x, 133 leaves : ill., bibliog. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, Dept. of Microbiology, 1972

Thesis (Ph. D.)--University of Wisconsin--Madison, 1968. / Typescript. Vita. eContent provider-neutral record in process. Description based on print version record. Includes bibliographical references.

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L’émergence de bactéries multirésistantes aux antibiotiques est la conséquence de leur utilisation à mauvais escient au cours de ces dernières décennies. Ce phénomène constitue un problème de santé publique majeur, et face à cette urgence sanitaire, il est nécessaire de trouver rapidement de nouveaux agents antibactériens.Les colicines, au regard de leurs propriétés antimicrobiennes intrinsèques, constituent des candidats intéressants. Naturellement produites par E. coli dans le but de tuer des souches compétitrices de la même espèce ou d’espèces apparentées, elles exercent en général leur activité cytotoxique par le biais d’une activité ionophorique ou nucléasique. Parmi les nombreuses colicines connues à ce jour, la colicine M (ColM) est la seule à interférer avec la voie de biosynthèse du peptidoglycane, macromolécule essentielle et spécifique au monde bactérien. En effet, une fois dans le périplasme de E. coli, la ColM clive le lipide II, dernier précurseur de la voie de biosynthèse du peptidoglycane, conduisant de ce fait à la lyse bactérienne. Plusieurs homologues de la ColM ont été identifiés chez d’autres genres bactériens (Pseudomonas, Pectobacterium et Burkholderia) mais aucune cytotoxicité croisée n’a été mise en évidence à ce jour, d’où un spectre d’action restreint pour les membres de cette nouvelle famille d’enzymes antibactériennes.Ce travail traite de l’étude structurale et biochimique de la ColM et de certains de ses homologues. L’étude structurale de différents variants de la PaeM, homologue issu de P. aeruginosa, a permis d’identifier une molécule d’eau conservée au sein du site actif qui joue probablement un rôle central dans le mécanisme catalytique de cette famille d’enzyme. L’expression des homologues de la ColM issus de Pseudomonas et de Pectobacterium, directement dans le périplasme de E. coli, a permis de démontrer leur activité lytique, prouvant ainsi le grand potentiel de ces bactériocines en tant qu’alternatives aux antibiotiques. Enfin, la construction de plusieurs colicines chimères entre la ColM et ses homologues, capables de dégrader le lipide II in vitro et d’induire la lyse d’E. coli suite à leur expression périplasmique, ouvre la voie à de futurs espoirs thérapeutiques. / The misuse of antibiotics during the last decades led to the emergence of multidrug resistant pathogenic bacteria. This phenomenon constitutes a major public health issue. Given that urgency, the finding of new antibacterials in the short term is crucial.Colicins, due to their antimicrobials properties, constitute good candidates. They are protein toxins produced by E. coli to kill competitors belonging to the same or related species. In most cases, they exhibit their cytotoxic activity through an ionophoric or nucleasic activity. Among the twenty colicins known to date, colicin M (ColM) is the only one known to interfere with peptidoglycan biosynthesis. It develops its lethal activity in the E. coli periplasm, in three steps deeply linked to its structural organization in three domains. Once in the periplasm, ColM degrades the lipid II, i.e. the last precursor in the peptidoglycan biosynthesis pathway, in two products that cannot be reused, thereby leading to cell lysis. Several ColM homologues have been identified in other bacterial genera, such as Pseudomonas, Pectobacterium and Burkholderia, but no cross activity has been shown to date, explaining the narrow antibacterial spectrum displayed by the members of this new family of antibacterial enzymes.This work deals with the structural and biochemical study of ColM and some of its homologues. Structural studies on several variants of PaeM, the ColM homologue from P. aeruginosa, led to identify a conserved water molecule in the active site, probably playing a central role in the catalytic mechanism of this enzyme family. Moreover, expression of ColM homologues from Pseudomonas or Pectobacterium species directly in the E. coli periplasm showed that all these homologues were able to induce E. coli cell lysis, thus demonstrating the great potential of these bacteriocins as an alternative to antibiotics. Following these results, several chimera colicins were created between ColM and its homologues, which were shown to degrade lipid II in vitro and to induce E. coli cell lysis after their periplasmic expression, opening the way to future new therapeutic options.

Chez les bactéries à Gram-négatif, deux systèmes très bien conservés et essentiels à la survie de la cellule bactérienne ont été identifiés : les systèmes Tol et TonB. Ces deux systèmes utilisent la force proton motrice, issue de la membrane interne et transfert l’énergie associée pour le transport actif de molécules (TonB) ou nécessaire au maintien de l’intégrité membranaire (Tol). Ces 2 systèmes ont été détournés de leurs fonctions initiales et parasités par les colicines, leur conférant un rôle primordial dans le mécanisme d’import de la colicine. Une colicine est une bactériocine (toxine) produite par Escherichia coli pour tuer des souches apparentées. Ce sont des toxines spécifiques et hautement actives. Cependant E.coli a développé des mécanismes de protection afin de résister à l’action cytotoxique des colicines. Ces mécanismes de résistance consistent essentiellement à produire des protéines d’immunité, qui vont pour la plupart se fixer sur le domaine catalytique de la colicine et l’empêcher d’exercer son action létale. La bactérie Yersinia pestis, agent de la peste, possède une colicin-like bactériocine, la pesticine, dont l’activité est de dégrader le peptidoglycane. L’action de la pesticine est inhibée par une protéine d’immunité, Pim, localisée dans le périplasme. Le principal objectif de ce projet est de comprendre les mécanismes d’inhibition de la pesticine par sa protéine d’immunité, grâce à des données biochimiques et structurales, mais aussi d’apporter des solutions pour contourner ce problème de résistance. La structure de la pesticine révèle des homologies structurales avec le T4 lysozyme du bactériophage T4. Pour contourner le problème de la résistance bactérienne liée à la protéine d’immunité, une solution a été de fusionner le domaine de réception/translocation de la pesticine avec le T4 lysozyme. Nous avons ainsi pu créer et résoudre la structure tridimensionnelle d’une protéine chimère fonctionnelle, capable de se fixer sur FyuA (récepteur de la pesticine) et tuer une souche exprimant ce récepteur et dont l’activité létale n’est pas inhibée par Pim. / In Gram-negative bacteria, two essential systems for cell survival have been characterized: the Tol and TonB system. Both Ton and Tol systems are very well conserved in Gram-negative bacteria and coupled to the proton motive force across the inner membrane, acting as energy transducers for active transport (Ton) or maintenance of outer envelope integrity (Tol). Both systems have been embezzled from their primary function and hijacked by colicins as part of the colicin killing pathway. Colicin is a bacteriocin (toxin) produced by and toxic to some strains of Escherichia coli. Colicins are highly effective toxins. However E.coli could develop protective mechanisms to resist to colicin cytotoxic effect. These mechanisms essentially consist to produce an immunity protein. These proteins bind to colicin catalytic domain and inhibit its lethal activity. Yersinia pestis, plague agent, possesses its own colicin-like bacteriocin, Pesticin, which degrades murein. Pesticin activity is inhibited by an immunity protein, Pim, localized in the periplasm. The main goal of this project is to understand inhibition mechanisms between Pim and Pesticin by biochemical and structural data and to provide solution to overcome the resistance issue, since Pesticin was thought to be used as antimicrobial agent. The Pesticin structure has revealed that Pesticin share structural homologies with the T4 lysozyme from the bacteriophage T4. To overcome the resistance issue due to the immunity protein, one solution has been to fuse the Pesticin binding/translocation domain with the T4 lysozyme. Thus, we could engineered and solved the three-dimensional structure of a chimera protein, able to bind FyuA (Pesticin physiological receptor) and kill a FyuA expressing strain, in which the lethal activity is not affected by Pim.

6 Abstract This master's thesis provides study of individual helixes from C-terminal pore-forming domain (CTD) of colicin U and their behavior in lipid bilayer on atomic level. For this purpose the all-atom molecular simulation method was used. Later the study was extended an applied on CTD of published structures of other pore-forming colicins. On the base of study extension the ability of disruption of lipid bilayer integrity by helixes H1 and H10 was successfully observed. Helix H1 was synthesized and its activity was experimentally proved on black lipid membranes. The other helixes are often too short to be able to keep position in lipid bilayer and their behavior could be affected by artificial termini, therefore they were not synthesized. The MD simulations of pairs of helixes show that structure stability and their ability to stay in the membrane depends on binding partners. The results of the thesis show the importance of H10 for colicin pore-formation, which has not been observed yet. The results also support the toroidal pore model suggested previously for colicin E1. The results prove that colicins contain specific secondary structures, which are able to disrupt the inner bacterial membrane not only in its native form but also when artificially separated from the rest of the protein. Klíčová...