Études de perturbations de l’enveloppe de Vibrio cholerae et Escherichia coli : mécanismes de vulnérabilités ou de résistances

L’augmentation de l’incidence des infections bactériennes par des souches résistantes, multirésistantes, voire même ultrarésistantes, aux antibiotiques, combinés à la crise de découverte de nouvelles molécules depuis les années 1960 et du sous-investissement chronique de certains états dans la recherche publique, pourrait coûter la vie à 10 millions d’êtres humains par an d’ici 2050. L’écrasante majorité des souches bactériennes résistantes aux antibiotiques sont des bactéries à Gram négatif. Ceci est notamment dû à la composition intrinsèque de leur enveloppe, leur permettant d’être insensibles à de nombreuses molécules pourtant létales pour d’autres types de bactéries. L’étude des composants et des mécanismes de biosynthèse de l’enveloppe, qui sont essentiels au maintien de l'intégrité des bactéries et peuvent être impliqués dans leur virulence, devrait permettre l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques. Dans le premier chapitre, nous allons tout d’abord faire un tour d’horizon des éléments composant l’enveloppe des bactéries à Gram négatif, des mécanismes de résistance aux antibiotiques et du danger que représentent les bactéries à Gram négatif. Mes résultats de recherches, présentés sous forme de quatre articles aux chapitres deux à cinq, sont précédés d’une mise en contexte des recherches propres aux deux laboratoires, portant d’une part sur les biofilms et la mobilité de Vibrio cholerae et d’autre part sur l’enveloppe de Escherichia coli. Dans le premier article, nous avons déterminé par quel mécanisme la polymyxine B en concentration sous-inhibitrice affecte la formation de biofilm chez Vibrio cholerae. Nous avons observé que la polymyxine B affecte principalement le flagelle par une action mécanique. La formation de biofilm nécessitant le flagelle dans ses premières étapes de formation, nous avons conclu que l’action de la polymyxine B prévenait ce changement d’état. Dans le second article, nous avons conçu un protocole d’évolution expérimentale qui nous a permis d’identifier des mutations dans différents gènes permettant à Vibrio cholerae de se déplacer plus rapidement en présence de concentration sous-inhibitrice de polymyxine B. Nous avons alors identifié chez plusieurs souches différentes mutations ayant probablement réduit ou anéanti la fonction des protéines IhfA, DacB, VacJ (MlaA) et MlaF. En nous basant sur la littérature, nous proposons que la perte de fonction de ces   5 protéines induisant l’augmentation de la mobilité en présence de polymyxine B puisse s’expliquer selon trois mécanismes, impliquant la stabilité de l’enveloppe, la sécrétion de vésicules de membrane ou une altération de l’expression de différents gènes. Dans le troisième article, nous avons étudié l’implication du stress oxydatif dans l’arrêt de la synthèse de la paroi qui est fatal au mutant ∆elyC de Escherichia coli. Nous avons alors démontré que la lyse du mutant ∆elyC est causée par la surproduction de radicaux hydroxyles dans son enveloppe. Cette molécule cause des dommages dans l’enveloppe suffisamment importants pour provoquer l’arrêt de synthèse de la paroi. Le mécanisme provoquant cette surproduction de radicaux toxiques reste encore à déterminer. Par le biais de l’étude de la fonction du facteur ElyC, nous avons découvert une nouvelle vulnérabilité dans l’homéostasie de l’enveloppe qu’il nous tarde de pouvoir exploiter. Dans le dernier article, nous avons étudié l’importance de la voie de synthèse de l’antigène commun aux entérobactéries dans le processus létal apparaissant en l’absence du facteur ElyC. Nous avons découvert que le mutant ∆elyC accumule un élément commun aux voies de synthèse de la paroi et de l’antigène commun aux entérobactéries, l’undécaprényl pyrophosphate. Nous avons également découvert que l’augmentation du recyclage de cette dernière via la surexpression du gène codant pour la protéine PgpB permettait de prévenir la lyse du mutant. Notre hypothèse est que l’absence de ElyC induit une mauvaise répartition de l’undécaprényl phosphate entre les voies de synthèse de la paroi et de l’antigène commun aux entérobactéries. La suractivité de la voie de synthèse de l’antigène commun aux entérobactéries induirait l’accumulation d’undécaprényl pyrophosphate provoquant l’inhibition de Pbp1b, empêchant l’ajout de nouvelles sous-unités à la paroi conduisant ainsi à la lyse du mutant ∆elyC. Ainsi l’ensemble de ces travaux a permis de mieux comprendre et d’identifier des vulnérabilités de l’enveloppe de Vibrio cholerae et Escherichia coli, de préciser certains mécanismes ainsi que d’entrevoir le rôle de divers facteurs impliqués dans l’homéostasie de leur enveloppe.

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