Les bactéries pathogènes Escherichia coli entérohémorrhagiques (EHEC) O157:H7 causent des toxi-infections sévères chez l’humain. Les biofilms des EHEC rendent difficile leur contrôle dans les environnements favorisant leur persistance. Certaines souches O157:H7 dont celle de référence Sakai, possèdent une capacité accrue à s'autoagréger et former des biofilms. L’étude a visé à identifier les gènes impliqués dans l’autoagrégation et la formation de biofilm chez la souche Sakai, et vérifier l’association des facteurs identifiés avec d’autres EHEC O157:H7 du même phénotype. Avec une banque de mutants Tn10 de la souche Sakai, des mutants non-autoagglutinants et non-formateurs de biofilms des gènes csgB et csgG furent sélectionnés et caractérisés. Ces mutants formaient significativement moins de biofilms et d´autoagrégats que Sakai, et ne produisaient plus curli. La complémentation des mutants restaurait le phénotype sauvage. De plus, des gènes responsables de la biogenèse de curli csgA, csgB et csgG étaient significativement surexprimés chez Sakai, comparativement avec la souche EDL933 non-autoagglutinant, qui forme moins de biofilm. Parmi les souches d’E. coli 0157:H7 on distingue deux groupes d’isolats: Sakai-like et EDL933-like selon leur production de curli, et leur capacité à former des autoagrégats et biofilms. Nos résultats suggèrent qu’une surproduction de fibres de curli dans un sous-ensemble de souches O157:H7 pourrait être responsable de leur phénotype particulier d'autoagrégation et de formation de biofilms forts. Le projet permet de mieux cerner le mécanisme de formation de biofilm dans EHEC et renforce l’hypothèse que le curli est une cible intéressante pour contrer la persistance des EHEC en environnements naturels et industriels. / Enterohemorrhagic E. coli (EHEC) O157:H7 is an important foodborne pathogen that causes severe toxi-infections in humans. These bacteria have a higher capacity to form biofilm, impeding the control of the contamination in different environments and allowing their persistence. Some E. coli O157:H7 strains, including the Sakai reference strain, display a distinctive ability to autoaggregate and form strong biofilms. The aim of this work was to identify the genes involved in autoaggregation and biofilm formation in Sakai strain, and to verify the association between identified factors and the same phenotype in other EHEC O157: H7. We found that csgA, csgB and csgG curli genes were significantly overexpressed in strain Sakai compared to strain EDL933, a low biofilm-former and non-autoaglutinating strain. Sakai csgB and csgG Tn10 mutants formed significantly less biofilm and autoaggregation than the wild-type strain, and lost the curli-producing phenotype. Complementation restored the strong autoaggregation and biofilm formation phenotype, and the curliated morphotype of Sakai. In addition, E. coli O157: H7 isolates tested for curli formation, Sakai-like strains were curli-producing, whereas EDL933-like strains were non-curliated. These results suggest that overproduction of extracellular curli fibers in a subset of E. coli O157: H7 strains may be responsible for their particular phenotype of autoaggregation and strong biofilm formation. The project provides a better understanding of the mechanism of biofilm formation in EHEC, as well as reinforcing the hypothesis that curli fibers are an attractive target to counter the persistence of these bacteria in natural and industrial environments.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Les Escherichia coli entérohémorragiques (EHEC) O157:H7 sont des agents pathogènes alimentaires entrainant des colites hémorragiques et des syndromes hémolytiques et urémiques (SHU). Depuis le ruminant, le réservoir naturel, les EHEC peuvent contaminer certaines denrées alimentaires et in fine infecter l’Homme. La présence de composants de la matrice extracellulaire (ECM) le long de la chaine alimentaire pourrait participer à leur capacité de colonisation grâce à des protéines de surface bactérienne. Parmi ces protéines, l’antigène 43 (Ag43) est sécrété par le système de sécrétion de Type V, sous-type a (T5aSS) et appartient à la famille des SAAT (self-associating autotransporters). Ces protéines modulaires, composées d’un peptide signal N-terminal clivable, d’un domaine passager central exposé à la surface et d’un translocateur C-terminal membranaire, peuvent s’auto-associer selon un mécanisme de Velcro moléculaire. A l’origine, l’Ag43 était distribué en deux sous-familles SF-I et SF-II mais des analyses phylogénétiques ont révélé pour la première fois qu’il est en réalité distribué en 6 classes différentes nommées C1 à C6, basées sur le réarrangement de différents sous-domaines à l’intérieur du domaine passager de la protéine. Quant à la prévalence et la distribution chez les bactéries, l’agn43 s’est avéré être présent essentiellement chez E. coli avec jusqu’à 5 copies du gène par génome, en différentes combinaisons de classes d’Ag43. Des analyses fonctionnelles des Ag43 C1 à Ag43 C4 ont démontré que des interactions homotypiques survenaient pour toutes les classes mais l’Ag43 C3 présentait des différences significatives de cinétique de sédimentation et d’autoagrégation. L’étude des interactions hétérotypiques entre Ag43 de différentes classes a démontré qu’elles ne se produisaient que dans de rares cas. Chez E. coli O157:H7, l’Ag43 C2 a été démontré comme contribuant à l’adhésion des bactéries aux collagènes I et III et à l’autoagrégation. De plus dans cette souche, ce phénotype s’est avéré être régulé par la méthylase Dam et le régulateur de transcription OxyR. Globalement, ces travaux apportent de nouvelles connaissances concernant la diversité de l’Ag43 et son rôle et sa régulation chez E. coli O157:H7. Ainsi, l’Ag43 pourrait être un important facteur de colonisation de la chaine alimentaire pour les EHEC et les autres E. coli diarrhéiques. / Enterohaemorrhagic Escherichia coli (EHEC) O157:H7 are anthropozoonotic agents leading to haemorrhagic colitis and haemolytic-uremic syndrome (HUS). From the ruminants, their natural reservoir, EHEC can contaminate some foodstuffs and consequently infect humans. The presence of extracellular matrix (ECM) components along the food chain could contribute to the colonisation process. Numerous proteins can be present at the bacterial cell surface in EHEC, among them, antigen 43 (Ag43) is secreted by the Type V, subtype a, secretion system (T5aSS) and belongs to the family of self-associating autotransporters (SAATs). These modular proteins, comprising a cleavable N-terminal signal peptide, a surface-exposed central passenger and an outer membrane C-terminal translocator, self-recognise in a Velcro-like handshake mechanism. Ag43 was originally considered as distributed into two subfamilies, namely SF-I and SF-II but phylogenetic network analyses revealed for the first time that it actually distribute into six distinct classes, namely C1 to C6 based on the shuffling of different subdomains within the Ag43 passengers. Regarding prevalence and distribution in Bacteria, agn43 appeared to be essentially present in E. coli with up to 5 copies of the gene present in a single genome and in different combinations of Ag43 classes. Functional analyses of Ag43 C1 to Ag43 C4 revealed that homotypic interactions occurred for all Ag43 classes but Ag43 C3 induced significant differences in the sedimentation kinetics and autoaggregation state. In contrast, heterotypic interactions occurred in a very limited number of cases. In E. coli O157:H7, Ag43 C2 was shown to contribute to bacterial adhesion to collagens I and III and to the autoaggregation. Furthermore in this strain, the latter phenotype appeared to be regulated by the Dam methylase and the OxyR transcriptional regulator. Taken together, these results provide new insights of the diversity of Ag43 as well as its role and regulation in E. coli O157:H7. Thus, Ag43 may represent an important colonisation factor of the food chain by EHEC and other diarrheagenic E. coli.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal