布袋戲於臺灣已近百年歷史，它勇於就地謀生，汲取民間養分、庶民文化之特質，將流行元素置於文本結構、角色人物當中，使其歷百年而不墜，隨時代變遷而演進更生。本研究以霹靂布袋戲迷為主體，探討霹靂布袋戲迷文化之生成，為何而迷，著迷之物，以及迷、偶、官方—霹靂國際多媒體三者之關係。戲偶對於布袋戲迷而言並非死物，它趨近「仿人」式的擬真動作，即便在形體、動作上有其限制，該限制卻同時為發展之契機。經由霹靂國際多媒體塑造之偶，經由布袋戲迷及官方對偶之想像，賦神於偶，使「它」→「他」，「偶」→「偶像」。「偶」作為迷與官方之間的關鍵連結，雙方對「偶」的想像使三者形成密切網絡，迷與官方之間因「偶」的作用導致關係複雜多變。霹靂布袋戲迷透過迷活動實踐過程，將無生命之「偶」賦予生命，予無情者有情。 / Glove puppet drama in Taiwan has a rich history around one hundred years. It is characterized by absorbing nutrition from folk and popular culture, and also integrates with popular elements into texts and structures. This feature helps puppet drama to live and improve with the wheel of time turning. This paper will focus on the issue of Pili-puppet drama fans, including the discussion of Pili-puppet drama fan culture, process of being fascinated by the “puppet”, and the relation between the three: fan, puppet, and Pili Multimedia Inc.. To Pili-fans, glove puppets are not inanimate objects however, they are idols with feelings. Though puppets are limited in doing some gestures, the limitation is the turing point on the contrary. Being structured by Pili Multimedia Inc., embraced with the imagination and fantasy by official organization and fans, puppets are empowered with spirits through transformation, the object “it” becomes “him/her”, “puppet” then becomes “idol”. The Pili puppet is a crucial element connected with fans and the producer. Moreover, the relation between fans and the producer is incredible complicated because of the “puppet”. Pili-fans empower the spirit on puppets with practice, making inanimate objects alive and with feelings, also.

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Les infections bactériennes touchant la circulation sanguine conduisent à un vaste éventail de graves pathologies, comme les chocs septiques ou les infections locales (endocardites et méningites). Neisseria meningitidis colonise avec succès l’endothélium vasculaire et cause des sepsis sévères. Ces infections résultent de la colonisation des cellules endothéliales de l’hôte, étape clef de la pathophysiologie à laquelle les travaux présentés dans ce manuscrit se sont intéressés. La colonisation de l’endothélium par N. meningitidis est un processus complexe qui implique l’adhésion et la multiplication des bactéries à la surface des cellules endothéliales dans le contexte particulier de la circulation sanguine, où des forces mécaniques sont générées par le flux sanguin sur les objets circulants. Bien que de nombreuses études se soient intéressées à l’interaction entre les cellules endothéliales et N. meningitidis, plusieurs aspects demeurent incertains comme par exemple l’impact des contraintes générées par le flux sanguin et la participation relative des deux partenaires de l’interaction dans la colonisation de l’endothélium par N. meningitidis.L’adhésion de la bactérie à la surface des cellules endothéliales est dépendante de facteurs bactériens (les pili de type IV, PT4) et induit une réponse de la part de la cellule hôte, qui se traduit par un remodelage de la membrane plasmique et une réorganisation du cytosquelette d’actine sous les microcolonies. Dans un premier temps, ces travaux de thèse montrent que la réponse cellulaire induite par N. meningitidis participe activement à la colonisation. En effet, la formation de projections membranaires permet à chaque bactérie de la microcolonie d’établir des contacts avec la cellule hôte, nécessaires à la résistance des microcolonies face aux forces mécaniques générées par le flux sanguin. De plus, nous montrons que la protéine PilV, composant des PT4, est impliquée dans le remaniement de la membrane plasmique et la réorganisation du cytosquelette. Nous avons développé une méthode combinant vidéo-microscopie et analyse de fluorescence pour décrypter les événements précoces prenant place lors du contact entre les bactéries et la surface des cellules hôtes. Nous avons alors montré que le remodelage de la membrane induit par N. meningitidis ne dépend pas de la réorganisation du cytosquelette d’actine au site d’infection mais plutôt des propriétés intrinsèques de la bicouche lipidique.Dans un second temps, nous nous sommes intéressés aux étapes tardives de l’infection, c'est-à-dire à l’initiation d’un nouveau cycle de colonisation. Bien que solidement ancrées à la surface des cellules par l’intermédiaire des projections membranaires, quelques bactéries se détachent des microcolonies pour coloniser des nouveaux sites au sein de l’hôte. Nous avons démontré l’importance de modifications post-traductionnelles de la piline majeure dans cette étape de l’infection et caractérisé les mécanismes impliqués.Cette étude a permis d’affiner les mécanismes impliqués dans l’induction de la réponse cellulaire induite par N. meningitidis et son impact sur la colonisation efficace de l’endothélium par ce pathogène. / Bacterial infections targeting the bloodstream lead to a wide array of severe clinical manifestations, such as septic shock or focal infections (endocarditis and meningitis). Neisseria meningitidis colonizes successfully the vascular wall and causes severe sepsis. Such infections result from an efficient colonization of host endothelial cells, a key step in meningococcal diseases which has been the subject of the work presented here. Endothelium colonization by N. meningitidis is a complex process implying bacterial adhesion and multiplication on the endothelial cell surface in the specific context of the bloodstream, where mechanical forces generated by the blood flow are applied on circulating bacteria. Even though many studies focused on the interaction between N. meningitidis and the endothelial cell, many aspects remain elusive, such as the impact of shear stress generated drag forces and the relative contribution of the two partners involved in this interaction.Adhesion to the endothelial cell surface is dependent on bacterial factors called type IV pili (Tfp) and leads to induction of a host cell response, characterized by a local remodeling of the plasma membrane and reorganization of actin cytoskeleton underneath bacterial microcolonies. First, we have shown that the cellular response induced by N. meningitidis actively participate in the colonization process. Indeed, membrane deformation allows contact with every bacterium inside the microcolony, which is necessary for microcolony resistance to mechanical forces. Additionally, we have demonstrated that the PilV protein, a Tfp component, is involved in plasma membrane remodeling and actin cytoskeleton reorganization. We designed a method combining high resolution live-cell fluorescence video-microscopy and fluorescence quantification to decipher the early events induced on contact of bacterial aggregates with the host cell surface. Using this technique we have shown that membrane remodeling does not rely on actin cytoskeleton reorganization but rather on intrinsic properties of the lipid bilayer. Second, we focused on latter steps of the infection process when initiation of a new colonization cycle is initiated. While firmly attached to the host cell surface through the membranous projections, some bacteria can detach from the microcolony to disseminate throughout the host. We have demonstrated the importance of post-translational modification of the major piline in this step and characterized the underlying mechanisms.This work allows refinement of the molecular mechanisms involved in the induction of the cellular response induced by N. meningitidis and its impact on successful endothelium colonization by this pathogen.

Les pili de type IV (PT4), certainement les organelles les plus répandues des bactéries à Gram-négatif, sont des machineries à multiples fonctions qui jouent un rôle crucial dans la pathogenèse de nombreux pathogènes humains, notamment notre modèle Neisseria meningitidis. L’assemblage des PT4 nécessite une machinerie complexe incluant au moins vingt protéines localisées dans la membrane interne, le périplasme et la membrane externe. Certaines de ces protéines ne sont pas nécessaires pour la biosynthèse des PT4, mais supportent les fonctions qui leur sont associées. Ces protéines, appelées pilines mineures, sont au nombre de trois. Par l’analyse phénotypique des mutants dans les gènes codant pour les pilines mineures, le rôle de chacune a pu être déterminée. Ainsi la piline mineure ComP est nécessaire pour la compétence pour la transformation d’ADN, PilV est requise pour la déformation de la membrane plasmique de la cellule hôte et PilX est essentielle pour l’adhésion des bactéries sur les cellules épithéliales et endothéliales, la formation d’agrégats bactériens et la déformation de la membrane plasmique de la cellule hôte. De nombreuses similarités avec la piline majoritaire laissent penser que les pilines mineures s’insèrent dans la fibre des PT4 pour exercer leurs fonctions, bien que ceci n’a jamais été démontré. Si on connait bien les fonctions des pilines mineures, leur mode d’action n’est toujours pas compris. L’objectif global de ce travail de thèse a été de comprendre comment une fibre protéique peut assurer une diversité de fonctions aussi importante. Pour y parvenir, l’étude du mode d’action des pilines mineures a été entreprise. Contrairement à ce qui prévalait dans le modèle dominant, les pilines mineures PilV et PilX exercent leur fonction à partir de l’espace périplasmique pour moduler la quantité de pili exprimés en surface. En effet, les mutants pilV et pilX présentent respectivement des défauts de piliation de l’ordre de 39% et de 63% par rapport à la souche sauvage. Ces défauts expliquent cependant les phénotypes des mutants. En effet, l’ensemble des fonctions dépendantes des PT4 nécessite une forte quantité de PT4, soit au moins 40% pour l’agrégation et l’adhésion et 70% pour le déclenchement de la réponse cellulaire. Ces résultats révèlent que les pilines mineures sont impliquées dans la biogenèse des PT4 plutôt que dans le support biochimique direct de leurs propriétés. Le défaut de piliation de ces mutants est restauré par l’absence de rétraction, indiquant que les pilines mineures PilV et PilX jouent un rôle dans la stabilité des PT4. Nous avons également montré que la piline mineure ComP est nécessaire pour la piliation et qu’elle présente une fonction redondante avec la piline mineure PilV. Afin de comprendre comment les pilines mineures PilV et PilX exercent leur rôle sur la quantité de pili exprimés en surface, nous avons réalisé une étude structure/fonction de ces deux protéines. Nous avons observé une absence de piliation, en bloquant les pilines PilV et PilX dans la membrane interne, indiquant une interaction directe avec la machinerie des PT4 probablement via la piline majeure PilE. Nous avons également montré qu’il existe une interaction entre les pilines mineures et PilE au niveau de la membrane interne et en amont de l’assemblage des pili. Ces résultats, obtenus par une technique de pontage disulfure, ont cependant besoin d’être confirmés par des contrôles supplémentaires. Par une stratégie de mutagenèse, nous avons enfin mis en évidence que la région D de PilV et les boucles α/β et β2/β3 de PilX sont nécessaires à leur fonctionnement. Ces travaux ont permis de montrer que la quantité de pili exprimés par la bactérie est un facteur déterminant pour définir les propriétés des PT4. Les pilines mineures agissent au niveau du périplasme pour promouvoir la biosynthèse des pili, ce qui met en avant le rôle direct de la piline majeure PilE dans les fonctions associées aux PT4. / Type IV Pili (TFP) are widespread filamentous organelles extending from the surface of many Gram-negative bacteria that mediate multiple functions and play a key role in the pathogenesis of several important human pathogens, including our model, Neisseria meningitidis. The assembly of TFP requires a complex machinery composed by at least twenty proteins that are localized in the inner membrane, the outer membrane and the periplasm. Three of these proteins, called minor pilins, are not required for the biosynthesis of the TFP, but support their functions. Based on the phenotypes associated with the mutants, their role on TFP functions has been determined. The minor pilin Comp is required for natural competence for DNA transformation, PilV is required for the deformation of the host cell plasma membrane and PilX is essential for the adhesion of bacteria to epithelial and endothelial cells, the bacterial aggregation and the deformation of the host cell plasma membrane. Many similarities with the major pilin PilE suggests that minor pilin are inserted into the fiber of TFP to exert their functions, although it has never been demonstrated. How these proteins carry out their functions mechanistically is not elucidated. The general objective of this thesis was to understand how a single fiber can provide such a variety of functions. To achieve this, the study of the mode of action of minor pilins was undertaken. Contrarily to what has been previously proposed, the PilV and PilX minor pilins seem to exert their functions from the periplasmic space to modulate the amount of surface exposed pili. Indeed, pilV and pilX strains show piliation defects of 39 % and 63 % respectively compared to the wild type. Besides, we have shown that TFP functions require a large amount of TFP, at least 40 % for the aggregation and adhesion and 70% to induce the reorganization of the plasma membrane. Thus these modest decreases in the amount of pili explain the phenotypes of these mutants. These results indicate that the minor pilins are involved in the biogenesis of TFP rather than in the direct support of their biochemical properties. Moreover, the piliation defect of these mutants is restored in the absence of retraction, indicating that the PilV and PilX minor pilins play a role in the stability of TFP. To understand how PilV and PilX minor pilins modulate surface exposed pili level, we performed a structure/ function analysis of these two proteins. Blocking the PilV and PilX minor pilins in the inner membrane abolishes piliation, indicating a direct interaction with the machinery of TFP, probably via the major pilin PilE. We have also shown that an interaction between the minor pilins and the major pilin occurs in the inner membrane and upstream of the pilus assembly. However, these results, obtained by biochemical techniques, need to be confirmed by additional controls. By a mutagenesis strategy, we finally demonstrated that the D region of PilV and the α/β and β2/β3 loops of PilX are necessary for their functions. This study has shown that a relatively modest decrease in the amount of pili displayed on the bacterial surface leads to a strong effect on the functions carried by TFP. Minor pilins act in the periplasm to promote the biosynthesis of pili, which highlights the direct role of the major pilin in the TFP-dependent functions.

Le système de sécrétion de type II (SST2) permet la sécrétion de protéines repliées à travers la membrane externe chez les bactéries à Gram-négatif. Le SST2 est une nano-machine enchâssée dans l’enveloppe bactérienne, proche par sa composition et structure aux systèmes d’assemblage des pili de type IV (PT4) impliqués, entre autres, dans d’adhésion et motilité. Chez Klebsiella oxytoca, la surexpression des gènes pul codant le SST2 permet l’assemblage de pili composées des sous-unités PulG. Ceci suggère qu’en conditions physiologiques l’assemblage d’un pseudopilus périplasmique permet la sécrétion du substrat spécifique du SST2, la pullulanase. Dans ce projet nous avons exploré le mécanisme moléculaire de l’assemblage du pseudopilus en se focalisant sur les interactions de PulG avec les composants du SST2 dans la membrane interne. En utilisant l’approche de double-hybride bactérien, nous avons établi le réseau d’interactions de PulG avec les pseudopilins mineures PulH, I, J et K et avec la plateforme d’assemblage (PA). Pour valider ces interactions, nous avons combiné des techniques de biochimie (co-purification par affinité, pontage cystéine et chimique) avec des analyses fonctionnelles de sécrétion et de formation du pseudopilus. Nous avons mis en évidence des interactions entre PulG et les protéines de la PA, PulF et PulM, et nous avons analysé en détail l’interface PulG-PulM. Les résultats suggèrent la formation d’un complexe PulK-I-J-H-G dans la membrane interne impliqué dans des étapes précoces de la formation du pseudopilus, à travers les interactions de PulG et PulH avec PulM et PulF. Nos données expérimentales suggèrent un rôle majeur de PulM dans la sécrétion, vraisemblablement durant l’assemblage du SST2 et l’élongation du pseudopilus. Nos travaux collaboratifs mettant en jeu l'analyse par spectroscopie de masse et en dynamique moléculaire in silico révèlent le rôle essentiel des résidus conservés Glu5 et Thr2 de PulG, requis pour l’interaction avec PulM. Ces données suggèrent que Glu5 participe à l'extraction de PulG de la membrane, en neutralisant la charge positive de son peptide N-terminal par des interactions intramoleculaires. Ces résultats permettent d'établir un modèle détaillant les étapes initiales de l’assemblage des pseudopili dans la membrane interne, relevant pour de futures études sur le SST2 et nanomachines homologues. sécrétion de protéinespili de type 4 assemblage de fibres complexes protéiques membranairesinteractions protéine-protéinemicroscopie à immuno-fluorescence simulations en dynamique moléculairedouble-hybride bactérien spectrométrie de masse nanomachines bacteriennes / The type II secretion system (T2SS) drives the translocation of folded, periplasmic proteins across the outer membrane in Gram-negative bacteria. Secretion is carried out by an envelope-spanning nanomachine that is similar to the apparatus that builds type IV pili (T4P), bacterial surface filaments involved in adhesion, motility and other functions. In the Pul T2SS of Klebsiella oxytoca, overexpression of pul genes in plate-grown bacteria allows the assembly of T4P-like surface fibres made of PulG subunits, suggesting that a periplasmic pseudopilus fibre plays a role in the secretion of the type II substrate pullulanase under physiological conditions. In this project, we explored the molecular mechanism of pseudopilus assembly by focusing on the interaction between PulG and the T2SS inner membrane and pseudopili components. The network of interactions of PulG with the minor pseudopilins PulH, I, J and K and the assembly platform (AP) components was established using bacterial two-hybrid analysis. To validate these interactions, we combined biochemical approaches (affinity co-purification, chemical or cysteine cross-linking) with functional assays of secretion and pseudopilus formation. We provide evidence of the interaction between PulG and the AP proteins PulF and PulM, and delve into the PulG-PulM interface. Our results point to the formation of a PulK-I-J-H-G complex in the plasma membrane involved in early steps of fibre assembly, with a determinant role for PulG and PulH interaction with PulM and PulF. We obtained experimental evidence supporting a major role for PulM in pseudopilus assembly and protein secretion, probably by intervening in the assembly of the T2SS apparatus and in pseudopilus elongation. The results of experimental and in silico studies in collaboration with experts in mass spectrometry and molecular dynamics support the essential role of the highly conserved PulG residues Glu5 and Thr2, which participate in PulM binding. In addition, Glu5 probably favours PulG membrane extraction by neutralising its N-terminal positive charge through intra-molecular interaction. These findings shed new light on early membrane events during fibre assembly, and open new and exciting avenues in research on T2SSs and related nanomachines.protein secretiontype 4 pilifibre assemblymembrane protein complexprotein-protein interactionsimmunofluorescence microscopymolecular dynamics simulationsbacterial two-hybrid assaymass spectrometrybacterial nanomachines

Pseudomonas aeruginosa est un pathogène opportuniste responsable d’infections nosocomiales sévères associées à un taux élevé de mortalité. Le système de sécrétion de Type III (SST3) et les effecteurs qu’il injecte sont considérés comme des facteurs de virulence prépondérants de P. aeruginosa. Récemment nous avons caractérisé, un groupe de souches ne possédant pas les gènes du SST3, mais dont la virulence repose sur la sécrétion d’une nouvelle toxine de 172 kDa, nommée Exolysine (ExlA) qui provoque la perméabilisation de la membrane des cellules hôtes. ExlA est sécrétée dans le milieu par une porine de la membrane externe, nommée ExlB, formant ainsi un nouveau système de sécrétion à deux partenaires (TPS), ExlBA. Outre le domaine TPS du coté N-terminal de la protéine, impliqué dans sa sécrétion, ExlA possède différents domaines ; des répétitions hémagglutinines, cinq motifs Arginine-Glycine-Acide Aspartique (RGD) et un domaine C-Terminal faiblement conservé. Des tests de cytotoxicité sur des cellules eucaryotes ont montrés que la délétion du domaine C-terminal abolissait l’activité toxique d’ExlA. En utilisant un modèle de liposomes et différents types de cellules eucaryotes, comme les globules rouges, nous avons démontré qu’ExlA forme des pores membranaires de 1.6 nm. De plus, par un criblage cellulaire à haut-débit d’une banque de mutants obtenus par une mutagenèse de transposition, nous avons montré qu’un facteur bactérien additionnel était requis dans la toxicité d’ExlA. En effet, parmi les 7 400 mutants, nous avons identifiés 3 transposons insérés dans des gènes codant pour le pili de type IV, démontrant ainsi que cet appendice impliqué dans l’adhésion des bactéries participe à la toxicité d’ExlA, en permettant un contact rapproché entre la bactérie et les cellules hôtes. Un criblage de macrophages primaires de souris KO pour différentes protéines impliquées dans la voie de l’activation de l’inflammasome, nous a permis de démontrer que le pore formé par ExlA est responsable de l’activation de la Caspase-1 par l’inflammasome NLRP3 conduisant à la maturation de l’interleukine-1ß. Une étude bio-informatique a révélé la présence de gènes homologues à exlA chez d’autres espèces de Pseudomonas non pathogènes, comme P. putida, P. protegens, P. entomophila. Nous avons montré que ces bactéries environnementales sont aussi capables de provoquer une mort cellulaire dépendante de la Caspase-1. Finalement, un criblage d’une banque de macrophages dont les gènes ont été invalidés par la technologie CRISPR/cas9 a révélé que plusieurs protéines du système immunitaire, indirectement liées à l’activation de la Caspase-1 sont impliquées dans la mort cellulaire médiée par ExlA. De plus, nous avons montré que plusieurs sgRNAs ciblant un microARN, mir-741, était grandement enrichi dans les macrophages ayant résisté à une infection avec ExlA. Mir-741 régule l’expression d’enzymes (St8sIa1 et Agpat5) impliquées dans la voie de biosynthèse des sphingolipides et des glycérophospholipides, suggérant ainsi que l’activité d’ExlA requiert un environnement lipidique particulier. / Pseudomonas aeruginosa is a human opportunistic pathogen responsible for nosocomial infections associated with high mortality. The type III secretion system (T3SS) and T3SS-exported toxins have been considered as key infectivity virulence factors. Our team recently characterized a group of strains lacking T3SS, but employing a new pore-forming toxin of 172 kDa, named Exolysin (ExlA) that provokes cell membrane disruption. In this work we demonstrated that the ExlA secretion requires ExlB, a predicted outer membrane protein encoded in the same operon, showing that ExlA-ExlB define a new active Two-Partner Secretion (TPS) system. In addition to the TPS secretion signals, ExlA harbors several distinct domains, which comprise hemagglutinin domains, five Arginine-Glycine-Aspartic acid (RGD) motifs and a non-conserved C-terminal region lacking any identifiable sequence motifs. Cytotoxic assays showed that the deletion of the C-terminal region abolishes host-cell cytolysis. Using liposomes and eukaryotic cells, including red blood cells, we demonstrated that ExlA forms membrane pores of 1.6 nm. Based on a transposon mutagenesis strategy and a high throughput cellular live-dead screen, we identified additional bacterial factors required for ExlA-mediated cell lysis. Among 7 400 mutants, we identified three transposons inserted in genes encoding components of the Type IV pili, which are adhesive extracellular appendices. Type IV pili probably mediate close contact between bacteria and host cells and facilitate ExlA cytotoxic activity. These findings represent the first example of cooperation between a pore-forming toxin of the TPS family and surface appendages to achieve host cell intoxication. Using mice primary bone marrow macrophages we showed that ExlA pores provoke activation of Caspase-1 via the NLRP3-inflamasomme followed by the maturation of the pro-interleukin-1ß. Mining of microbial genomic databases revealed the presence of exlA-like genes in other Pseudomonas species rarely associated with human infections P. putida, P. protegens and P. entomophila. Interestingly, we showed that these environmental bacteria are also able to provoke Caspase-1 cleavage and pro-inflammatory cell death of macrophages. Finally, genome-wide loss-of-function CRISPR/cas9 RAW library screen revealed that several components of the immune system response, indirectly linked to Caspase-1 are involved in the ExlA-mediated cell lysis. Moreover, we found at least three sgRNAs targeting miRNA, mir-741 were highly enriched in resistant macrophages challenged by ExlA. This miRNA regulates enzymes (St8sIa1 and Agpat5) in the sphingolipids and glycerophololipids biosynthesis pathways, suggesting that ExlA activity may require proper lipid environment.

Malgré la découverte du c-di-GMP en 1987, ce n’est que durant la dernière décennie que l’importance de ce messager secondaire dans la régulation des phénotypes bactériens a été exposée. Synthétisé par des diguanylate cyclases (DGC) et dégradé par des phosphodiestérases spécifiques (PDE), le c-di-GMP est prédit pour être un messager secondaire très répandu chez les bactéries et pratiquement exclusif à celles-ci. Le c-di-GMP est particulièrement reconnu pour son rôle dans la transition des bactéries motiles et planctoniques vers la formation de biofilm chez les bactéries à Gram négatif telles qu’Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa et Vibrio cholerae. De plus, le c-di-GMP est impliqué dans la régulation de l’expression de certains facteurs de virulence chez certaines bactéries. Ainsi, il est possible de révéler les mécanismes de régulation de certains phénotypes importants par l’étude de la signalisation à c-di-GMP dans une bactérie donnée. Clostridium difficile est une bactérie pathogène causant des diarrhées nosocomiales, des colites et pouvant causer des décès chez l’Homme. Les phénotypes impliqués dans la pathogenèse de C. difficile et leur régulation demeurent en grande partie méconnus. Le génome de C. difficile 630 était prédit être capable de coder pour 37 DGC et PDE putatives, un nombre en apparence élevé pour une bactérie à Gram positif. L’objectif global de mon doctorat était de déterminer si la signalisation à c-di-GMP était fonctionnelle chez C. difficile puis de déterminer le rôle du c-di-GMP chez cette bactérie. Dans un premier projet, mes travaux de doctorat ont permis de démontrer que la majorité des 37 DCG et PDE putatives chez C. difficile 630 sont fonctionnelles. Les 31 DCG et PDE les plus conservées dans les différentes souches de C. difficile ont été exprimées dans V. cholerae afin d’évaluer indirectement leur capacité de synthèse et de dégradation du c-di-GMP en mesurant leur impact sur motilité et la formation de biofilm de V. cholerae. La surexpression d’une DGC chez V. cholerae réduit la motilité par flagelle et augmente la formation de biofilm, alors que l’inverse est observé lors de la surexpression d’une PDE. De plus, l’activité d’une DCG, CD1420 (renommée DccA, CD630_14200), et une PDE, CD0757 (renommée CD630_07570) a été démontrée plus explicitement par des essais enzymatiques in vitro. Ainsi, ce projet a exposé l’important potentiel de la signalisation à c-di-GMP chez C. difficile, jusqu’alors étudiée presque exclusivement chez les bactéries à Gram négatif. Dans un deuxième projet, mes travaux de doctorat ont permis de démontrer le rôle des pili de type IV (T4P) dans l’agrégation de C. difficile et la régulation de leur expression par un riborégulateur à c-di-GMP. Les riborégulateurs sont des structures ARN situées dans la région 5’UTR des gènes capables de réguler l’expression des gènes en aval en fonction de la liaison d’un métabolite spécifique. Parmi les 16 riborégulateurs à c-di-GMP prédits dans le génome de C. difficile 630, le riborégulateur c-di-GMP-II Cdi2_4 est situé en amont du locus principal de synthèse de T4P. Mes travaux ont permis de montrer que l’augmentation de la concentration de c-di-GMP intracellulaire se traduit par une augmentation de l’expression des gènes de T4P, la formation de T4P à la surface des cellules et l’agrégation dépendante des T4P. De plus, le mécanisme de régulation du riborégulateur Cdi2_4 a été démontré in vitro. La liaison du c-di-GMP au riborégulateur Cdi2_4 prévient la formation d’un terminateur transcriptionnel et favorise ainsi la transcription des gènes de T4P en aval. Depuis la mise en évidence de la signalisation à c-di-GMP chez C. difficile dans la première partie de mon doctorat, un certain nombre de phénotypes régulés par c-di-GMP chez cette bactérie ont pu être déterminés ou prédits. Notamment, le c-di-GMP inhibe la transcription des gènes des flagelles en se liant au riborégulateur c-di-GMP-I Cd1 en amont et inhibe indirectement la production des toxines TcdA et TcdB. La démonstration de l’effet positif du c-di-GMP sur l’agrégation des cellules via les T4P, dans la deuxième partie de mon doctorat, contribue à notre compréhension de la signalisation à c-di-GMP chez C. difficile. Il apparait que le c-di-GMP inhibe la motilité et favorise la formation de structures pluricellulaires chez C. difficile à l’instar de plusieurs bactéries, néanmoins par des mécanismes de régulation distincts.

C. difficile is an obligate anaerobic, Gram-positive, rodshaped and spore-forming bacterium. It is a well-recognised causative agent of antibiotic-associated diarrhoea and pseudomembranous colitis. C. difficile has emerged as an important nosocomial pathogen in recent years, associated with considerable morbidity, mortality and economic burden. Despite its importance, functional genomic studies have been lagging behind in comparison to other enteric pathogens. This is attributed to the fact that C. difficile is difficult to manipulate genetically and the lack of robust, reproducible mutagenesis systems for many years. The ideal mutation for robust functional genomic studies is a markerless, in-frame deletion of the gene of interest. All systems developed for C. difficile, up to the start of this study, involve insertional inactivation of the gene of interest. This study describes the development of a novel genetic system for C. difficile, to create precise and markerless chromosomal deletions, using the meganuclease ISceI. For validation of the system, the addBA genes in C. difficile were deleted. The AddAB enzyme complex is important in the survival of many bacteria, since it maintains genome integrity, by the repair of double-strand breaks. Deletion of addBA in C. difficile did not significantly affect growth and viability, but the mutant strains were sensitive to DNA damaging agents. In addition, it was shown that C. difficile is capable of initiating the SOS response after DNA damage and that AddAB is not necessary for the induction of this response. The genetic system was further optimised to delete type IV pili (TFP)- associated genes, particularly pilT (CD3505) and pilA (CD3507), to investigate twitching motility. TFP are important in virulence and pathogenesis of many bacteria and twitching motility is often involved. TFP in C. difficile may be expressed in vivo during infection and may be involved in biofilm formation and colonization. To study potential TFP-mediated motility, a non-flagellated C. difficile strain was first constructed by deleting the fliC gene. The pilT gene, predicted to encode a protein involved in TFP retraction, was then deleted in the ΔfliC strain. A ΔpilT strain was also generated. Preliminary experimental work using these strains did not show any evidence for twitching motility and no difference between the ΔpilT strains and the parental strains. Examination of cells from the ΔfliC strain, under various conditions, did not reveal any pili, which indicates that TFP are regulated in C. difficile and that the TFP locus might be repressed at the transcriptional level. Preliminary work to investigate an intergenic region located upstream of the TFP locus in C. difficile, that might be involved in regulation, suggested that transcription is being initiated within a 500 bp region upstream of the CD3513 gene.

Vibrio parahaemolyticus is a Gram-negative, halophilic, human pathogenic bacterium ubiquitous in the marine environment. Like many Vibrio species, V. parahaemolyticus commonly associates with shellfish, particularly oysters. Ingestion of a raw or under cooked oysters contaminated with V. parahaemolyticus can cause gastroenteritis, which is typically self-limiting and rarely causes death. Globally, oyster production is highly lucrative, especially on the West Coast of the United States where approximately 60% of oyster production occurs each year. Outbreaks of V. parahaemolyticus can result in a significant public health problem as well as an economic burden for the oyster farms implicated in the outbreak. With the increase in overall V. parahaemolyticus outbreaks, improved post-harvest processing strategies have been developed to reduce this natural contaminant. Depuration was developed to allow shellfish to purge contaminants from their tissues into the clean, flowing seawater where they are held. This post-harvest processing technique can typically reduce fecal contaminants from the oyster tissues but is relatively ineffective at eliminating V. parahaemolyticus and other Vibrio species.. Thus, improved methods for reducing this and other human pathogenic Vibrio are needed to effectively produce safer oysters for the consumer. To develop more effective and novel V. parahaemolyticus intervention strategies, first we must identify the factors that are involved in V. parahaemolyticus colonization of the oyster, allowing them toresist depuration. This study sought to investigate specific factors utilized by V. parahaemolyticus and, in the process, determined that various strains of V. parahaemolyticus have different alleles of the Type IV pili, mannose-sensitive hemagglutinin (MSHA)and chitin-regulated pilus (PilA). In addition, we expanded our investigations into the allelic diversity of MSHA and PilA from Vibrio cholerae and Vibrio vulnificus and found that V. cholerae strains that possess the Type IV toxin co-regulated pilus (TCP) maintained highly conserved MSHA and PilA sequences while strains of V. cholerae without TCP, and all of the V. vulnificus and V. parahaemolyticus strains examined, had highly divergent sequences with no discernable connection to isolation source or observed phenotype. Following that discovery, we determined that Type I, and Type IV pili, as well as polar and lateral flagellar systems contribute to V. parahaemolyticus persistence in the Pacific oyster during depuration, while Type III secretion systems and phase variation do not. Overall, we have identified factors involved in colonization of the Pacific oyster by V. parahaemolyticus. Future studies investigating conditions that affect pili and flagella production in V. parahaemolyticus may provide novel depuration conditions that could easily and effectively increase the efficiency of oyster depuration, ultimately reducing the risk of seafood-borne illness by V. parahaemolyticus associated with oysters. / Graduation date: 2013