Le virus West Nile (VWN) est un virus neurotrope principalement transmis par piqûre de moustique et dont le réservoir est constitué par la faune aviaire sauvage. Les souches circulant en Europe appartiennent à 4 lignages génétiques différents à l’origine de nombreuses épidémies d’ampleur modérée à faible et limitées géographiquement, contrairement à ce qui a été observé en Amérique du Nord. En 1998 en Israël, une importante épidémie a a été associée pour la première fois à une forte mortalité de la faune aviaire sauvage. Le virus (souche IS-98-ST1, lignage 1a) a été isolé du cerveau d’une cigogne moribonde. L’objet de cette thèse a été de construire un clone infectieux de la souche IS-98-ST1 afin d’en explorer les propriétés de neuroinvasion et de pouvoir mettre en évidence les déterminants moléculaires de sa virulence.Le virus obtenu à partir de la construction clone infectieux s’est révélé posséder les mêmes propriétés biologiques que le virus parental, que ce soit in vitro sur cellules Vero ou in vivo sur souris sensibles ou résistantes ou encore sur l’embryon de poulet. L’embryon de poulet est présenté ici comme un nouveau modèle d’évaluation de la virulence du VWN. Un modèle cellulaire neuronale (lignée de neuroblastomes humains, SK-N-SH) est aussi évalué dans ce manuscrit. En conclusion, un nouvel outil de génétique inverse a été obtenu pour le VWN. Cet outil permettra de travailler sur l’impact de mutations ponctuelles, ou de modifications plus importantes touchant un ou plusieurs gènes viraux sur la virulence du VWN, spécifiquement dans le contexte européen. / West Nile virus (WNV) is a neurotropic virus mainly transmitted through mosquito bites. Wild birds represent the main reservoir hosts. Strains circulating in Europe belong to four lineages and have caused numerous but limited epidemics over the last few years. In 1998, an important outbreak associated to huge bird fatalities caused by a highly neuroinvasive strain (IS-98-ST1) took place in Israel. We aimed at producing a new infectious clone, based on the lineage 1a IS-98-ST1 WNV strain, for the characterization of its neuroinvasion properties as well as the molecular determinants of European WNV virulence. The growth kinetics of recombinant and parental WNV were similar in Vero cells. Moreover, the phenotypes of recombinant and parental WNV were indistinguishable in terms of viremia, viral load in the brain and mortality in susceptible and resistant mice. Finally, the pathobiology of the infectious clone was examined in embryonated chicken eggs, proposed as a new model for the evaluation of WNV virulence. The potential of human neuroblastoma cells (SK-N-SH) to discriminate between highly and mildly virulent WNV strains was assayed. In conclusion: a new molecular tool that is useful for the study of molecular determinants of WNV virulence has been generated. We take advantage of the high genetic stability of our one-piece infectious WNV cDNA clone to produce mutant viruses through the insertion of point mutations or the exchange of genetic fragments between WNV strains into the backbone of the IS-98-ST1 infectious clone.

Vibrio splendidus est une bacterie Gram négative du genre Vibrio. Les Vibrios sont des bactéries motiles, en forme de virgule, vivant essentiellement dans les ecosystèmes marins. Depuis une quinzaine d'années, Vibrio splendidus a été associé a des épisodes estivaux de mortalité de naissains d'huitres en France, jusqu'à compromettre l'économie ostréicole. Cependant on sait encore peu de choses sur l’évolution de cette espèce, sa capacité d'adaptation, et ses mécanismes de virulence. De nombreux travaux au cours de ces dernières années ont souligné l'importance des petits ARN non codants (sRNA) dans la régulation des gènes bactériens, en particulier en réponse à l'environnement ainsi qu'au cours de la pathogenèse. Nous avons réalisé une étude de transcriptomique par séquençage à haut débit afin d'établir un répertoire des sRNA chez V. splendidus. Cette analyse transcriptomique nous a permis d'identifier des centaines de sRNAs putatifs, dont la majorité sont spécifiques de cette espèce, une minorité résultant de transferts horizontaux avec d'autres bactéries marines, comme les Shewanellaceae. Les données transcriptomiques ont montré la présence chez V. splendidus de 4 copies du petit ARN CsrB, contrairement aux autres Vibrios qui en ont trois ou deux. Nous avons pu montrer que ces CsrBs jouent un role important dans la physiologie cellulaire en contrôlant la production et/ou la sécrétion de deux proteases jouant un role dans la virulence. De plus, nous avons montré que le réseau de régulation impliquant ces CsrBs est significativement différent des autres Vibrios, indiquant que la présence d'une copie supplémentaire a sans doute entraine un remodelage de ce réseau de régulation. / Vibrio splendidus is a Gram negative bacterium of the genus Vibrio. The Vibrios are motile, comma-shaped bacteria, living mainly in marine ecosystems. Over the past fifteenyears, Vibrio splendidus has been associated with oyster summer mortality episodes inFrance, generating heavy economic losses. However, still little is known about the evolutionof this species, its adaptive capacity, and the mechanisms of virulence. Many works in recentyears have stressed the importance of small noncoding RNAs (sRNAs) in bacterial generegulation, particularly in response to the environment as well as during pathogenesis. Wedid a transcriptomic study by high-throughput sequencing in order to explore the sRNArepertoire in V. splendidus. This transcriptomic analysis allowed us to identify hundreds ofputative sRNAs, the majority of which being specific of this species, a minority resulting fromhorizontal transfers with other marine bacteria, such as the Shewanellaceae. Transcriptomicdata showed the presence of 4 copies of the small RNA CsrB in V. splendidus, unlike otherVibrios which have two or three. We have shown that these CsrBs play an important role incell physiology by controlling the production and/or secretion of two proteases playing a rolein virulence. In addition, we have shown that the regulatory network involving these CsrBs issignificantly different from other Vibrios, indicating that the presence of an extra copy hasindeed resulted in a reshaping of the regulatory network.

L’acide γ-aminobutyrique (GABA) est synthétisé par la plante en réponse à des stress abiotiques et biotiques dont l’infection par le pathogène bactérien A. tumefaciens. Des travaux antérieurs ont montré que le GABA induit, chez A. tumefaciens C58, l’expression d’une lactonase BlcC (=AttM) qui inactive ses propres signaux quorum-sensing (QS), donc module le transfert horizontal du plasmide Ti. La protéine périplasmique de liaison (Periplasmic Binding Protein, PBP) Atu2422 et le transporteur ABC Bra sont respectivement impliqués dans la perception et le transport du GABA. L’importation du GABA est nécessaire à l’induction de l’expression de BlcC, donc à la dégradation des signaux QS. Les caractéristiques structurales des récepteurs/senseurs du GABA ne sont connus ni chez les bactéries, ni chez les eucaryotes.Ce travail de doctorat a permis de définir la structure et la fonction de deux senseurs du GABA, les PBPs Atu2422 et Atu4243 d’A. tumefaciens C58.La structure cristalline d’Atu2422 a été résolue en présence de GABA ou d’acides aminés antagonistes de la liaison au GABA comme la proline et l’alanine. L'analyse structurale du site de fixation du ligand d’Atu2422 a permis d’identifier deux résidus clés, Phe77 et Tyr275, respectivement impliqués dans la sélectivité du ligand et la liaison du GABA. L’analyse phénotypique de mutants ponctuels a révélé le rôle crucial de ces deux résidus aminés dans l’interaction entre A. tumefaciens C58 et deux plantes hôtes, tomate et tabac. De plus, ces travaux ont défini les caractéristiques moléculaires d’une sous-famille de PBPs présentes chez différentes protéobacteries interagissant avec des hôtes eucaryotes et capables de fixer le GABA et des acides aminés compétiteurs comme la proline ou l’alanine.Ce travail a également révélé une deuxième PBP (appelée GABA2) impliquée dans la perception et l’importation du GABA chez A. tumefaciens. Cette PBP a été identifiée grâce au séquençage du génome et l’analyse du transcriptome de mutants spontanés, issus d’un mutant-KO atu2422 d’A. tumefaciens C58, mais devenus capables de transporter le GABA. La construction d’un mutant défectif pour la PBP GABA2 a permis d’évaluer son rôle dans la signalisation GABA et l’interaction A. tumefaciens-plante hôte. La structure cristalline de cette PBP en présence de GABA a permis d’identifier les résidus clés impliqués dans la fixation du GABA dont le rôle a été validé par l’analyse de mutations ponctuelles. Enfin, une analyse phylogénétique des orthologues de GABA2 a révélé leur présence au sein de nombreuses protéobactéries pathogènes et symbiotiques interagissant avec les plantes. L’ensemble de ces travaux aboutit à la proposition de deux modèles de référence quant aux mécanismes moléculaires associés à la perception du GABA, médiateur de communications inter-cellulaires et inter-organismes. Ce travail illustre l’association des approches de biologie structurale et de génétique pour la compréhension des interactions plantes-microorganismes. / Γ-aminobutyric acid (GABA) is synthesized by plants in response to abiotic and biotic stresses, including infection with A. tumefaciens. Previous works have revealed that GABA induces the expression of the A. tumefaciens BlcC (=AttM) lactonase, which cleaves quorum-sensing (QS) signals, thus modulates QS-regulated functions such as horizontal transfer of the plasmid Ti. Periplasmic binding protein (PBP) Atu2422 and ABC transporter Bra of A. tumefaciens are involved in GABA transport from plant to A. tumefaciens. The structural characteristics of the receptors/sensors of GABA are still unknown in bacteria or eukaryotes.I have studied two GABA-binding PBPs of A. tumefaciens C58, Atu2422 and Atu4243 by a combination of structural, genetic and functional approaches.The crystal structure of Atu2422 was solved in the presence of GABA and competitive amino acids, such as proline and alanine. Structural analysis of the ligand binding site revealed two key residues, Phe77 and Tyr275, which are involved in the ligand selectivity and GABA binding, respectively. Analysis of two constructed point-mutants confirmed the critical role of these two residues in the interaction between A. tumefaciens C58 and two host plants, tomato and tobacco plants. Using characteristics of the GABA-binding site, a subfamily of GABA-PBPs was identified in Proteobacteria of which most of them interact with eukaryotic hosts.This work also revealed a second PBP (GABA2) involved in the GABA uptake in A. tumefaciens. This PBP was identified by whole-genome sequencing and transcriptomic analysis of two spontaneous mutants, which derived from the atu2422 mutant. A mutant GABA2 was constructed to validate GABA2 involvement in the transport of GABA, degradation of QS signal, conjugal transfer of the plasmid Ti, and aggressiveness of A. tumefaciens. X-ray structure of GABA-liganded PBP GABA2 revealed key-residues required for GABA-binding. Their role in the GABA uptake has been confirmed by analysis of point mutations. A phylogenetic approach showed that all GABA2-related proteins exhibiting these key-residues were clustered in the same PBPs subfamily.This study has contributed to a better understanding of the A. tumefaciens-plant host interaction, and has permitted to determine two GABA binding modes for PBPs.

Wong, Sze Ki. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2011. / Includes bibliographical references (leaves 87-106). / Abstracts in English and Chinese. / Acknowledgements --- p.i / Abstract --- p.ii / Abstract in Chinese --- p.iv / Table of contents --- p.V / List of figures --- p.ix / List of abbreviations --- p.X / Chapter Chapter 1. --- General introduction --- p.1 / Chapter Chapter 2. --- Literature review --- p.6 / Chapter 2.1. --- Pathogenic mechanisms of Vibrio species in fish --- p.7 / Chapter 2.1.1. --- Introduction --- p.7 / Chapter 2.1.2. --- Adhesion --- p.7 / Chapter 2.1.3. --- Invasion --- p.8 / Chapter 2.1.4. --- Proliferation --- p.9 / Chapter 2.2. --- Vibrio virulence factors --- p.12 / Chapter 2.2.1. --- Introduction --- p.12 / Chapter 2.2.2. --- Hemolysin --- p.12 / Chapter 2.2.3. --- Protease --- p.14 / Chapter 2.2.4. --- Siderophore --- p.15 / Chapter 2.2.5. --- Lipopolysaccharide --- p.15 / Chapter 2.3. --- General apoptotic pathways --- p.17 / Chapter 2.3.1. --- Introduction --- p.17 / Chapter 2.3.2. --- Extrinsic apoptotic pathway --- p.17 / Chapter 2.3.2.1. --- Death receptor signaling apoptosis --- p.17 / Chapter 2.3.2.1.1. --- Fas signaling pathway --- p.18 / Chapter 2.3.2.1.2. --- TNF-R1 signaling pathway --- p.19 / Chapter 2.3.2.1.3. --- TRAIL receptors signaling pathway --- p.20 / Chapter 2.3.2.2. --- Growth factor receptor signaling apoptosis --- p.21 / Chapter 2.3.3. --- Intrinsic apoptotic pathway --- p.21 / Chapter 2.3.3.1. --- Mitochondrial apoptotic pathway --- p.21 / Chapter 2.3.3.1.1. --- Cyto c --- p.22 / Chapter 2.3.3.1.2. --- Smac/DIABLO --- p.22 / Chapter 2.3.3.1.3. --- Omi/HtrA2 --- p.22 / Chapter 2.3.3.1.4. --- AIF and endo G --- p.23 / Chapter 2.3.3.1.5. --- Bcl-2 family --- p.23 / Chapter 2.3.3.1.6. --- Mitochondrial membrane permeabilization (MMP) --- p.23 / Chapter 2.3.3.2. --- p53-regulated apoptotic pathway --- p.24 / Chapter 2.3.3.3. --- Endoplasmic reticulum (ER) stress-induced apoptotic pathway --- p.25 / Chapter 2.4. --- Membrane vesiculation in erythrocytes --- p.26 / Chapter 2.4.1. --- Introduction --- p.26 / Chapter 2.4.2. --- Induction of vesiculation --- p.26 / Chapter 2.4.3. --- Contents of vesicles --- p.28 / Chapter 2.4.4. --- Mechanisms involved during vesiculation --- p.29 / Chapter 2.4.5. --- Correlation between apoptosis and membrane vesiculation in erythrocytes --- p.31 / Chapter 2.4.6. --- Reasons for vesiculation --- p.31 / Chapter Chapter 3. --- "Induction of apoptosis by Vibrio alginolyticus thermolabile hemolysin (TLH) in blood cells of silver sea bream, Sparus sarba" --- p.33 / Chapter 3.1. --- Abstract --- p.34 / Chapter 3.2. --- Introduction --- p.34 / Chapter 3.3. --- Materials and methods --- p.36 / Chapter 3.3.1. --- Experimental fish --- p.36 / Chapter 3.3.2. --- Whole blood preparation --- p.37 / Chapter 3.3.3. --- Preparation of V. alginolyticus TLH --- p.37 / Chapter 3.3.4. --- "Caspase-3, -8, -9/6 fluorescent assay" --- p.38 / Chapter 3.3.5. --- TUNEL assay --- p.39 / Chapter 3.3.6. --- Apoptotic DNA ladder assay --- p.40 / Chapter 3.3.7. --- Statistical analysis --- p.41 / Chapter 3.4. --- Results --- p.42 / Chapter 3.4.1. --- "Increase of caspase-3, -8, -9/6 activities" --- p.42 / Chapter 3.4.2. --- Detection of DNA fragmentation by TUNEL assay --- p.44 / Chapter 3.4.3. --- Detection of DNA fragmentation by apoptotic DNA ladder assay --- p.44 / Chapter 3.5. --- Discussion --- p.46 / Chapter Chapter 4. --- "Occurrence of membrane vesiculation, apoptosis and post-apoptotic necrosis after exposure to Vibrio alginolyticus thermolabile hemolysin (TLH) in erythrocytes of silver sea bream, Sparus sarba" --- p.51 / Chapter 4.1. --- Abstract --- p.52 / Chapter 4.2. --- Introduction --- p.52 / Chapter 4.3. --- Materials and methods --- p.54 / Chapter 4.3.1. --- Experimental fish --- p.54 / Chapter 4.3.2. --- Whole blood preparation --- p.54 / Chapter 4.3.3. --- Preparation of V. alginolyticus TLH --- p.55 / Chapter 4.3.4. --- Light microscopy --- p.55 / Chapter 4.3.5. --- Transmission electron microscopy (TEM) --- p.56 / Chapter 4.3.6. --- Measurement of membrane vesiculation - acetylcholinesterase (AChE) assay --- p.56 / Chapter 4.3.7. --- Measurement of necrosis - hemoglobin colorimetric assay --- p.57 / Chapter 4.3.8. --- Apoptotic DNA ladder assay --- p.58 / Chapter 4.3.9. --- Flow cytometry --- p.59 / Chapter 4.3.10. --- Statistical analysis --- p.59 / Chapter 4.4. --- Results --- p.60 / Chapter 4.4.1. --- Ultrastructural changes in red blood cells after exposure to TLH --- p.60 / Chapter 4.4.2. --- Changes of cell population in size and granularity after exposure of TLH --- p.67 / Chapter 4.4.3. --- Effect of TLH dosage on necrosis and DNA fragmentation --- p.72 / Chapter 4.4.4. --- "Occurrence of membrane vesiculation, necrosis and DNA fragmentation in cells exposed to TLH" --- p.72 / Chapter 4.5. --- Discussion --- p.76 / Chapter Chapter 5. --- General conclusions --- p.82 / References --- p.87

Staphylococcus aureus est l’un des principaux agents étiologiques des infections suppuratives superficielles et profondes ainsi que des syndromes liés à l’action de toxines. Paradoxalement, cette bactérie est un agent commensal qui est présent sur la peau ainsi que dans les cavités nasales notamment. Cela permet de considérer cette bactérie comme un organisme colonisant commensale. Les bases génétiques expliquant la différence entre une bactérie pathogène et une bactérie commensale reste inconnues. En utilisant la technique Optical Maps sur des souches de S. aureus isolées de plaies de pieds diabétiques avec différents niveau de virulence, nous avons pu montrer l’existence d’un prophage insérés dans le génome des souches colonisantes et absent des souches infectantes. Le phage, nommé ROSA, est localisé dans un hotspot d’insertion de phage NM2. Il est aussi localisé en amont du locus isd qui est requis pour l’assimilation du fer essentiel à la bactérie dans sa phase pathogène. Le phage ROSA inactive la voie isd en dérégulant l’activité du régulateur transcriptionnel majeur Fur en absence de fer. Il réduit aussi la virulence de ces souches sur les 2 modèles de virulence (Le ver C. elegans et le Zebrafish). L’expulsion du phage ROSA restaure la régulation du locus isd par Fur et la production de sidérophores en absence de Fer, la formation du biofilm et la virulence des souches. La mutation du gène Fur nous a permis de déduire que le phage ROSA affectait les bactéries de manière indépendante de Fur. Enfin, nous avons étudié la prévalence des souches colonisantes sur les plaies de pieds diabétiques. Nous avons observé que 20% des souches présentait l’insertion ROSA et 89% appartenait au complexe clonal CC8. Les souches colonisantes, avec leur niveau bas de virulence, devraient faire l’objet de détection dans le but de rationnaliser l’utilisation des antibiotiques et ainsi lutter contre l’apparition de bactéries multirésistantes aux antibiotiques. / Staphylococcus aureus is an opportunistic bacterium capable of causing a wide range of severe diseases when it gains access to underlying tissues. Paradoxically, this causative pathogen is a common inhabitant of the skin microflora and colonizes the nares and other human mucosa, and as such, may be considered as a commensal colonizing organism. The genetic basis for the differences in pathogenic/colonizing potential is unknown. By performing optical maps comparisons of a collection of S. aureus strains of defined virulence potential isolated from diabetic foot ulcers at different stages, we brought to light a prophage present in colonizing-causing bacteria. The phage, namely ROSA, was localized in a hotspot region NM2 near the locus isd, the main iron surface determinant that transport iron across the bacterial wall. It induces a deregulation of the activity of the transcriptional regulator Fur involving the biofilm formation of the bacteria in response to low iron environment. It reduced also significantly the virulence of the strain in two in vivo models (the nematode C. elegans and the zebrafish). The expulsion of the phage restored the regulation of the locus isd, the siderophore production, the biofilm formation and the virulence of the strain. The mutation of the fur gene within the colonizing strain enabled us to determine that the phage ROSA affect the the bacteria in a Fur-independent manner. Finally we determined the prevalence of these colonizing strains in skin and soft tissue infections (diabetic foot ulcers). We observed that 20% (39/195) of the strains harboured this insertion and 89% belonged to the clonal complex CC8. This colonizing strain by its low virulence potential must be detected in the aim to contribute to a sounder use of antibiotic treatment, an important point in front of the increase of multidrug resistant bacteria.

Le diabète sucré est un problème majeur de santé publique. L’une de ses principales complications est l’ulcère du pied (UPD) à l’origine d’infections et de nombreuses amputations. Ces plaies sont majoritairement polymicrobiennes. La principale bactérie isolée est Staphylococcus aureus (SA) qui pose d’importants problèmes en thérapie courante. Bactérie commensale notamment des fosses nasales, elle est un vrai pathogène au niveau des UPD. La compréhension du passage du commensalisme à la pathogénicité reste peu connue. Or récemment une souche colonisante de SA présentant un faible potentiel de virulence, et isolée sur un UPD a été identifiée. Cette souche présente un phage (ROSA-like) inséré dans son génome dont la stabilité a été démontrée. Ce phage est responsable de la faible virulence de cet isolat. Ce travail de doctorat a permis : i) de mettre en évidence l’implication du phage ROSA-like dans la dérégulation des mécanismes d’acquisition du fer, mécanismes essentiels pour la survie du SA ainsi que dans le métabolisme global de cette souche. Ces résultats ont confirmé le rôle clé du phage dans la baisse de la virulence du SA colonisant ; ii) à partir d’un modèle in vitro d’infections chroniques mimant les conditions rencontrées dans les UPD, d’étudier le comportement de souches cliniques de SA (colonisantes/infectantes) en fonction des différentes conditions environnementales : hyperglycémie, anaérobie, antibiotiques (linézolide et vancomycine). Les résultats ont montré qu’une exposition prolongée (plus de 24 semaines) à ces conditions de stress notamment aux antibiotiques, réduisait la virulence des souches de SA ; iii) d’évaluer la virulence des SA en présence d’autres bactéries qui l’entourent, élément essentiel du polymicrobisme de l’UPD. Ce travail s’est particulièrement intéressé aux interactions existant entre SA et Helcococcus kunzii, bactérie fréquemment isolée en association avec le SA dans les UPD. Il a montré pour la première fois une baisse de la pathogénicité des souches de SA par une bactérie commensale non virulente. / Diabetes mellitus is a global problem. One of the main complications is diabetic foot ulcer (DFU) which can evolve towards infection and induces lower limb amputations. Those wounds are mostly polymicrobial and Staphylococcus aureus (SA), the most prevalent pathogen isolated in this situation causes numerous therapeutic problems. This bacterium, known to be a commensal organism present notably in nasal cavity, is a real pathogen in DFU. However the comprehension between the commensalism and the pathogenicity of SA remains still unknown. Recently, a colonizing SA strain with very low virulence potential was discovered in DFU. This strain possesses a phage named Rosa-like responsible of its low virulence.This work helped us: i) to highlight the involvement of the Rosa-like phage in the disregulation of iron uptake mechanisms, the main source for SA survival and its global metabolism. The obtained results confirm the key role of the phage in the decrease of the colonizing SA strain virulence; ii) to study the behaviour of clinical SA strains (colonizing/infecting) using an in vitro chronic infection model miming different environmental conditions encountered in DFU: hyperglycemia, anaerobic condition, antibiotics (linezolid and vancomycin). Results showed that prolonged exposure (up to 24 weeks) to those stress conditions notably antibiotics reduced SA strains virulence; iii) to evaluate SA virulence in presence of other bacteria present in DFU. Particularly, in this work a focus was performed in the interaction between SA and Helcococcus kunzii, gram positive bacteria frequently isolated with SA in DFU. It was shown for the first time a decrease of SA pathogenicity by a commensal non virulent bacterium.

Legionella pneumophila (Lp) est une bactérie ubiquitaire dans les environnements aqueux et responsable d’une pneumopathie potentiellement sévère : la légionellose. La majorité des souches impliquées appartiennent au sérogroupe 1 (Lp1) et à un sous- groupe spécifique de souches portant un épitope particulier dites mAb3/1+. Cependant, la différence de distribution entre les souches retrouvées dans l’environnement et celles impliquées en clinique n’est pas clairement élucidée. Notre travail a porté sur la détection de deux facteurs de virulence de Lp. Nous avons voulu mettre en évidence l’existence de Phenols Soluble Modulines (PSMs), peptides uniquement décrit chez Staphylocoques et avons ainsi pu démontrer l’activité de peptides prédits par analyse in silico chez Lp capables d’activer la réponse inflammatoire par la voie du NF-?B et sont dotés d’une action cytotoxique. Notre deuxième axe d’étude a porté sur le lipopolysaccharide (LPS) de Lp. Afin de vérifier si la prédominance de certaines souches était liée à un biais diagnostique, nous avons voulu tout d’abord vérifier la sensibilité de 3 tests urinaires diagnostiques envers le LPS extrait de souches de différents sous- groupes de Lp1 et sérogroupes de Lp et avons ainsi pu montrer que ces tests sont capables de détecter tous les LPS de Lp1. La sensibilité envers le LPS des autres sérogroupes est très variable mais reste insuffisante pour permettre leur détection. Nous avons ensuite utilisé ces LPS extraits pour vérifier la réponse immunitaire innée en fonction des souches de Lp1. Ainsi les souches mAb3/1+ activent moins le système immunitaire que les souches mAb3/1-, ce qui pourrait expliquer alors une moins bonne clairance de ces souches permettant leur multiplication à l’origine d’une infection. Au final, notre travail a permis d’étudier deux facteurs de virulence potentiels au sein de Lp, pouvant expliquer partiellement la prédominance de certaines souches en pathologie humaine / Legionella pneumophila (Lp) is a ubiquitous intracellular bacterium found widely in the environment and is the cause of an opportunistic infection named legionellosis. The majority of the strains involved belong to serogroup 1 (Lp1) and to a specific subgroup named mAb3/1+, linked to a specific epitope expressed at the cell membrane. However the distribution difference between the strains found in the environment and the ones involved in pathology is not fully understood. We here studied two virulence factors of Lp. We first demonstrated the existence of Phenols Soluble Modulines (PSMs), smalls peptides that only have been described for Staphylococcus and found that the peptides that were predicted for Lp by in silico analysis were able to activate the innate immune response by NF-?B pathway and were able to have a cytotoxic activity. We also studied the lipopolysaccharide (LPS) of Lp. To found out if the predominance of some strains was linked to a diagnosis biais, we first evaluated the sensitivity of 3 urinary antigens tests against extracted LPS of strains belonging to all the sous-groups of Lp1 and serogroups of Lp. We then demonstrated that those tests are able to detect all LPS of Lp1, independently of mAb3/1 character. The sensitivities of the 3 tests were very variable for the other serogroups of Lp, but were too low to be able to detect those LPS in practice. We then used these extracted LPS to evaluate the innate immune response for different strains of Lp1. We demonstrated that mAb3/1- strains needed lower dose of LPS to activate the innate immune response than mAb3/1+ strains, which could be linked to a better clearance of the bacteria from the host, which doesn’t develop an infection. This work has studied two potentially virulent factors of Lp, which could partially explain the predominance of some strains of Lp in human pathology

Listeria monocytogenes est une bactérie à Gram+, ubiquiste, pathogène intracellulaire d’origine alimentaire, responsable chez l’homme, de nombreuses infections telles que les infections foeto-maternelles, des méningo-encéphalites et des septicémies. La bactérie utilise préférentiellement le glucose qui est transporté via le système phosphoenolpyruvate:sucre phsosphotransferase (PTS) et des perméases non-PTS. Les deux principaux transporteurs de glucose chez L. monocytogenes seraient des PTS de la classe mannose. Le premier est codé par l’opéron manLMN (man) et le deuxième, par l’opéron mpoABCD (mpo). Nous avons, dans un premier temps, mis en évidence le transport de glucose par ces PTS chez L. monocytogenes et aussi identifier d’autres transporteurs non-PTS de glucose. Des tests de croissance en milieu minimum (MM) additionné de glucose et des tests de consommation de glucose ont permis de montrer que les mutants ΔmanL (manL code pour l’EIIABMan) et ΔmanM (manM code pour l’EIICMan) utilisent moins vite le glucose que la souche sauvage AML73 ou EGDe (3 à 4 fois moins vite). Le mutant ΔmpoA (mpoA code pour l’EIIAMpo) montre un phénotype similaire à la souche sauvage tandis que le mutant ΔmpoB (mpoB code pour l’EIIBMpo) utilise 4 à 5 fois moins vite le glucose que la souche sauvage. Des tests de qRT-PCR ont par ailleurs permis de montrer que la délétion du gène mpoA permet une expression constitutive de l’opéron man tandis que la délétion du gène mpoB entraîne une inhibition de l’expression de cet opéron. Nous avons aussi montré que l’opéron man est induit par le glucose et l’opéron mpo est exprimé constitutivement. Le PTSMan est le principal système de transport de glucose chez L. monocytogenes et le PTSMpo pourrait fonctionner comme un senseur de glucose qui en présence de ce sucre stimule l’expression de l’opéron man en régulant l’activité de ManR. Le mutant ΔptsI (ptsI code pour la protéine générale EI du PTS) utilise 8 à 10 fois moins vite le glucose que la souche sauvage et présente une très faible expression de l’opéron man. L’utilisation du glucose (bien que faible) par le mutant ΔptsI permet d’affirmer qu’il existerait des transporteurs non-PTS qui permettraient à ce mutant d’utiliser le glucose. Des tests de complémentation hétérologue dans la souche E. coli LJ140 (incapable de transporter le glucose) ont permis de montrer que les trois protéines GlcU (GlcU1, GlcU2 et GlcU3, identifiées par homologie de séquences aux GlcU d’autres firmicutes) permettent le transport de glucose chez L. monocytogenes mais avec une très faible affinité. Un rôle potentiel du PTS et des transporteurs non-PTS dans la régulation de PrfA a également été mis en évidence par des tests de dosage β-D-glucuronidase à partir de cultures bactériennes réalisées en milieux liquides ou sur géloses et aussi par des tests de qRT-PCR (pour l’expression des gènes actA et hly). Ces tests ont été réalisés à partir de la souche L. monocytogenes AML73 (portant la fusion Phly-gus) et des mutants ΔmanL, ΔmanM, ΔmpoB, ΔmpoA, ΔptsI et glcU (construits dans cette souche). Les mutations manL, manM, mpoB, ptsI entraînent une augmentation de l’activité de PrfA (de 2 à 14 fois) et une augmentation de l’expression des gènes de virulence PrfA-dépendants (hly et actA) est également observée dans les mutants ΔmanL, ΔmanM et ΔmpoB. Les mutations glcU et mpoA ne montrent aucun effet sur l’activité de PrfA. Les mutants montrant une forte activité de PrfA contiennent peu ou pas de protéine EIIABMan qui est supposée jouer un rôle dans la régulation de l’activité de PrfA par le glucose. L’effet des mutations PTS observé sur l’expression des gènes de virulence dépend de PrfA car cet effet disparaît quand le gène prfA est délété dans les mutants ΔmanL, ΔmanM et ΔmpoB. Les mutations montrant un effet sur l’activité de PrfA ont également été étudiées in vitro par des infections des cellules épithéliales (Caco-2 et Jeg-3) avec les différents mutants et également in vivo dans la souris. La délétion du gène ptsI montre un effet dans l’infection plus particulièrement dans l’entrée des bactéries dans les cellules / L. monocytogenes is a ubiquitous foodborne pathogenic Gram-positive bacterium, which can multiply in host cells and infect humans causing septicemia, spontaneous abortion and méningoencephalitis. This bacterium transports glucose via phosphoenolpyruvate:sugar phosphotransferase systems (PTS) and non-PTS permeases. Two major glucose-transporting PTSs belong to the mannose class. One is encoded by the manLMN (man) operon and the second by the mpoABCD (mpo) operon. One goal was to study the transport of glucose by the proteins encoded by these operons and to identify non-PTS glucose transporters. Growth studies in MM supplemented with glucose and glucose consumption assays with several mutants revealed that deletion of manL (encodes EIIABMan) or manM (encodes EIICMan) significantly slowed glucose utilization (3- to 4-fold) compared to the WT AML73 or EGDe strain. Deletion of mpoA (encodes EIIAMpo) had no significant effect on glucose utilization (same phenotype as the WT) whereas deletion of mpoB (encodes EIIBMpo) significantly slowed glucose utilization (4- to -5 fold). By using qRT-PCR, we show that expression of the man operon is induced by glucose, whereas the mpo operon is expressed constitutively. Nevertheless, deletion of mpoA causes constitutive man operon expression whereas deletion of mpoB inhibits it. The PTSMpo therefore functions as a constantly synthesized glucose sensor regulating man operon expression. Deletion of ptsI (encodes the general PTS component EI) also inhibits man expression and the ΔptsI mutant was most strongly impeded in glucose utilization. The residual glucose uptake probably owes to three GlcU-like non-PTS transporters. The successful heterelogous complementation of the E. coli LJ140 strain, wich is unable to transport glucose, suggests that the L. monocytogenes GlcU proteins, GlcU1, GlcU2 and GlcU3 (identified by sequences homology to GlcU proteins in other firmicutes) are indeed capable of transporting glucose.A potential role of PTS and non-PTS components in PrfA regulation was studied in the L. monocytogenes AML73 strain (contains a Phly-gus fusion) and in the ΔmanL, ΔmanM, ΔmpoB, ΔmpoA, ΔptsI, glcU mutants derived from it. For that purpose, I carried out β-D-glucuronidase activity tests with bacteria grown either in liquid or on solid medium and qRT-PCR experiments (expression of actA and hly genes). Interestingly, deletion of ptsI, manL, manM and mpoB caused elevated PrfA activity (2- to -14 fold) and elevated expression of virulence gene expression (actA and hly) in the ΔmanL, ΔmanM and ΔmpoB mutants was observed. Nevertheless, glcU inactivation and mpoA deletion had no effect on PrfA activity. The elevated PrfA activity disappeared when the prfA gene was also deleted in the ΔmanL, ΔmanM and ΔmpoB mutants, confirming that the stimulatory effect of the various mutations on virulence gene expression is PrfA-dependent. All mutants exhibiting elevated virulence gene expression contain no or only little unphosphorylated EIIABMan, which we therefore suspect to play a major role in glucose-mediated PrfA inhibition. The effect of the PTS mutations was also tested in in vitro host cells infection assays (Caco-2, Jeg-3 cells) and in an in vivo mouse model. Deletion of ptsI led to elevated infection of the host cells, which probably owes to the elevated synthesis of the InlA protein.

Listeria monocytogenes est un pathogène d'origine alimentaire à multiples facettes caractérisé par sa capacité d'adaptation dans des conditions défavorables et par sa prolifération dans une vaste gamme d'environnements, du sol aux cellules hôtes des mammifères. L'hétérogénéité génétique de L. monocytogenes se reflète dans sa structure clonale diversifiée, ce qui corrèle, dans une certaine mesure, avec des traits phénotypiques tels que la virulence ou la résistance au stress. La thèse portait sur deux phénotypes les plus éminents, la formation d'un biofilm et le potentiel de virulence, sous différents angles et à l'aide des technologies les plus récentes. Tout au long des études, des grands panels d'isolats ont été utilisés pour représenter la diversité intraspécifique. Stimulants défavorables tels que le choc froid et la privation d'éléments nutritifs induits par l'étape d'adhésion bactérienne. L'ajout de NaCl aux cultures de croissance a stimulé la production de biofilm et, de manière surprenante, il a considérablement intensifié la maturation du biofilm de cellules privées de nutriments. Un degré élevé de variation de la productivité relative du biofilm a été observé parmi les sérotypes, les génotypes, de même que les isolats selon les conditions de culture. Cependant, un certain génotype (complexe clonal 26) a révélé de manière caractéristique une production de biofilm plus élevée à froid (10°C), suggérant une association du génotype avec le phénotype du biofilm. Pan-GWAS a identifié un certain nombre de gènes parmi lesquels ceux impliqués dans des fonctions telles que la ‘transformation/compétence’, les ‘gènes liés aux phages’ et le ‘métabolisme du phosphate’ devront faire l'objet d'études plus approfondies sur leur rôle dans la formation du biofilm. L'analyse du séquençage de l'ARN a révélé une grande hétérogénéité intraspécifique dans les profils de transcriptome basal qui mettaient en évidence le rôle du réseau de régulation, y compris certains facteurs transcriptionnels avec des rôles clés dans la virulence tels que σB, PrfA, et CodY. La plasticité transcriptomique entre les lignées I et II ainsi que les génotypes hyper et hypovirulents ont confirmé les caractéristiques évolutives et épidémiologiques de L. monocytogenes. De plus, la voie métabolique centrale a été impliquée dans l'infection dans le système modèle de Galleria mellonella. En conclusion, la thèse a exploré la diversité intraspécifique de L. monocytogenes et a donné lieu à de nombreux résultats phénotypiques, génomiques et transcriptomiques. Grâce à l'approche intégrative des omiques en listeriologie, le présent travail contribuera à dévoiler la physiologie et la pathogenèse de la bactérie. / Conditions and proliferation in a wide range of environments from soil to mammalian host cells. The genetic heterogeneity in L. monocytogenes is reflected on its diversified clonal structure which correlates, to some extent, with phenotypic traits such as virulence or stress resistance. The thesis investigated two most prominent phenotypes, biofilm formation and virulence potential, from various perspectives using state-of-the art technologies. Throughout the studies, large panels of isolates were used to represent the intraspecific diversity. Unfavourable stimuli such as cold shock and nutrient deprivation induced bacterial adhesion step. Addition of NaCl to growth cultures stimulated biofilm production and, surprisingly, it significantly intensified biofilm maturation of nutrient-deprived cells. High degree of variation in relative biofilm productivity was observed among serotypes, genotypes, as well as isolates across culture conditions, however, certain genotype (clonal complex 26) revealed distinctively higher biofilm production under cold temperature (10°C) suggesting an association of genotype with biofilm phenotype. Pan-GWAS identified a number of genes among which those implicated in functions such as ‘transformation/competence’, ‘phage-related genes’, and ‘metabolism of phosphate’ will need further investigations for their roles in biofilm formation. RNA sequencing analysis revealed high intraspecific heterogeneity in basal transcriptome profiles that featured the role of regulatory network including certain transcriptional factors with key roles in virulence such as σB, PrfA, and CodY. The transcriptomic plasticity between lineage I and II as well as hyper- and hypovirulent genotypes supported the evolutionary and epidemiological characteristics of L. monocytogenes. Moreover, the central metabolic pathway was implicated in the infection in Galleria mellonella model system. Conclusively, the thesis explored intraspecific diversity in L. monocytogenes and resulted in ample phenotypic, genomic, and transcriptomic findings. With the integrative omics approach in listeriology, the present work will contribute to unveiling the physiology and pathogenesis of the bacterium.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Physiologie, Biologie des organismes, populations, interactions : Lille 2 : 2008. / Résumé en français et en anglais. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. f. 143-175.