Cryptococcus gattii é um dos principais agentes de infecção oportunista em todo o mundo. Esse fungo está presente no meio ambiente e, por isso, pode infectar diversos hospedeiros, inclusive seres humanos, nematóides e células ameboides. Acanthamoeba spp. são protozoários de vida livre que fagocitam diversos organismos, especialmente bactérias e fungos. Apesar de macrófagos e amebas serem evolutivamente distantes, eles compartilham diversas etapas comuns no processo de fagocitose e eliminação do patógeno. Além disso, existem teorias de que amebas e macrófagos possuem um ancestral comum. Para averiguar se essas duas células fagocíticas apresentam estratégias antifúngicas similares, nós analisamos o mecanismo de imunidade nutricional. Essa estratégia imunológica reduz a disponibilidade de nutrientes essenciais para o patógeno, inclusive metais de transição como o zinco. Neste trabalho, nós analisamos se há modulação da homeostase de zinco em Acanthamoeba castellanii durante sua interação com C. gattii. Testes de fagocitose e taxa de replicação intracelular (IPR) realizados através da interação de amebas com a linhagem selvagem (WT) e mutante do gene ZIP1 de C. gattii. O mutante utilizado (zip1Δ) é caracterizado pela sua incapacidade de crescer sem a presença de zinco. Nós observamos que a linhagem mutante foi mais fagocitada por células de A. castellanii comparado com WT. Também, o teste de IPR mostrou que a atividade antifúngica das células hospedeiras apresentou-se mais efetiva contra as células mutantes. Entretanto, a sobrevivência de zip1Δ foi maior quando zinco extracelular (10 M) foi adicionado ao meio de interação. Esses resultados sugerem que as células criptocócicas internalizadas podem estar sofrendo uma privação da disponibilidade de zinco no interior do fagossomo. Para analisar alterações nos transportadores de zinco das células hospedeiras durante sua interação com C. gattii, análises de PCR quantitativo em tempo real (RT-qPCR) foram realizadas para os transportadores de zinco das famílias ZIP e ZnT. Uma intensa modulação de alguns genes foi observado após 3 e 24 horas pós-infecção. Além disso, análises de citometria de fluxo mostraram que os níveis de zinco livre das amebas estavam reduzidos devido a presença do fungo. Esses resultados sugerem que amebas podem modular a disponibilidade de zinco, afim de prejudicar o patógeno. / Cryptococcus gattii is one of the most important agents of opportunistic infections worldwide. They are found in the environment, where it can interact with different host types, including humans, nematodes and amoebic cells. Acanthamoeba spp. are free-living protozoa that basically feed on bacteria and yeast through phagocytosis. Macrophages and amoebae, although evolutionarily distant, share conserved mechanisms related to steps of phagocytosis and microbial killing. In addition, it has been hypothesized that amoeba and macrophage have a common ancestor. To investigate if there are similar antifungal strategies between both cellular types, we analyzed the nutritional immunity mechanism. It is a process defined as a reduction of essential nutrients availability to the pathogen, such as zinc. In this context, we investigate if amoeba cells are able to modulate zinc homeostasis during the interaction with C. gattii. Phagocytosis and intracellular replications (IPR) analysis performed through the interaction between amoebae and wild-type (WT) and mutant for the ZIP1 gene (zip1Δ) strains of C. gattii. The mutant is unable to grow in absence of zinc. We found that zip1Δ strain is more readily engulfed by A. castellanii cells compared to WT. In addition, IPR analysis showed that the antifungal activity of such host cells was more effective against the mutant cells. However, the mutant strain survival was increased when additional extracellular zinc (10 M) was added to the interaction medium. This data suggests that engulfed cryptococcal cells might have been experiencing a deprivation of zinc inside the phagosome. To further evaluate alterations of zinc transporters in host cells due to cryptococcal infection, RT-qPCR analysis was performed for the ZIP and ZnT zinc transporter families. An intense modulation of some genes was found after 3 and 24 hours’ post-infection. Furthermore, flow cytometry analysis showed that free zinc levels from amoebae are reduced by the cryptococcal presence. These results indicate that amoebae are able to modulate zinc availability to harm the pathogen.

Im Fokus dieser Arbeit stand die Analyse von Faktoren, die den Zusammenbau des Flagellenapparates von Legionella pneumophila (Lp) regulieren. Mit einem kombinierten Replikations-/ Überlebensversuchs mit Lp Corby oder Lp Paris und ihren zugehörigen Regulationsmutanten wurde eine verminderte Fitness für dfliA und erstmals für drpoN, dfleQ defiziente Stämme nachgewiesen. Zur Validierung von Microarray-Daten aus Lp Paris wurden wachstumsphasenabhängige Transkriptions- und Translationsanalysen mit Lp Corby Wildtyp und drpoN, dfleQ, dfliA und dflaA defizienten Stämmen durchgeführt. Es wurde gezeigt, dass die basale Expression von fliA in den späteren Phasen unabhängig von RpoN und FleQ stattfindet. In dieser Arbeit konnte erstmals der Transkriptionsstartpunkt des Hauptregulators FliA bestimmt werden. Es zeigte sich eine putative RpoD (S70) Bindungsstelle. Ein Modell zur Regulation der fliA Expression wurde weiterentwickelt. Demnach kommt es in der exponentiellen Phase durch das Zusammenwirken von RpoD und DksA, aber unabhängig von FleQ, zur basalen fliA Promotoraktivität. Durch den Übergang in die transmissive Phase und direkte oder indirekte Interaktion mit FleQ sowie dem Alarmon ppGpp scheint es zu einem Austausch des Sigmafaktors S70 gegen SS und zu einer Aktivierung der fliA Expression zu kommen. Elektronenmikroskopische Studien zeigten, dass drpoN und dfleQ defiziente Mutanten wahrscheinlich aufgrund des fehlenden Basalkörpers nicht flagelliert sind. Mutanten für dfliA, dflaA und dfliD hatten ebenfalls keine Flagelle, zeigten aber eine ungewöhnliche, gerade Hook Struktur, die den Zusammenbau des Basalkörpers demonstriert. Weiterhin wurden durch in silico Studien 15 Legionella Spezies in Bezug auf das Flagellensystem und ein putatives Chemotaxissystem untersucht. So konnte L. oakridgensis als erste Art ohne beide Systeme sequenziert werden. Andererseits konnten mit LLAP12, L. bozemanii, L. gormanii und L. lytica Stämme beschrieben werden, die beide Systeme tragen. / This work focused on the analysis of factors contributing to the regulation of the flagellum self-assembly of Legionella pneumophila (Lp). With a combined replication/survival assay with Lp Corby or Lp Paris and their corresponding regulatory mutants a reduced fitness could be verified for dfliA and for the first time for drpoN, dfleQ deficient strains. For validation of microarray-data for Lp Paris with strain Lp Corby a growth phase dependent analysis of transcription and translation rates was done with wild-type and the drpoN, dfleQ, dfliA and dflaA deficient strains. A regulation of basal fliA expression independently from RpoN and FleQ was shown in the later growth phases. Furthermore the transcriptional start site of fliA could be shown for the first time. A RpoD (S70) binding site could be identified. According to a further developed model for the regulation of the fliA expression RpoD and DksA lead to a basal fliA promotor activity, independently from FleQ. Most likely, during transition to stationary phase, direct or indirect interaction with FleQ and the alarmone ppGpp results in the exchange of the sigma factor S70 and the binding of RpoS. This leads to the activation of fliA expression. Electron microscopic studies revealed that drpoN and dfleQ deficient mutants are not flagellated caused by the missing basal body. Mutants of dfliA, dflaA and dfliD were also aflagellated, but there was a uncommon straight hook structure visible which demonstrates a filament-independent assembly of the basal body. Furthermore, in silico analysis was done with 15 Legionella species with regard to the flagellum regulation system and a putative chemotaxis system. Analysis revealed that the strain L. oakridgensis is the first strain lacking both systems. On the other hand the strains LLAP12, L. bozemanii, L. gormanii and L. lytica could be characterized as strains carrying both systems.

Acanthamoeba castellanii est une amibe libre ubiquiste de l'environnement. Elle se nourrit principalement de micro-organismes par phagocytose. Seulement, certains micro-organismes ont développé des mécanismes de résistances qui leur permettent d'échapper à la digestion et même de se multiplier à l'intérieur des amibes. C'est le cas de Legionella pneumophila, bactérie responsable de la légionellose. Legionella pneumophila, à travers son système de sécrétion Dot/Icm, injecte plusieurs effecteurs à l'intérieur de son hôte. Ces effecteurs interagissent avec les protéines de l'hôte, et induisent une modification de la physiologie de son hôte, à son avantage. Durant ma thèse, nous nous sommes intéressés aux effets de Legionella pneumophila, sur la prolifération de son hôte amibien. Nous avons montré que Legionella pneumophila arrête la prolifération d'Acanthamoeba castellanii. Ce phénotype était associé une modification de la forme, à une perte d'adhérence et à une baisse de motilité de l'amibe. Sur le plan moléculaire, Legionella pneumophila induit une baisse dans l'expression du gène cdc2b, qui présente des similarités avec le gène cdk1 (cyclin dépendant kinase), codant pour la CDK essentielle au déroulement du cycle cellulaire chez les mammifères. L'arrêt de la prolifération d'Acanthamoeba castellanii, qui passe par une réduction d'expression de cdc2b, est certainement induit par un ou plusieurs effecteur(s) de Legionella pneumophila, car le mutant ΔdotA de L. pneumophila, défectueux au niveau de l'appareil de sécrétion Dot/Icm, n'induit pas l'arrêt de la prolifération d'Acanthamoeba castellanii. / Acanthamoeba castellanii is an ubiquitous free-living amoeba of the environment. This amoeba feeds mainly on micro-organisms by phagocytosis. However, some micro-organisms have acquired resistances that allow them to escape digestion and even multiply inside amoebae. This is the case of Legionella pneumophila, the bacterium responsible for legionellosis. Legionella pneumophila, through its Dot/Icm secretion system, injects several effectors into its host. These effectors interact with the proteins of the host, and induce a modification of the physiology of its host, to its advantage. During my phD, we were interested in the effects of Legionella pneumophila infection on the proliferation of its amoebic host. We showed that Legionella pneumophila prevents the proliferation of Acanthamoeba castellanii. This phenotype was associated with a modification of the shape, a loss of adhesion and a decrease in motility of the amoeba. On the molecular level, Legionella pneumophila induces a decrease in the expression of the cdc2b gene, which share similarities with the cdk1 (cyclin dependent kinase) gene, coding for the major CDK of the mammalian cells cycle. The arrest of proliferation of Acanthamoeba castellanii, which involves a reduction in expression of cdc2b, is certainly induced by one or more effector(s) of Legionella pneumophila, because the mutant ΔdotA of L. pneumophila, defective in the Dot/Icm secretion apparatus, does not induce proliferation arrest of Acanthamoeba castellanii.

Les interactions entre les végétaux et les organismes telluriques sont déterminantes pour la décomposition des matières organiques et la nutrition minérale des plantes. L’objectif général de la thèse était de comprendre comment les interactions multi-trophiques dans la rhizosphere agissent sur la disponibilité en azote minéral et l’allocation en carbone dans la plante. Nous avons mis au point des dispositifs de culture de plante, permettant de contrôler l’environnement biotique des racines (inoculation par des espèces symbiotiques modèles : un protozoaire bactériophage et/ou une espèce mycorhizienne à arbuscules). Nous avons utilisé l’azote 15N et le carbone 13C pour tracer le cheminement de l’azote du sol vers la plante et le carbone assimilé par photosynthèse, de la plante vers le sol et les microorganismes du sol. L’allocation de C vers les racines et la rhizosphère est dépendante de la qualité de la litière foliaire enfouie. La structure de la communauté microbienne déterminée par l’analyse des profils d’acides gras (PLFA) est modifiée par la présence de protozoaires pour la litière à C/N élevé. Les mycorhizes à arbuscules et les protozoaires présentent une complémentarité pour l’acquisition du C et de N par la plante. Les protozoaires remobilisent l’azote de la biomasse microbienne par leur activité de prédation. Les hyphes fongiques transportent du C récent issu de la plante vers des sites riches en matière organique non accessibles aux racines. Ainsi, l’activité de la communauté microbienne est stimulée et la disponibilité en N augmentée lorsque des protozoaires sont présents. Les perspectives de ce travail sont de déterminer si (i) les interactions étudiées dans ce dispositif modèle peuvent être généralisées à d’autres interactions impliquant d’autres espèces de champignons mycorhiziens et de protozoaires (ii) la phénologie de la plante et la composition des communautés végétales influence la nature et l’intensité des réponses obtenues / Plants interact with multiple root symbionts for fostering uptake of growth-limiting nutrients. In turn, plants allocate a variety of organic resources in form of energy-rich rhizodeposits into the rhizosphere, stimulating activity, growth and modifying diversity of microorganisms. The aim of my study was to understand how multitrophic rhizosphere interactions feed back to plant N nutrition, assimilate partitioning and growth. Multitrophic interactions were assessed in a single-plant microcosm approach, with arbuscular mycorrhizal fungi (Glomus intraradices) and bacterial feeding protozoa (Acanthamoeba castellanii) as model root symbionts. Stable isotopes enabled tracing C (13C) and N (15N) allocation in the plant and into the rhizosphere. Plant species identity is a major factor affecting plant-protozoa interactions in terms of N uptake and roots and shoot morphology. Plants adjusted C allocation to roots and into the rhizosphere depending on litter quality and the presence of bacterial grazers for increasing plant growth. The effect of protozoa on the structure of microbial community supplied with both, plant C and litter N, varied with litter quality added to soil. AM-fungi and protozoa interact to complement each other for plant benefit in C and N acquisition. Protozoa re-mobilized N from fast growing rhizobacteria and by enhancing microbial activity. Hyphae of AM fungi acted as pipe system, translocating plant derived C and protozoan remobilized N from source to sink regions. Major perspectives of this work will be to investigate whether (i) multitrophic interactions in our model system can be generalized to other protozoa-mycorrhiza-plant interactions (ii) these interactions are depending on plant phenology and plant community composition

Les EHEC de sérotype O157:H7 sont des agents zoonotiques d’origine alimentaire ou hydrique. Ce sont des pathogènes émergeants qui causent chez l’humain des épidémies de gastro-entérite aiguë et parfois un syndrome hémolytique-urémique. Les EHEC réussissent leur transmission à l’humain à partir de leur portage commensal chez l’animal en passant par l’étape de survie dans l’environnement. L’endosymbiose microbienne est une des stratégies utilisées par les bactéries pathogènes pour survivre dans les environnements aquatiques. Les amibes sont des protozoaires vivants dans divers écosystèmes et connus pour abriter plusieurs agents pathogènes. Ainsi, les amibes contribueraient à transmettre les EHEC à l'humain. La première partie de mon projet de thèse est centrée sur l'interaction de l’amibe Acanthamoeba castellanii avec les EHEC. Les résultats montrent que la présence de cette amibe prolonge la persistance des EHEC, et ces dernières survivent à leur phagocytose par les amibes. Ces résultats démontrent le potentiel réel des amibes à héberger les EHEC et à contribuer à leur transmission. Cependant, l’absence de Shiga toxines améliore leur taux de survie intra-amibe. Par ailleurs, les Shiga toxines sont partiellement responsables de l’intoxication des amibes par les EHEC. Cette implication des Shiga toxines dans le taux de survie intracellulaire et dans la mortalité des amibes démontre l’intérêt d’utiliser les amibes comme modèle d'interaction hôte/pathogène pour étudier la pathogénicité des EHEC. Durant leur cycle de transmission, les EHEC rencontrent des carences en phosphate inorganique (Pi) dans l’environnement. En utilisant conjointement le système à deux composantes (TCS) PhoB-R et le système Pst (transport spécifique de Pi), les EHEC détectent et répondent à cette variation en Pi en activant le régulon Pho. La relation entre la virulence des EHEC, le PhoB-R-Pst et/ou le Pi environnemental demeure inconnue. La seconde partie de mon projet explore le rôle du régulon Pho (répondant à un stress nutritif de limitation en Pi) dans la virulence des EHEC. L’analyse transcriptomique montre que les EHEC répondent à la carence de Pi par une réaction complexe impliquant non seulement un remodelage du métabolisme général, qui est critique pour sa survie, mais aussi en coordonnant sa réponse de virulence. Dans ces conditions le régulateur PhoB contrôle directement l’expression des gènes du LEE et de l’opéron stx2AB. Ceci est confirmé par l’augmentation de la sécrétion de l’effecteur EspB et de la production et sécrétion de Stx2 en carence en Pi. Par ailleurs, l’activation du régulon Pho augmente la formation de biofilm et réduit la motilité chez les EHEC. Ceci corrèle avec l’induction des gènes régulant la production de curli et la répression de la voie de production d’indole et de biosynthèse du flagelle et du PGA (Polymère β-1,6-N-acétyle-D-glucosamine). / EHEC O157:H7 are an emerging zoonotic food- and water-borne hazard highly pathogenic to humans and associated with diseases ranging from acute gastroenteritis to hemolytic uremic syndrome. From their commensal carriage by farm animals to human targets, EHEC pass through a crucial step of persistence in the open environment. Microbial endosymbiosis is one strategy used by pathogenic bacteria to survive in aquatic environments. Amoebae species are free-living protozoa found in diverse environmental habitats and known to host several water-borne pathogens. Thus amoebae could contribute to transmission of EHEC to humans. The first part of my PhD project was focused on interaction of the free-living amoebae Acanthamoeba castellanii with EHEC. The results showed that the presence of amoeba extends the persistence of EHEC that survived phagocytosis by amoebae. This demonstrates the real potential of amoebae to harbourd EHEC that may contribute to their transmission. However, absence of shiga toxins enhanced the intra-amoeba survival. Moreover, EHEC had a toxic and lethal effect on amoebae partially due to shiga toxins. The involvement of shiga toxins in the intracellular survival and mortality of amoebae suggests the value of using amoebae as a model of host/pathogen interactions to study the pathogenicity of EHEC. During their transmission cycle, EHEC encounter limitation inorganic phosphate (Pi) in the environment. Using jointly the PhoB-R two-component system (TCS) and the Pst (Pi specific transport) system, EHEC detect and respond to this Pi limitation by activating the Pho regulon. The interplay between the EHEC virulence, the Pho-Pst and/or the environmental Pi remains unknown. The second part of my project explored the role of Pho regulon (responding to Pi-limitation stress) in the virulence of EHEC. Transcriptomic analysis showed that EHEC has evolved a sophisticated response to Pi deficiency involving not only biochemical strategies that are likely critical to its survival, but also coordinating its virulence response. In these conditions, the regulator PhoB regulates directly the expression of LEE and Stx2 genes. This is confirmed by an increase in EspB secretion and Stx2 production and secretion in low Pi conditions. Moreover, the activation of Pho regulon increases biofilm formation and reduces motility in EHEC. This correlated with the induction of genes regulating curli production and repression of indole production pathway and the flagellum and PGA biosynthesis.

Amoebae of the genus Acanthamoeba spp. are free-living unicellular organisms found in disparate ecosystems all over the world. Due to their ability to invade human body, evade its defensive mechanisms and cause extensive tissue damage, Acanthamoeba infection can lead to serious, if rare, diseases, affecting most commonly the eye and the central nervous system. Specific therapy for Acanthamoeba infections is not available. A major reason for therapeutic failure in ameobiasis is the ability of the protist to differentiate into resistant stages. These are cysts, known to be formed under prolonged unfavorable conditions, both in the environment and the infected tissues, and the pseudocysts, less durable but rapidly formed under acute stress. The present thesis focuses on as yet unexplored mechanisms of resistance of cysts and pseudocysts. Moreover, further characteristics distinguishing cysts and pseudocysts as well as the processes involved in their formation are investigated. One of the issues addressed is a presence of protective carbohydrate compounds mannitol and trehalose that participate in defensive reactions against abiotic stress in many organisms. Although putative genes for enzymes of the trehalose and mannitol synthetic pathways are present in the genome of Acanthamoeba, only one of the...