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Les Escherichia coli entérohémorragiques (EHEC) sont des pathogènes majeurs pour l’homme responsables de toxi-infections alimentaires pouvant évoluer vers des complications potentiellement mortelles. La pathogénicité de ces souches est essentiellement due à la production de Shiga-toxines (Stx), même si d’autres facteurs semblent jouer un rôle important dans la virulence, comme des facteurs d’adhésion. La survie et la régulation des facteurs de virulence des EHEC dans l’environnement digestif humain sont des facteurs clés dans la pathogénicité bactérienne, mais restent à ce jour mal décrits, essentiellement en raison d’un manque de modèles d’étude adaptés. De plus, l’absence de traitement spécifique a conduit à s’intéresser à des moyens préventifs et/ou curatifs alternatifs, comme l’utilisation de probiotiques. L’objectif de ce travail de thèse est (i) de mieux comprendre le comportement de la souche de référence EHEC O157:H7 EDL933 dans l’environnement digestif humain simulé, et en particulier ses interactions avec le microbiote résident et l’épithélium intestinal, et (ii) d’évaluer l’effet antagoniste d’une souche de levure probiotique vis-à-vis de la survie, la virulence et l’interaction du pathogène avec l’épithélium intestinal, à l’aide d’approches in vitro et in vivo complémentaires. En modèles digestifs in vitro, la souche EHEC survit dans l’estomac, voire se multiplie dans les parties distales de l’intestin grêle, alors qu’elle ne se maintient pas dans l’environnement colique. Les gènes de virulence codant les Stx et des adhésines majeurs (intimine et « Long Polar Fimbriae » ou Lpf) sont surexprimés dès les parties hautes du tractus digestifs, et ce, même en absence de cellules épithéliales. Les conditions rencontrées dans le tractus digestif supérieur de l’enfant, comparativement à celui de l’adulte, conduisent à une survie et un niveau d’expression des gènes codant les Stx et les Lpf plus élevés chez l’enfant, ce qui peut contribuer à expliquer la grande sensibilité de cette population aux infections à EHEC. Enfin, les Lpf semblent jouent un rôle clé dans le ciblage spécifique des cellules M et le tropisme des EHEC pour les plaques de Peyer, et ce, à la fois in vitro (cellules M en culture) et in vivo (anses iléales murines). Même si elle ne modifie pas la survie du pathogène dans l’environnement colique, la levure probiotique S. cerevisiae CNCM I-3856 a montré des propriétés antagonistes intéressantes vis-à-vis d’EHEC O157:H7 en (i) modulant favorablement l’activité fermentaire du microbiote intestinal, (ii) diminuant significativement l’expression des gènes codant les Stx et (iii) inhibant la translocation bactérienne au travers des plaques de Peyer et les lésions hémorragiques associées. Par ailleurs, l’effet du pathogène et des probiotiques sur le microbiote colique est individu dépendant, confortant l’hypothèse que des facteurs associés à l’hôte, comme le microbiote, pourraient conditionner l’évolution clinique des infections à EHEC et l’efficacité d’une stratégie probiotique.Ce travail de thèse contribue à une meilleure compréhension du comportement des EHEC dans l’environnement digestif humain et confirme l’intérêt d’une stratégie probiotique dans la lutte contre le pathogène. Une étude plus approfondie du transcriptome du pathogène dans l’environnement digestif et une analyse par des méthodes haut débit du microbiote intestinal permettraient de continuer à mieux décrire la physiopathologie des infections à EHEC et comprendre les mécanismes associés à l’effet antagoniste des probiotiques. / The enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC) are major zoonotic pathogens responsible for food-borne infectionwhich leads to life-threatening complications in humans. The main virulence determinant of EHEC is the production of Shigatoxins (Stx), even if other factors seem to play an important role in virulence, such as adhesion factors. Survival and virulenceof EHEC strains in the human digestive environment are a key factor in bacterial pathogenesis but remains unclear owing tolack of relevant model. Moreover, no specific treatment has led to interest in preventative and / or curative alternatives, suchas using probiotics. The objective of this study is to better understand the behavior of the reference strain EHEC O157:H7EDL933 in the entire digestive tract, and in particular its interaction with the resident microbiota and the intestinal epithelium,and to evaluate the antagonistic effect of the probiotic yeast, Saccharomyces cerevisiae CNCM I-3856, using in vitro and in vivo complementary approaches.In vitro, bacterial mortality was noticed in the stomach, whereas bacterial growth resumption was observed in thedistal parts of the small intestine and the pathogen was not able to maintain in the human colonic conditions. Virulence genesencoding Stx and adhesins (intimin and “Long polar fimbriae”) are upregulated in the upper parts of the digestive tract. A ten-time higher amount of cells was found in the ileal effluents of infant compared to adult. stx genes were over-expressed (up to25-fold) in infant conditions compared to the adult ones. This results show that differences in digestive physicochemicalparameters of the upper gastrointestinal tract may partially explain why infants are more susceptible to EHEC infection thanadults. And finally, Lpf seem to play a key role in the interactions of EHEC with murine Peyer’s patches and are needed for anactive translocation of the pathogen across M cells, and both in vitro (M cells culture) and in vivo (murine ileal loops).S. cerevisiae had not effect on EHEC survival in the colonic environment but (i) favorably influenced gut microbiotaactivity through beneficial modulation of short chain fatty acid production, (ii) leading to significantly decrease stx expressionand (iii) significantly reduced EHEC translocation through M cells and inhibited in vivo interactions of the pathogen withPeyer’s patches and the associated hemorrhagic lesions. Probiotic had donor-dependent effect on the gut microbiota strengthenthe hypothesis that host-associated factors such as microbiota could influence the clinical evolution of EHEC infection and theeffectiveness of a probiotic strategy.This work contributes to a better understanding of the behavior of EHEC in the human digestive environment andconfirms the interest of probiotic strategy in controlling EHEC infections. Further transcriptome studies are warranted for thepathogen in the human digestive environment, with or without probiotics for the better understanding of the pathophysiologyof EHEC and so on the mechanisms involved in the antagonistic effect of probiotics.

Escherichia coli O157:H7 est le sérotype le plus souvent incriminé lors de toxi-infection alimentaire par les E. coli entérohémorragiques (EHEC). Il peut être associé, dans les cas les plus graves, à des colites hémorragiques mortelles et au syndrome hémolytique et urémique (SHU), touchant essentiellement les jeunes enfants. Le vecteur alimentaire le plus courant lors de ces contaminations est le boeuf haché. L’étape primaire de la contamination bactérienne se situe lors de l'abattage où les bactéries peuvent être transférées de la peau à la carcasse. Une gaine conjonctive entoure les muscles, sa composition protéique, similaire à la matrice extracellulaire (ECM), pourrait jouer un rôle dans l'adhésion bactérienne. Dans un premier temps, l’étude de l'adhésion et de la colonisation des bactéries aux protéines majeures de l’ECM musculaire, a révélé une forte influence des conditions de croissances sur l’adhésion, l'adhésion étant maximale à 25°C et pH7, en particulier aux collagènes I et III. Chez les EHEC, diverses protéines de surfaces peuvent être potentiellement impliquées dans l’adhésion à l’ECM. Le rôle d'un autotransporteur, l'antigène 43 (Ag43), dans l'autoagrégation, l'adhésion et la formation de biofilm, a été établit chez E. coli O157:H7 EDL933. Par la suite, les interactions entre E. coli O157:H7 et la viande ont été étudiées sur deux muscles modèles de types métabolique et contractile opposés (Soleus oxidatif lent et EDL, glycolytique rapide), caractérisés par microspectroscopie de fluorescence UV couplée au rayonnement synchrotron. Les différents types de fibres musculaires ainsi que l’effet d’une anoxie prolongée simulant la maturation des viandes ont été discriminés par leurs réponses spectrales après une excitation à 275 nm. Un tropisme bactérien plus élevé pour le muscle soleus que pour le muscle EDL a été clairement observé. Bien qu'E. coli O157:H7 adhère de manière similaire aux différents types de fibres musculaires, l'adhésion des bactéries se fait essentiellement au niveau de l'ECM, mettant en évidence le rôle clé de l'ECM et du tissu conjonctif musculaire dans l’adhésion des E. coli O157:H7 à la viande. Ces travaux de recherche sur l’adhésion bactérienne aux muscles squelettiques aux niveaux moléculaires, cellulaires et tissulaires fournissent les premières connaissances sur la physiologie des EHEC lors de la contamination de la viande et constituent un pré-requis indispensable au développement de pratiques et de stratégies innovantes afin de réduire le risque de contamination des viandes. / Escherichia coli O157:H7 is the most prevalent serotype involved in foodborne infection by enterohemorrhagic E. coli (EHEC). It is associated with life-threatening hemorrhagic colitis and the hemolyticuremic syndrome (HUS), which essentially affect young children. The major food vector of EHEC contamination is ground beef. The primary bacterial contamination occurs during the slaughter, essentially at dehiding stage where bacteria can be transferred from hides to carcasses. The connective tissue surrounding the muscle, highly similar to extracellular matrix (ECM) could potentially be a support for bacterial adhesion. When investigating the adhesion and colonization to the main muscle fibrous ECM proteins, the great influence of growth conditions on subsequent bacterial attachment was shown. Maximal adhesion to ECM proteins occurred at 25°C and pH 7, especially to collagens I and III. In EHEC, various surface-exposed protein determinants can be expressed and potentially involved in ECM adhesion. Investigating the autoaggregation, bacterial adhesion and biofilm formation, the involvement of Antigen 43 (Ag43), an autotransporter protein, was demonstrated in E. coli O157:H7 EDL933. Then, the attachment of E. coli O157:H7 to the meat was determined on two different model muscles, with different contractile and metabolic characteristic (Soleus oxidative, slow and EDL glycolytic, fast), previously characterized by UV microspectroscopy coupled to synchrotron radiation fluorescence. The different of muscle fiber types and the effect of a prolonged anoxia simulating maturing meat were discriminated by their spectral responses after excitation at 275 nm. It clearly appeared that bacteria displayed differential tropism as function of the muscle types, higher for the Soleus than the EDL muscles. While E. coli O157:H7 adhered similarly to the different types of muscle fibers, bacterial adherence essentially occurred at the ECM, pinpointing the key role of connective tissue for E. coli O157:H7 adhesion to meat. This first comprehensive investigation of bacterial adhesion to skeletal muscles at molecular, cellular and tissue levels provides new insight in the physiology of the colonization of meat by EHEC and constitutes a prerequisite for the development of innovative practices and strategies to minimize the risk of meat contamination.

Hemolytic uremic syndrome (HUS) induced by Shiga toxin-producing E. coli (STEC) is the most common causes of acute kidney injury in children. The therapy of the disease is symptomatic and the main factors leading to the development of severe course of a STEC-HUS are still unknown. In our study, we dealt with factors leading to development of a severe course of STEC-HUS in pediatric patients on both the host and pathogen side. Using retrospective analysis of the courses in children in the Czech Republic, we found that the most common cause of STEC-HUS was serotype O26 and HUS most often affected children under 3 years of age. 63,8 % required dialysis and mortality was 8.62 %. On the host side we focused on the relationship between the activation of the alternative complement pathway and the severity of the course of HUS. We found a significant difference in the level of the C3 part of complement in patients who required dialysis and patients for whom dialysis was not necessary. We also a cut-off value for the C3 part of complement and its reduction below 0.825 g / l was associated with the need for dialysis treatment and a higher incidence of extrarenal complications. Based not only on our results, it can be assumed that the therapeutic effect of complement could affect the severity of the disease....

Enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC) colonizes the intestine and produces the phage-encoded Shiga toxin (Stx) which is absorbed systemically and can lead to hemolytic uremic syndrome (HUS) characterized by hemolytic anemia, thrombocytopenia, and renal failure. EHEC, and two related pathogens, Enteropathogenic E. coli (EPEC), and the murine pathogen, Citrobacter rodentium, are attaching and effacing (AE) pathogens that intimately adhere to enterocytes and form actin “pedestals” beneath bound bacteria. The actin pedestal, because it is a unique characteristic of AE pathogens, has been the subject of intense study for over 20 years. Investigations into the mechanism of pedestal formation have revealed that to generate AE lesions, EHEC injects the type III effector, Tir, into mammalian cells, which functions as a receptor for the bacterial adhesin intimin. Tir-intimin binding then triggers a signaling cascade leading to pedestal formation. In spite of these mechanistic insights, the role of intimin and pedestal formation in EHEC disease remains unclear, in part because of the paucity of murine models for EHEC infection. We found that the pathogenic significance of EHEC Stx, Tir, and intimin, as well as the actin assembly triggered by the interaction of the latter two factors, could be productively assessed during murine infection by recombinant C. rodentium expressing EHEC virulence factors. Here we show that EHEC intimin was able to promote colonization of C. rodentium in conventional mice. Additionally, previous in vitro data indicates that intimin may have also function in a Tir-independent manner, and we revealed this function using streptomycin pre-treated mice. Lastly, using a toxigenic C. rodentium strain, we assessed the function of pedestal formation mediated by Tir-intimin interaction and found that Tir-mediated actin polymerization promoted mucosal colonization and a systemic Stx-mediated disease that shares several key features with human HUS.