD subunit to the cell surface of the different mutants was evaluated using Western blot. This experiment demonstrated that stgC is essential for export of the StgD subunit to the cell surface. The addition of a 6-histidine tag at the C-terminal end of StgC confirmed the complete translation of the gene, despite the premature TAA stop codon. Peptide sequencing revealed the insertion of a tyrosine at this codon. A translational fusion with the green fluorescent protein demonstrated that approximately 0.8% of the mRNA can be translated to allow full production of the usher.  This project allowed characterization of a virulence factor unique to S. Typhi and is a step closer towards better understanding of its pathogenesis mechanisms. This is the first demonstration in bacteria of the functionality of a gene which is interrupted by a premature TAA stop codon.

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