Rôle du régulateur Fur et des petits ARN non codants RfrA et RfrB dans l’homéostasie du fer et la virulence de Salmonella

La régulation de l’homéostasie du fer est cruciale chez les bactéries. Chez Salmonella, l’expression des gènes d’acquisition et du métabolisme du fer au moment approprié est importante pour sa survie et sa virulence. Cette régulation est effectuée par la protéine Fur et les petits ARN non codants RfrA et RfrB. Le rôle de ces régulateurs est d’assurer que le niveau de fer soit assez élevé pour la survie et le métabolisme de Salmonella, et assez faible pour éviter l’effet toxique du fer en présence d’oxygène. Les connaissances concernant le rôle de ces régulateurs ont été principalement obtenues par des études chez S. Typhimurium, un sérovar généraliste causant une gastro-entérite chez les humains. Très peu d’informations sont connues sur le rôle de ces régulateurs chez S. Typhi, un sérovar humain-spécifique responsable de la fièvre typhoïde. Le but de cette étude était de déterminer les rôles de Fur, RfrA et RfrB dans l’homéostasie du fer et la virulence de Salmonella, et de démontrer qu’ils ont une implication distincte chez les sérovars Typhi et Typhimurium. Premièrement, Fur, RfrA et RfrB régulent l’homéostasie du fer de Salmonella. Les résultats de cette étude ont démontré que Fur est requis pour la résistance au stress oxydatif et pour une croissance optimale dans différentes conditions in vitro. La sensibilité du mutant fur est due à l’expression des petits ARN RfrA et RfrB, et cette sensibilité est beaucoup plus importante chez S. Typhi que chez S. Typhimurium. Également, Fur inhibe la transcription des gènes codant pour les sidérophores en conditions riches en fer, tandis que les petits ARN RfrA et RfrB semblent être importants pour la production d’entérobactine et de salmochélines chez S. Typhi lors de conditions pauvres en fer. Ensuite, ces régulateurs affectent la virulence de Salmonella. Fur est important pour la motilité de Salmonella, particulièrement chez S. Typhi. Fur est nécessaire pour l’invasion des deux sérovars dans les cellules épithéliales, et pour l’entrée et la survie de S. Typhi dans les macrophages. Chez S. Typhimurium, Fur ne semble pas impliqué dans l’interaction avec les macrophages. De plus, les petits ARN RfrA et RfrB sont importants pour la multiplication intracellulaire de Salmonella dans les macrophages pour les deux sérovars. Finalement, la protéine Fur et les petits ARN RfrA et RfrB régulent l’expression de l’opéron fimbriaire tcf, absent du génome de S. Typhimurium. Un site de liaison putatif de la protéine Fur a été identifié dans la région promotrice de tcfA chez S. Typhi, mais une régulation directe n’a pas été confirmée. L’expression de tcf est induite par le fer et par Fur, et est inhibée par les petits ARN RfrA et RfrB. Ainsi, ces régulateurs affectent des gènes de virulence qui sont retrouvés spécifiquement chez S. Typhi. En somme, ce projet a permis de démontrer que les régulateurs de l’homéostasie du fer de Salmonella peuvent affecter la résistance de cette bactérie pathogène à différents stress, notamment le stress oxydatif, la croissance en conditions de carence en fer ainsi que la virulence. Ces régulateurs jouent un rôle distinct chez les sérovars Typhi et Typhimurium.

Le profil de virulence d' Escherichia coli intra-utérin permettrait de prédire la métrite postpartum chez la vache laitière

Les objectifs de cette étude ont été de : (1) déterminer s’il existe une association entre la présence intra-utérine d'Escherichia coli dans la 1 ère semaine postpartum et le développement de la métrite postpartum, (2) déterminer s’il y a une association entre les gènes de virulence d'E. coli et la métrite postpartum, et (3) d'évaluer si les analyses bactériologiques (bactéries et gènes de virulence d'E. coli) pourraient prédire la métrite postpartum chez la vache laitière. Des écouvillons utérins ont été prélevés dans la première semaine postpartum sur 486 vaches de race Holstein et soumis au laboratoire pour détection de E. coli. Les gènes de virulence d'E. coli ont été identifiés par la technique d'hybridation des sondes radioactives. Un total de 252 vaches (52%) ont été positives à E. coli et 67 vaches positives à la métrite postpartum (13,7%). Les vaches positives à E. coli intra-utérin dès la première semaine postpartum avaient un risque 2,6 fois plus élevé de développer la métrite postpartum que les vaches sans E. coli. La plupart des E. coli possédaient un ou plusieurs gènes des E. coli d'origine extra-intestinale (ExPEC) dont fimH (89%), HlyE (87%) et iss (70%). Parmi les autres gènes ExPEC, on a retrouvé sitA (23%), fepC (20%) hra1 (20%) malX (14%) tsh (11%) et bien d'autres. Les gènes de virulence kpsMTII et hra1 ont été associés à la métrite postpartum avec un rapport de cote de 4,3 chacun. La présence d'E. coli dans l'utérus avait une valeur prédictive positive de 18% tandis que la présence des gènes kpsMTII et hra1 avait une valeur prédictive positive de 36% et 31% respectivement. La détection de certains gènes de virulence d'E. coli dans les prélèvements utérins pourrait renseigner sur le risque de développement de la métrite postpartum chez la vache laitière. Les études ultérieures pourraient tester encore plus de gènes et viser à développer des tests de dépistage simple, facilement et rapidement applicable à la ferme.

Influence du microbiote intestinal sur le métabolisme et la virulence des Escherichia coli entérohémorragiques

Les Escherichia coli entérohémorragiques (EHEC) représentent un problème majeur de santé publique dans les pays développés. Les EHEC sont régulièrement responsables de toxi-infections alimentaires graves chez l’humain et causent des colites hémorragiques et le symptôme hémolytique et urémique, mortel chez les enfants en bas âge. Les EHEC les plus virulents appartiennent au sérotype O157:H7 et le bovin constitue leur réservoir naturel. À ce jour il n’existe aucun traitement pour éviter l’apparition des symptômes liés à une infection à EHEC. Par conséquent, il est important d’augmenter nos connaissances sur les mécanismes employés par le pathogène pour réguler sa virulence et coloniser efficacement la niche intestinale. Dans un premier temps, l’adaptation de la souche EHEC O157:H7 EDL933 à l’activité métabolique du microbiote intestinal a été étudiée au niveau transcriptionnel. Pour se faire, EDL933 a été cultivée dans les contenus caecaux de rats axéniques (milieu GFC) et dans ceux provenant de rats colonisés par le microbiote intestinal humain (milieu HMC). Le HMC est un milieu cécal conditionné in vivo par le microbiote. Dans le HMC par rapport au GFC, EDL933 change drastiquement de profile métabolique en réponse à l’activité du microbiote et cela se traduit par une diminution de l’expression des voies de la glycolyse et une activation des voies de l’anaplérose (voies métaboliques dont le rôle est d’approvisionner le cycle TCA en intermédiaires métaboliques). Ces résultats, couplés avec une analyse métabolomique ciblée sur plusieurs composés, ont révélé la carence en nutriments rencontrée par le pathogène dans le HMC et les stratégies métaboliques utilisées pour s’adapter au microbiote intestinal. De plus, l’expression des gènes de virulence incluant les gènes du locus d’effacement des entérocytes (LEE) codant pour le système de sécrétion de type III sont réprimés dans le HMC par rapport au GFC indiquant la capacité du microbiote intestinal à réprimer la virulence des EHEC. L’influence de plusieurs composés intestinaux présents dans les contenus caecaux de rats sur l’expression des gènes de virulence d’EDL933 a ensuite été étudiée. Ces résultats ont démontré que deux composés, l’acide N-acétylneuraminique (Neu5Ac) et le N-acétylglucosamine (GlcNAc) répriment l’expression des gènes du LEE. La répression induite par ces composés s’effectue via NagC, le senseur du GlcNAc-6-P intracellulaire et le régulateur du catabolisme du GlcNAc et du galactose chez E. coli. NagC est un régulateur transcriptionnel inactivé en présence de GlcNAc-6-P qui dérive du catabolisme du Neu5Ac et du transport GlcNAc. Ce travail nous a permis d’identifier NagC comme un activateur des gènes du LEE et de mettre à jour un nouveau mécanisme qui permet la synchronisation de la virulence avec le métabolisme chez les EHEC O157:H7. La concentration du Neu5Ac et du GlcNAc est augmentée in vivo chez le rat par le symbiote humain Bacteroides thetaiotaomicron, indiquant la capacité de certaines espèces du microbiote intestinal à relâcher les composés répresseurs de la virulence des pathogènes. Ce travail a permis l’identification des adaptations métaboliques des EHEC O157:H7 en réponse au microbiote intestinal ainsi que la découverte d’un nouveau mécanisme de régulation de la virulence en réponse au métabolisme. Ces données peuvent contribuer à l’élaboration de nouvelles approches visant à limiter les infections à EHEC.

Caractérisation et évaluation de la virulence de souches cliniques de Clostridium perfringens chez le poulet à griller élevé sans antibiotique.

réalisé en cotutelle avec Marie Archambault

Distribution, Extracellular Virulence Factors and Drug Resistance of Motile Aeromonads in Fresh Water Ornamental Fishes and Associated Carriage Water

During last decades there has been a continuous growth of aquaculture industries all over the world and taking into consideration the spurt in freshwater ornamental fish aquaculture and trade in Kerala, the present study was aimed to assess the prevalence of various motile Aeromonas spp. in fresh water ornamental fishes and associated carriage water. The extracellular virulence factors and the antibiogram of the isolates were also elucidated. Various species of motile aeromonads such as Aeromonas caviae, A. hydrophila, A. jandaei, A. schubertii, A. sobria, A. trota and A. veronii were detected. Aeromonas sobria predominated both fish and water samples. Extracellular enzymes and toxins produced by motile aeromonds are important elements of bacterial virulence. The production of extracellular virulence factors - proteases, lipase, DNase and haemolysin by the isolates were studied. All the isolates from both fish and water samples produced gelatinase and nuclease but the ability to produce lipase, caseinase and haemolysins was found to vary among isolates from different sources. Among the 15 antibiotics to which the isolates were tested, all the isolates were found to be sensitive to chloramphenicol, ciprofloxacin and gentamicin and resistant to amoxycillin. Local aquarists maintain the fish in crowded stressful conditions, which could trigger infections by the obligate/ opportunistic pathogenic members among motile aeromonads

Virulence Potential And Antibiotic Susceptibility Pattern Of Motile Aeromonads Associated With Freshwater Ornamental Fish Culture Systems: A Possible Threat To public Health

Aeromonas spp. are ubiquitous aquatic organisms, associated with multitude of diseases in several species of animals, including fishes and humans. In the present study, water samples from two ornamental fish culture systems were analyzed for the presence of Aeromonas. Nutrient agar was used for Aeromonas isolation, and colonies (60 No) were identified through biochemical characterization. Seven clusters could be generated based on phenotypic characters, analyzed by the programme NTSYSpc, Version 2.02i, and identified as: Aeromonas caviae (33.3%), A. jandaei (38.3%) and A. veronii biovar sobria (28.3%). The strains isolated produced highly active hydrolytic enzymes, haemolytic activity and slime formation in varying proportions. The isolates were also tested for the enterotoxin genes (act, alt and ast), haemolytic toxins (hlyA and aerA), involved in type 3 secretion system (TTSS: ascV, aexT, aopP, aopO, ascF–ascG, and aopH), and glycerophospholipid-cholesterol acyltransferase (gcat). All isolates were found to be associated with at least one virulent gene. Moreover, they were resistant to frequently used antibiotics for human infections. The study demonstrates the pathogenic potential of Aeromonas, associated with ornamental fish culture systems suggesting the emerging threat to public health

Characterization and virulence potential of phenotypically diverse Aeromonas veronii isolates recovered from moribund freshwater ornamental fishes of Kerala, India

In the present study, we investigated the involvement of Aeromonas spp. in eliciting disease outbreaks in freshwater ornamental fishes across the state of Kerala, India. We investigated three incidences of disease, in which the moribund fishes exhibited clinical signs such as haemorrhagic septicemia (in gouramy, Trichogaster sp.), dropsy (in Oscar, Astronotus ocellatus) and tail rot/fin rot (in gold fish, Carassius carassius). Pure cultures (n = 20 from each fish; 60 in total) of Aeromonas spp. were recovered from the abdominal fluid as well as from internal organs of affected fishes, although they could not be identified to species level because of the variations in their phenotypic characters. The molecular fingerprinting of the isolates using Enterobacterial Repetitive Intergenic Consensus PCR proved the genetic diversity of the isolates from the three sites. The phylogenetic trees constructed using concatenated sequences (using 16S rRNA, gyrA, gyrB and rpoD genes) indicated that they were related to Aeromonas veronii. They exhibited marked cytotoxic and haemolytic activity, which were responsible for the pathogenic potential of the isolates. The isolates possessed multiple virulence genes such as enterotoxins (act and alt), haemolytic toxins (aerA and hlyA), genes involved in type III secretion system (ascV, aexT and ascF–ascG), glycerophospholipid-cholesterol acyltransferase (gcat) and a type IV pilus (tapA) gene, as determined by PCR. Virulence of representative isolates to goldfish was also tested, and we found LD50 values of 104.07–105.35 cfu/fish. Furthermore, the organisms could be recovered as pure cultures from the lesions as well as from the internal organs.

Distribution, extracellular virulence factors and antibiogram of motile aeromonads in fresh water ornamental fishes and immune response of Cyprinus carpio against Aeromonas hydrophila infection

The thesis deals with the prevalence and distribution of motile aeromonads in selected ornamental fishes. The presence of motile aeromonads in ornamental fishes and associated carriage water is well documented. Though aeromonads are a part of autochthonous flora of natural waters, disease outbreak occurs as a result of environmental stress on the cultured species and virulence of the pathogens. While ornamental aquaculture in many parts of the world is highly organized and practiced scientifically, it is highly unorganized in India. The culture ponds/tanks are often maintained in very poor manner and the fishes are subjected to high degree of stress during transportation from the production facility to retail vendors. The situation is no better at retail outlets, where fishes are maintained in crowded condition without proper aeration or food. All these could result in high prevalence of diseases caused by motile aeromonads. No systematic study has been carried out to understand the prevalence of motile aeromonads in ornamental fishes and carriage water . It also gives an account of the production of extracellular virulence factors and the antibiogram of the different species of motile aeromonads isolated. The growth characteristics and virulence potential of a representative strain of Aeromonas hydrophila is also studied. The nucleotide sequencing of the strain was carried out and sequences deposited in Genbank. Survival and immune response of Cyprinus carpio under different stress conditions and on probiotic treatment with Bacillus NL110, when challenged with A. hydrophila is also dealt within this thesis.

Fire blight (Erwinia amylovora) of rosaceous plants. Pathogen virulence and selection and characterization of biological control agents

El fuego bacteriano, causado por Erwinia amylovora, es una enfermedad muy importante a nivel comercial y económico porque afecta a plantas de la familia de las rosáceas y es especialmente agresiva en manzano (Pyrus malus) y peral (Pyrus communis), así como en plantas ornamentales (Crataegus, Cotoneaster o Pyracantha). Esta enfermedad está distribuida por todo el mundo en zonas climáticas templadas de Amércia del Norte, Nueva Zelanda, Japón, Israel, Turquí y Europa. En España, el fuego bacteriano fue detectado por primera vez en 1995 en el norte del País (Euskadi) y más tarde en nuevos focos aparecidos en otras áreas. La enfermedad puede ser controlada comercialmente mediante la aplicación de pesticidas quimicos (derivados de cobre, antibioticos). Sin embargo, muchos de los productos químicos presentan baja actividad o causan fitotoxicidad, y la estreptomicina, el producto más eficaz, esta prohibido en muchos países, incluyendo España. Por tanto, en ausencia de apropiados agentes químicos, el control biológico se contempla como una buena alternativa. En el presente trabajo, un agente de control biológico, Pseudomonas fluorescens EPS62e, ha sido seleccionada de entre 600 aislados de las especies P. fluorescens y Pantoea agglomerans obtenidos de flores, frutos y hojas de plantas de la familia de las rosáceas durante una prospección llevada a cabo en varias áreas geográficas de España. La cepa ha sido seleccionada por su capacidad de suprimir la infecciones producidas por E. amylovora frutos inmaduros, flores y brotes de peral en condiciones de ambiente controlado, presentando unos niveles de control similares a los obtenidos mediante el control químico usando derivados de cobre o antibióticos. La cepa además ha mostrado la capacidad de colonizar y sobrevivir en flores y heridas producidas en frutos inmaduros en condiciones de ambiento controlado pero también en flores en condiciones de campo. La exclusión de E. amylovora medinate la colonización de la superficie, el consumo de nutrientes, y la interacción entre las células del patógeno y del agente de biocontrol es la principal causa de la inhibición del fuego bacteriano por la cepa EPS62e. Estas características constituyen aspectos interesantes para un desarrollo efectivo de la cepa EPS62e como un agente de biocontrol del fuego bacteriano en condiciones comerciales.

Interference competition and high temperature reduce the ‘virulence’ of fig wasps and contribute to stability of a fig-wasp mutualism

Fig trees are pollinated by fig wasps, which also oviposit in female flowers. The wasp larvae gall and eat developing seeds. Although fig trees benefit from allowing wasps to oviposit, because the wasp offspring disperse pollen, figs must prevent wasps from ovipositing in all flowers, or seed production would cease, and the mutualism would go extinct. In Ficus racemosa, we find that syconia (‘figs’) that have few foundresses (ovipositing wasps) are underexploited in the summer (few seeds, few galls, many empty ovules) and are overexploited in the winter (few seeds, many galls, few empty ovules). Conversely, syconia with many foundresses produce intermediate numbers of galls and seeds, regardless of season. We use experiments to explain these patterns, and thus, to explain how this mutualism is maintained. In the hot summer, wasps suffer short lifespans and therefore fail to oviposit in many flowers. In contrast, cooler temperatures in the winter permit longer wasp lifespans, which in turn allows most flowers to be exploited by the wasps. However, even in winter, only in syconia that happen to have few foundresses are most flowers turned into galls. In syconia with higher numbers of foundresses, interference competition reduces foundress lifespans, which reduces the proportion of flowers that are galled. We further show that syconia encourage the entry of multiple foundresses by delaying ostiole closure. Taken together, these factors allow fig trees to reduce galling in the wasp-benign winter and boost galling (and pollination) in the wasp-stressing summer. Interference competition has been shown to reduce virulence in pathogenic bacteria. Our results show that interference also maintains cooperation in a classic, cooperative symbiosis, thus linking theories of virulence and mutualism. More generally, our results reveal how frequency-dependent population regulation can occur in the fig-wasp mutualism, and how a host species can ‘set the rules of the game’ to ensure mutualistic behavior in its symbionts.

Evolution of microbial virulence: the benefits of stress

Although genome sequencing of microbial pathogens has shed light on the evolution of virulence, the drivers of the gain and loss of genes and of pathogenicity islands (gene clusters), which contribute to the emergence of new disease outbreaks, are unclear. Recent experiments with the bean pathogen Pseudomonas syringae pv. phaseolicola illustrate how exposure to resistance mechanisms acts as the driving force for genome reorganization. Here we argue that the antimicrobial conditions generated by host defences can accelerate the generation of genome rearrangements that provide selective advantages to the invading microbe. Similar exposure to environmental stress outside the host could also drive the horizontal gene transfer that has led to the evolution of pathogenicity towards both animals and plants.

Changes in race-specific virulence in pseudomonas syringae pv. phaseolicola are Associated with a chimeric transposable element and rare deletion events in a plasmid-borne pathogenicity island

Virulence for bean and soybean is determined by effector genes in a plasmid-borne pathogenicity island (PAI) in race 7 strain 1449B of Pseudomonas syringae pv. phaseolicola. One of the effector genes, avrPphF, confers either pathogenicity, virulence, or avirulence depending on the plant host and is absent from races 2, 3, 4, 6, and 8 of this pathogen. Analysis of cosmid clones and comparison of DNA sequences showed that the absence of avrPphF from strain 1448A is due to deletion of a continuous 9.5-kb fragment. The remainder of the PAI is well conserved in strains 1448A and 1449B. The left junction of the deleted region consists of a chimeric transposable element generated from the fusion of homologs of IS1492 from Pseudomonas putida and IS1090 from Ralstonia eutropha. The borders of the deletion were conserved in 66 P. syringae pv. phaseolicola strains isolated in different countries and representing the five races lacking avrPphF. However, six strains isolated in Spain had a 10.5-kb deletion that extended 1 kb further from the right junction. The perfect conservation of the 28-nucleotide right repeat of the IS1090 homolog in the two deletion types and in the other 47 insertions of the IS1090 homolog in the 1448A genome strongly suggests that the avrPphF deletions were mediated by the activity of the chimeric mobile element. Our data strongly support a clonal origin for the races of P. syringae pv. phaseolicola lacking avrPphF.