This thesis describes studies directed towards development of novel antiadhesive agents, with particular emphasis on compounds that prevent attachment of bacteria to a host-cell. Three different proteins involved in the assembly or function of adhesive pili in uropathogenic Escherichia coli have been targeted either by rational structure based design or statistical molecular methods. A library of substituted galabiose (Galα1-4Gal) derivatives was screened for binding to the E. coli adhesin PapG in an assay based on surface plasmon resonance, and for inhibition of Streptococcus suis adhesins PN and PO in a hemagglutination assay. The results were used to generate QSAR models which had good predictive powers and provided further insight in the structural requirements needed for high affinity binding. 2-pyridones and amino acid derivatives were modelled into the binding site of chaperones involved in pilus assembly in E. coli and a heuristic method, VALIDATE, was used for affinity prediction. The affinity of the compounds for the chaperones PapD and FimC were assessed in assays based on surface plasmon resonance and relaxation-edited NMR spectroscopy. Their ability to disrupt chaperone/subunit complexes was investigated in vitro through a FPLC assay and their capacity to inhibit pilus formation in vivo was determined via hemagglutination and confirmed with atomic force microscopy. Statistical molecular design was used to design a diverse peptide library targeting pili subunits, and an ELISA was developed to investigate the ability of the peptides to inhibit chaperone/subunit complexation. The resulting QSAR model provided extensive information regarding binding of the peptides to the subunits. Because the peptides were suggested to bind in an extended β-strand formation, β-strand mimetics consisting of oligomeric enaminones were designed. Finally, new methods to synthesize enaminone building blocks were developed using microwave assisted chemistry. The projects described have generated compounds that besides their value as leads for developing novel antibacterial agents, also constitute new chemical tools to study the mechanisms underlying bacterial virulence.

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The frame for this critical interpretation of the Kiswahili popular love song “Pili Mswahili” by Moreno Batamba et L’Orchestre Moja One (1981) is the discussion on African contributions to the making of modern Africa. The argument is that “Pili Mswahili” is an instance of the mwananchi’s, common person’s, agentive contribution to the establishment of Kiswahili as a national language in Kenya. The song is read as an urging of non-Swahili Kenyans to accept Kiswahili – which, in spite of its being an important lingua franca in Kenya, was, after all, the language of one ethnic group in a multi-ethnic state where “tribalism” is a major political factor – as their national language. It is shown that “Pili Mswahili” complemented the efforts of the makers and executors of government policy that had nation formation as the ultimate objective. Nation formation is understood to be a key strategy in the African appropriation of the African nation-state that started life as a colonial invention.

<p>Retractable surface appendages Type IV pili (T4P) are one of the major virulence determinants in the opportunistic pathogen <em>Pseudomonas aeruginosa </em>(Pa), that is the leading cause of mortality in CF patients. T4P are heteropolymers composed of the major-pilin subunit PilA and the less-abundant minor pilins (MPs), FimU/PilV/W/X/E. Pilins share high sequence and structural similarity with pseudopilins (XcpT/U/V/W/X), that are proposed to form a periplasmic-structure in the evolutionarily related Type II secretion system (T2SS). Similar to T4P system, the T2SS is a multi-subunit complex that spans the inner (IM) and the outer (OM) membranes. It involves a two-step process facilitating the secretion of toxins into the extracellular milieu from the periplasm.</p> <p>Using immunogold TEM analysis and Western blot we identified, under native conditions, the major pseudopilin of T2SS XcpT, is incorporated into the T4P appendage, thus appearing on the surface. This is in contrast to previous studies reporting, the otherwise periplasmic structure, the pseudopilus appears on the surface only upon over-expression of XcpT. Further, we identified this incorporation is strictly dependent on PilA expression, such that levels of surface-XcpT co-varied with the levels of surface-PilA. However, XcpT incorporation into the T4P fiber did not affect T4P-mediated twitching motility or T2SS-mediated elastase secretion. Based on these observations we proposed two explanations. Firstly, given the similarity between XcpT and type IV pilins, it is possible the pseudopilin is recognized by the T4P machinery and therefore is incorporated into the pilus. Secondly, since XcpT incorporation does not affect T4P-mediated motility, it may affect other properties of T4P, such adherence during biofilm formation, previously associated with surface-exposed pseudopilus. In addition, we also identified enhanced expression of <em>fimU</em> and <em>pilX</em> MPs drastically increased elastase secretion, through a yet to be discovered mechanism. Regardless, our results present an alternative role of both minor pilins and XcpT in their non-native systems suggesting there is more overlap between the T4P and T2S systems than previously appreciated. Further exploration of this overlap will aid in the study of the two systems in Pa, as well as in other pathogens.</p> / Master of Science (MSc)

<p>lmmunocompromised, burned, and cystic fibrosis patients are highly susceptible to severe and chronic <em>Pseudomonas</em> infections. Extracellular virulence factors, such as type IV pili (T4P), contribute to the establishment and maintenance of infection in these hosts. T4P are hairlike appendages involved in attachment to and colonization of biotic and abiotic surfaces, DNA uptake, biofilm formation, virulence and twitching motility. In<em> Pseudomonas aeruginosa</em>, the pilus fibre-primarily composed of PilA-is directed by the inner membrane subcomplex PilM/N/O/P to PilQ, the secretin pore. FimV is an inner membrane protein that contains a periplasmic region that binds peptidoglycan and a cytoplasmic region containing tetratricopeptide repeat (TPR) protein-protein interaction domains. FimV is essential for twitching motility in <em>P. aeruginosa</em>, but its exact function is not well understood. Here we investigate the role of the cytoplasmic region of FimV in the T4P system. Co-purification studies revealed that PilM and PilG, a protein proposed to be involved in T4P chemotaxis, interact with the cytoplasmic region of FimV. Fluoresence microscopy was used to test the role of FimV in the localization of a functional PilG-YFP fusion. In the wild type, PilG is polarly localized, while in a <em>fimV</em> mutant, PilG becomes diffuse. The interactions between FimV with PilG and PilM may play a pivotal role in twitching motility as <em>fimV</em> mutants lacking the cytoplasmic region are incapable of twitching. In this study, we have shown that FimV is interacting with components of the T4P chemotaxis system, which may be important for cAMP regulation.</p> / Master of Science (MSc)

Helicobacter pylori est une bactérie à Gram négatif qui colonise plus de 50% de la population humaine. Cette bactérie est l'un des pathogènes les plus présents dans la population et la colonisation se fait dans l'enfance et l'adolescence. H. pylori est responsable de l'apparition de maladies gastriques chez l'humain comme des ulcères gastriques, mais aussi des cancers gastriques. Plusieurs mécanismes contribuent aux maladies gastriques dont une infection chronique à long terme ainsi que des facteurs de virulence comme le système de sécrétion de type 4 (SST4). Le SST4 forme une seringue protéique utilisée par la bactérie pour injecter la protéine CagA dans les cellules humaines. Cette protéine a été la première protéine bactérienne classifiée comme une oncoprotéine par sa capacite à interférer et modifier de nombreuses fonctions et signaux métaboliques des cellules épithéliales gastriques. Afin d'éradiquer Helicobacter, une antibiothérapie est utilisée, cependant depuis les 10 dernières années plus de 50% des bactéries isolées de patients ont été identifiés comme étant porteuses de résistances contre aux moins un antibiotique de première ligne. L’utilisation de petites molécules organiques capables d'interférer avec les facteurs de virulence est une alternative intéressante à la thérapie aux antibiotiques. L'utilisation de ces molécules possède des avantages dont la faible pression de sélection de résistance parce qu’elles n’impactent pas des fonctions vitales des bactéries. Le SST4 de H. pylori est composé de nombreuses protéines essentielles qui pourraient être de potentielles cibles pour des molécules inhibitrices. Nous avons choisi la cible Cagα, une ATPase homologue à VirB11 de Agrobacterium tumefaciens. Cette protéine est essentielle pour l’injection de CagA. Précédemment, notre laboratoire a identifié une petite molécule nommée 1G2 qui était capable d’interagir avec Cagα et de diminuer l’induction de l’interleukine 8 produit par les cellules gastriques lors de l’infection par des souches de H. pylori possédant un SST4 fonctionnel. A partir d’une structure cristallographique de Cagα liée à 1G2 et nous avons créé des protéines Cagα avec des mutations aux site de liaison de 1G2. En utilisant la fluorimétrie différentielle à balayage (DSF) nous avons pu identifier les acides aminés qui contribuent à la liaison de 1G2 (K41, R73 et F39). Basé sur cette information nous avons utilisé la chimie médicinale pour créer une librairie de molécules dérivées de 1G2 dans le but d’identifier des inhibiteurs plus puissants. Après avoir éliminé les molécules ayant un effet toxique sur les cellules gastriques et H. pylori, nous avons sélectionné cinq molécules (1313, 1338, 2886, 2889 et 2902) qui inhibent la production d’IL-8 plus que 1G2 dans notre modèle d’infection cellulaire. Nous avons montré par DSF que les molécules interagissent toujours avec Cagα et 1338, 2889 et 2902 sont des inhibiteurs plus puissants de son activité d’ATPase. Avec le modèle d’infection, nous avons déterminé que les cinq molécules n’affectent par la présence de CagA dans le lysat de l’infection. Cependant, nous avons observé par microscopie électronique à balayage que le SST4 pilus n’était pas présent en présence des inhibiteurs. En plus, nous avons testé les effets de 1G2 sur des souches de H. pylori résistantes, à un ou plusieurs antibiotiques de première ligne, isolées de biopsie gastriques de patients. Comme dans le cas de la bactérie modèle de laboratoire, nous avons observé une diminution de l’induction des IL-8 lors de l’infection ainsi qu’une inhibition de la formation du SST4 pilus. Nous avons aussi identifié que le gène de la protéine Cagα d’une des bactéries résistantes à 1G2 (souche #3822) porte un remplacement de R73 à K ce qui pourrait expliquer la résistance à 1G2. Pour conclure, nous avons dans cette étude caractérisé le site de liaison de 1G2 à Cagα et nous avons identifié des molécules qui sont plus puissantes comme inhibiteurs que 1G2. / Helicobacter pylori is a Gram-negative bacterium that colonizes more than 50% of the human population. This bacterium is one of the most common pathogens in the population and colonization occurs in childhood and adolescence. H. pylori is implicated in the manifestation of gastric diseases in humans such as gastric ulcers and also gastric cancer. Several mechanisms are involved in the formation of gastric diseases including long-term chronic infection as well as virulence factors such as the type 4 secretion system (T4SS). The T4SS forms a protein syringe used by the bacteria to inject the protein CagA into mammalian cells. This protein is the first bacterial protein classified as an oncoprotein by its ability to interact with numerous metabolic functions of gastric epithelial cells. To eradicate Helicobacter, antibiotic therapy is used, but for the last 10 years more than 50% of the bacteria isolated from patients have been identified as carrying resistance against at least one first-line antibiotic. The use of small molecules capable of interfering with virulence factors is being studied as an alternative to antibiotic therapy. The use of these molecules has many advantages, and they may cause lower selection pressure for resistance than antibiotics. The H. pylori T4SS is composed of many essential proteins that could be potential targets for inhibitory molecules. We chose the target Cagα, an ATPase homologous to the model VirB11 from Agrobacterium tumefaciens. This protein is essential for the injection of CagA. Previously, our laboratory identified a small molecule coined 1G2 that interacts with Cagα and decreases the induction of interleukin-8 produced by gastric cells upon infection with H. pylori strains with functional T4SS. Based on a crystallographic study of Cagα bound to 1G2, we created Cagα proteins with mutations at the 1G2 binding site. Using differential scanning fluorimetry, we identified amino acids that contribute to 1G2 binding (K41, R73 and F39). Based on these observations, we used medicinal chemistry to create a library of molecules derived from 1G2 to create more potent inhibitors. After eliminating the molecules with a toxic effect on gastric cells and H. pylori growth, we selected five molecules with stronger effects than 1G2 on IL8 induction in our cell infection model (1313, 1338, 2886, 2889 and 2902). We observed by DSF that the molecules interact with Cagα and 1338, 2889 and 2902 are stronger inhibitors of the ATPase 8 activity than 1G2. With our infection model, we determined that the five molecules do not affect the presence of CagA. However, by scanning electron microscopy we observed that the T4SS pilus was not present. In addition to the tests on a laboratory model bacterium, we evaluated 1G2 on resistant strains of H. pylori isolated from gastric biopsy from patients. Similar to the laboratory model bacterium, 1G2 decreased IL-8 induction and inhibited T4SS pilus formation. We have also identified that strain #3822 that is resistant to 1G2 carries a R73 to K mutation in the Cagα gene, which could explain the 1G2 resistance. To conclude, we have here characterized the 1G2 binding site on Cagα and we created inhibitors that are more potent than 1G2.

Les composés organiques hydrophobes (HOC), une grande famille de molécules naturelles ou d’origine anthropique incluant les lipides et les hydrocarbures, constituent une part significative de la matière organique dans les écosystèmes marins. Du fait de leur faible solubilité dans l’eau, les bactéries qui les dégradent requièrent la mise en place de fonctions cellulaires spécifiques permettant d’augmenter la fraction assimilable de ces HOC. La formation de biofilms à l’interface eau-HOC est une de ces stratégies adaptatives. C’est le cas pour Marinobacter hydrocarbonoclasticus SP17, modèle d’étude utilisé au laboratoire, qui est capable de former des biofilms sur un large spectre de HOC métabolisables tels que les alcanes, les triglycérides et les alcools gras. Le but de mes recherches consistait à améliorer la compréhension du processus d’adhésion et de développement des biofilms sur les HOC, à travers la caractérisation fonctionnelle de 10 gènes candidats mis en évidence lors d’analyses d’expression en protéomique et en transcriptomique. Pour mener à bien ce projet, des outils génétiques et une caractérisation fonctionnelle propre à chaque gène ont dû être développés. L’étude fonctionnelle du gène MARHY2686 a relevé son implication dans la formation de biofilm sur les alcanes. La co-expression de MARHY2686 et des gènes adjacents MARHY2687 et MARHY2685 en transcriptomique, leur distribution phylogénétique et leur conservation de la synthénie suggèreraient que ces trois gènes soient impliqués dans le même processus biologique. D’après l’identité forte de 36 % qui existe entre la protéine MARHY2686 et une protéine périplasmique AdeT d’un système de pompe d’efflux tripartite d’Acinetobacter baumanii, cette protéine, en association avec MARHY2687 et MARHY2685, pourrait faire partie d’un système de ce type. Par ailleurs, des observations ont permis d’envisager une implication potentielle de ce gène dans l’assimilation des HOC ou dans l’accumulation des réserves lipidiques intracellulaires. M. hydrocarbonoclasticus SP17 utilise les pili de type IV lors de la formation de biofilm sur les HOC. Ces appendices interviennent lors de l’adhésion de cette souche à des HOC ainsi que dans un processus de détachement d’un support hydrophobe. Les pili pourraient soit intervenir directement pour permettre à la bactérie de se détacher de la surface à laquelle elle s’est adhérée, soit indirectement par l’action de bactériophages. La présence d’une mobilité de type twitching sur les HOC a pu être également envisagée. Enfin, le rôle du système de sécrétion de type VI (T6SS), connu pour permettre à la bactérie d’interagir avec une cellule hôte, lors de la formation de biofilm mono-spécifique sur HOC, où aucun autre microorganisme que M. hydrocarbonoclasticus SP17 n’est présent, a été étudié. / Hydrophobic organic compounds (HOC), a large family of naturally-produced or anthropogenic molecules including lipids and hydrocarbons, represent a significant part of organic matter in marine ecosystems. Because of their low solubility in water, bacteria that degrade those compounds require the establishment of specific cell functions to increase their biodisponibility. Biofilm formation in water-HOC interface is one of these adaptations. The model of bacteria used in our laboratory, Marinobacter hydrocarbonoclasticus SP17, is able to form a biofilm on a wide range of HOC, such as alkanes, fatty alcohols and triglycerides, in order to use them as a carbon and energy source. The main purpose of my work was to broaden the knowledge of how bacteria adhere to and from biofilms on HOC, through the functional characterization of 10 candidate genes highlighted during proteomic and transcriptomic studies. Genetic tools and a gene-specific functional characterization have been developed in order to carry out this project. Functional study conducted on MARHY2686 revealed its involvement in the formation of biofilm on alkanes. Co-expression of MARHY2686 and the adjacent genes MARHY2687 and MARHY2685 durnig transcriptomic analysis together with their phylogenetic distribution and synteny conservation suggest that these three genes are involved in the same biological process. According to the high peptide sequence identity between MARHY2686 and AdeT, a periplasmic protein of a tripartite efflux pump system of Acinetobacter baumanii, MARHY2686 in combination with MARHY2687 and MARHY2685 could be the components of such a system. Other phenotypic observations would consider the involvement of MARHY2686 either in the assimilation of HOC or in the accumulation of intracellular lipid reserves. M. hydrocarbonoclasticus SP17 uses type IV pili during biofilm formation on HOC. These appendages are involved in the adhesion of this strain to and in a detachment process from HOC. Type IV pili could either act directly to allow bacteria to detach from the surface to which it is adhered, or indirectly through the action of bacteriophages. The presence of twitching motility on HOC has also been suggested. Finally, the role of the type VI secretion system (T6SS), a well-known protein system which allows interactions between bacteria and host cells, during the formation of a mono-species biofilm on HOC where no other microorganism than M. hydrocarbonoclasticus SP17 is present, has been studied.

Dans le tractus gastro-intestinal, l'adhésion des bactéries commensales à l’épithélium permet leur maintien, ce qui aide à contrôler l’implantation de germes indésirables par des mécanismes de concurrence (effets nutritionnels, sites spécifiques d'adhésion ...). Bien que le rôle de la couche du mucus (principalement composée de glycoprotéines à haut poids moléculaire, appelées mucines) recouvrant la muqueuse soit connu et décrit depuis de nombreuses années, notamment pour sa fonction de barrière protectrice, l'intérêt pour décrypter les mécanismes précis d’interaction(s) avec le microbiote (bactéries commensales, pathogènes ou probiotiques) n’a que récemment émergé. Dans ce cadre, l'objectif de cette thèse, menée en collaboration entre le Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés de Toulouse et le Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Systèmes de Toulouse, est de caractériser in vitro le comportement muco-adhésif de Lactococcus lactis, le modèle des bactéries lactiques, en utilisant des approches de quantification multi-échelles (du niveau moléculaire à l’échelle multicellulaire) sur un large panel de souches naturelles et recombinantes. Une attention particulière est accordée au rôle des mucines, en utilisant le modèle PGM (mucine gastrique de porc ou « Pig Gastric Mucin »).La première partie du travail a porté sur la quantification à l'échelle de la cellule unique des interactions entre L. lactis et une surface abiotique (polystyrène) recouverte de PGM, en utilisant la microscopie à force atomique (AFM). La faisabilité de la méthode a tout d'abord été démontrée sur la souche modèle L. lactis ssp. cremoris MG1820. La couche de PGM a été caractérisée en utilisant des méthodes analytiques complémentaires (AFM, XPS - spectroscopie de photoélectrons induits par rayons X, QCM-D - Microbalance à Quartz à mesure de Dissipation...). En parallèle, les bactéries L. lactis ont été immobilisées sur la pointe AFM et utilisées comme « sonde de force », en considérant la souche naturelle IBB477 (L. lactis ssp. cremoris), d’origine laitière et présentant une forte persistance dans le tractus digestif du rat lors d’essais réalisés in vivo (collaboration avec l’Institut de Biochimie et de Biophysique de Varsovie, Pologne). Comparé aux conditions contrôle (i.e., surface de polystyrène sans PGM), les niveaux de force d'adhésion enregistrés entre L. lactis et PGM sont inférieurs, ceci en raison des répulsions électrostatiques, hydrophiles et stériques s’établissant entre la couche de PGM et la paroi cellulaire. La forme des courbes représentant l’évolution de la force au retrait en fonction de la distance est également différente. Une analyse détaillée souligne la contribution, conjointe et différente selon les souches testées, d’événements (i) non adhésifs, (ii) adhésifs non spécifiques (interactions électrostatiques, hydrophobes, de van der Waals) et (iii) adhésifs spécifiques (liaison de type ligand/récepteur). La contribution spécifique a ensuite été explorée plus finement en termes de constantes cinétiques d’association et de dissociation. Nous avons, par ailleurs, poursuivi notre exploitation de la biodiversité naturelle chez les lactocoques en étudiant la souche TIL448 (L. lactis ssp. lactis) d’origine végétale, en collaboration avec l’Institut MICALIS de Jouy-en-Josas. Nous avons ainsi démontré, pour la première fois chez L. lactis, le rôle combiné des protéines à domaine(s) MUB (« Mucus-Binding ») et des pili, à travers l'analyse approfondie des données AFM (force d'adhésion, répartition des événements adhésifs spécifiques/non spécifiques, distances d'interaction...). Le rôle des pili a été confirmé sur des souches recombinantes piliées (L. lactis ssp. lactis IL1403), toujours en partenariat avec l’Institut MICALIS de Jouy-en-Josas. En parallèle, en collaboration avec l’Unité de Glycobiologie Structurale et Fonctionnelle de Villeneuve d'Ascq, nous avons cherché à identifier les O-glycannes de PGM (fractions neutre et acide), impliqués dans le processus d'interaction avec la surface bactérienne. Pour confirmer l’ensemble des résultats obtenus à l'échelle de la cellule unique et en mode statique par AFM (effet anti-adhésif de PGM, comportement muco-adhésif différent selon les souches de L. lactis), la deuxième partie du travail a été consacrée à des expérimentations à l’échelle de l’ensemble de la population bactérienne, en conditions dynamiques (QCM-D, chambre à écoulement cisaillé). Nous avons évalué par QCM-D chez les souches IBB477 et MG1820 les propriétés viscoélastiques des dépôts bactériens, en relation avec le comportement bio-adhésif vis-à-vis de la couche de PGM. Les données obtenues par AFM et chambre à écoulement cisaillé sur ces mêmes souches ont été confrontées pour accéder plus finement au mode d’interaction avec PGM (densité de liaisons sur la surface bactérienne). Enfin, nous avons évalué chez IL1403 l’effet des pili sur la dynamique de détachement et d’orientation sous cisaillement contrôlé.En conclusion, la combinaison des échelles d'observation et d’analyse, aussi bien au niveau de la cellule unique qu’à celui de l’ensemble de la population bactérienne, nous permet désormais de disposer de nouvelles connaissances sur les mécanismes diversifiés d'interaction entre L. lactis et PGM, visant à une meilleure compréhension des fonctionnalités de cette bactérie au niveau du tractus gastro-intestinal / In the gastrointestinal tract, adhesion of commensal bacteria to epithelial cells allows their retention, which helps to control the implementation of unwanted germs through mechanisms of competition (nutritional effects, specific sites of adhesion ...). Indeed, bacterial adhesion to the intestinal epithelium seems to be important for the balance of intestinal microbiota. Although the role of the mucus layer lining the mucosa, which is mainly composed of large glycoproteins termed mucins, is known and described for many years, particularly for its protective barrier function, the interest for unraveling precise mechanisms of interaction with bacteria (commensal, pathogens or probiotics) has just recently emerged. In this framework, the aim of the PhD thesis was to characterize in vitro muco-adhesive behavior of Lactococcus lactis, the model of Lactic Acid Bacteria, using multi-scale approaches (from molecular to multicellular levels) on a large set of natural and recombinant strains. A particular attention was paid to the role of mucins, using the PGM model (Pig Gastric Mucin).The first part of the work was focused on the quantification at nanoscale of interactions between L. lactis and adsorbed PGM, using AFM. The feasibility of the method was first demonstrated on the reference strain MG1820. PGM coating was characterized using a complementary set of analytical methods (AFM, XPS, quartz crystal microbalance with dissipation monitoring…). In parallel, L. lactis cells were immobilized onto the AFM tip and used as a living force probe, considering the natural strain IBB477 (L. lactis subsp. cremoris), isolated from Polish artisanal dairy products and previously shown to display in vivo retention in the rat gut (collaboration with the Institute of Biochemistry and Biophysics of Warsaw, Poland). Compared to control conditions (i.e., no PGM coating), adhesion force levels recorded for PGM were lower, due to the interplay of electrostatic, hydrophilic and steric repulsions. The shape of retraction force-distance curves for L. lactis/PGM interactions was also different. The detailed analysis of curve shape highlighted the contribution of non-adhesive, non-specific (electrostatic, hydrophobic, van der Waals interactions) and specific adhesive events (ligand/receptor bonding), depending on the strain under study. Specific forces were analyzed in terms of dissociation/association kinetic constants.We then explored the natural biodiversity among lactococci by studying the natural strain of L. lactis (subsp. lactis) TIL448 from plant origin, in collaboration with MICALIS (Jouy-en-Josas). We demonstrated, for the first time for L. lactis, the combined role played by “MUB-like” domain-containing protein and pili, through the thorough analysis of AFM data (adhesion force, repartition of specific/non-specific adhesive events and distances of interaction…). The role of pili was also confirmed with recombinant piliated strains (L. lactis subsp. lactis IL1403), in partnership with MICALIS (Jouy-en-Josas). In parallel, in collaboration with the “Unité de Glycobiologie Structurale et Fonctionnelle de Villeneuve d'Ascq”, a first attempt was done to identify the O-glycans of PGM (neutral and acid fractions), involved in interactions with the bacterial surface.To confirm these results achieved at single-cell scale and under static mode by AFM (anti-adhesive of PGM, different muco-adhesive properties among several strains of L. lactis), the second part of the work was devoted to experiments at multicellular scale under dynamic conditions (quartz crystal microbalance with dissipation monitoring – QCM-D, shear stress flow chamber). We evaluated by QCM-D, for MG1820 and IBB477 strains, the viscoelastic properties of the cell layers, in relation with the bio-adhesive behavior towards PGM. The data obtained by AFM and shear stress flow chamber were combined to access more precisely to the interaction mode with PGM (density of bonds over the cell surface). Finally, using the recombinant piliated strain (IL1403), we focused on the effect of pili on detachment and re-orientation dynamics under shear flow

New strategies are needed to counter the growing problem of bacterial resistance to antibiotics. One such strategy is to design compounds that target bacterial virulence, which could work separately or in concert with conventional bacteriostatic or bactericidal antibiotics. Pilicides are a class of compounds based on a ring-fused 2-pyridone scaffold that target bacterial virulence by blocking the chaperone/usher pathway in E. coli and thereby inhibit the assembly of pili. This thesis describes the design, synthesis, and biological evaluation of compounds based on the pilicide scaffold with the goal of improving the pilicides and expanding their utility. Synthetic pathways have been developed to enable the introduction of substituents at the C-2 position of the pilicide scaffold. Biological evaluation of these compounds demonstrated that some C-2 substituents give rise to significant increases in potency. X-ray crystallography was used to elucidate the structural basis of this improved biological activity. Furthermore, improved methods for the preparation of oxygen-analogues and C-7 substituted derivatives of the pilicide scaffold have been developed. These new methods were used in combination with existing strategies to decorate the pilicide scaffold as part of a multivariate design approach to improve the pilicides and generate structure activity relationships (SARs). Fluorescent pilicides were prepared using a strategy where selected substituents were replaced with fluorophores having similar physicochemical properties as the original substituents. Many of the synthesized fluorescent compounds displayed potent pilicide activities and can thus be used to study the complex interactions between pilicide and bacteria. For example, when E. coli was treated with fluorescent pilicides, it was found that the compounds were not uniformly distributed throughout the bacterial population, suggesting that the compounds are primarily associated to bacteria with specific properties. Finally, by studying compounds designed to inhibit the aggregation of Aβ, it was found that some compounds based on the pilicide scaffold inhibit the formation of the functional bacterial amyloid fibers known as curli; these compounds are referred to as 'curlicides'. Some of the curlicides also prevent the formation of pili and thus exhibit dual pilicide-curlicide activity. The potential utility of such 'dual-action' compounds was highlighted by a study of one of the more potent dual pilicide-curlicides in a murine UTI model were the compound was found to significantly attenuate virulence in vivo.