Stochasticity and bistability in horizontal transfer control of a genomic island in Pseudomonas.

Genomic islands (GEI) comprise a recently recognized large family of potentially mobile DNA elements and play an important role in the rapid differentiation and adaptation of bacteria. Most importantly, GEIs have been implicated in the acquisition of virulence factors, antibiotic resistances or toxic compound metabolism. Despite detailed information on coding capacities of GEIs, little is known about the regulatory decisions in individual cells controlling GEI transfer. Here, we show how self-transfer of ICEclc, a GEI in Pseudomonas knackmussii B13 is controlled by a series of stochastic processes, the result of which is that only a few percent of cells in a population will excise ICEclc and launch transfer. Stochastic processes have been implicated before in producing bistable phenotypic transitions, such as sporulation and competence development, but never before in horizontal gene transfer (HGT). Bistability is instigated during stationary phase at the level of expression of an activator protein InrR that lays encoded on ICEclc, and then faithfully propagated to a bistable expression of the IntB13 integrase, the enzyme responsible for excision and integration of the ICEclc. Our results demonstrate how GEI of a very widespread family are likely to control their transfer rates. Furthermore, they help to explain why HGT is typically confined to few members within a population of cells. The finding that, despite apparent stochasticity, HGT rates can be modulated by external environmental conditions provides an explanation as to why selective conditions can promote DNA exchange.

Regulation of horizontal gene transfer of the catabolic island ICEclc

ICEclc is a mobile genetic element found in two copies on the chromosome of the bacterium Pseudomonas knackmussii B13. ICEclc harbors genes encoding metabolic pathways for the degradation of chlorocatechols (CLC) and 2-aminophenol (2AP). At low frequencies, ICEclc excises from the chromosome, closes into a circular DNA molecule which can transfer to another bacterium via conjugation. Once in the recipient cell, ICEclc can reintegrate into the chromosome by site-specific recombination. This thesis aimed at identifying the regulatory network underlying the decisions for ICEclc horizontal transfer (HGT). The first chapter is an introduction on integrative and conjugative elements (ICEs) more in general, of which ICEclc is one example. In particular I emphasized the current knowledge of regulation and conjugation machineries of the different classes of ICE. In the second chapter, I describe a transcriptional analysis using microarrays and other experiments to understand expression of ICEclc in exponential and stationary phase. By overlaying transcriptomic profiles with Northern hybridizations and RT- PCR data, we established a transcription map for the entire core region of ICEclc, a region assumed to encode the ICE conjugation process. We also demonstrated how transcription of the ICEclc core is maximal in stationary phase, which correlates to expression of reporter genes fused to key ICEclc promoters. In the third chapter, I present a transcriptome analysis of ICEclc in a variety of different host species, in order to explore whether there are species-specific differences. In the fourth chapter, I focus on the role of a curious ICEclc-encoded TetR-type transcriptional repressor. We find that this gene, which we name mfsR, not only controls its own expression but that of a set of genes for a putative multi-drug efflux pump (mfsABC) as well. By using a combination of biochemical and molecular biology techniques, I could show that MfsR specifically binds to operator boxes in two ICEclc promoters (PmfsR and PmfsA), inhibiting the transcription of both the mfsR and mfsABC-orf38184 operons. Although we could not detect a clear phenotype of an mfsABC deletion, we discuss the implications of pump gene reorganizations in ICEclc and close relatives. In the fifth chapter, we find that mfsR not only controls its own expression and that of the mfsABC operon, but is also indirectly controlling ICEclc transfer. Using gene deletions, microarrays, transfer assays and microscopy-based reporter fusions, we demonstrate that mfsR actually controls a small operon of three regulatory genes. The last gene of this mfsR operon, orf17162, encodes a LysR-type activator that when deleted strongly impairs ICEclc transfer. Interestingly, deletion of mfsR leads to transfer competence in almost all cells, thereby overruling the bistability process in the wild-type. In the final sixth chapter, I discuss the relevance of the present thesis and the resulting perspectives for future studies.

Cellular variability of RpoS expression underlies subpopulation activation of an integrative and conjugative element.

Conjugative transfer of the integrative and conjugative element ICEclc in the bacterium Pseudomonas knackmussii is the consequence of a bistable decision taken in some 3% of cells in a population during stationary phase. Here we study the possible control exerted by the stationary phase sigma factor RpoS on the bistability decision. The gene for RpoS in P. knackmussii B13 was characterized, and a loss-of-function mutant was produced and complemented. We found that, in absence of RpoS, ICEclc transfer rates and activation of two key ICEclc promoters (P(int) and P(inR)) decrease significantly in cells during stationary phase. Microarray and gene reporter analysis indicated that the most direct effect of RpoS is on P(inR), whereas one of the gene products from the P(inR)-controlled operon (InrR) transmits activation to P(int) and other ICEclc core genes. Addition of a second rpoS copy under control of its native promoter resulted in an increase of the proportion of cells expressing the P(int) and P(inR) promoters to 18%. Strains in which rpoS was replaced by an rpoS-mcherry fusion showed high mCherry fluorescence of individual cells that had activated P(int) and P(inR), whereas a double-copy rpoS-mcherry-containing strain displayed twice as much mCherry fluorescence. This suggested that high RpoS levels are a prerequisite for an individual cell to activate P(inR) and thus ICEclc transfer. Double promoter-reporter fusions confirmed that expression of P(inR) is dominated by extrinsic noise, such as being the result of cellular variability in RpoS. In contrast, expression from P(int) is dominated by intrinsic noise, indicating it is specific to the ICEclc transmission cascade. Our results demonstrate how stochastic noise levels of global transcription factors can be transduced to a precise signaling cascade in a subpopulation of cells leading to ICE activation.

Expression of SCCmec cassette chromosome recombinases in methicillin-resistant Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis.

OBJECTIVES: Methicillin resistance in staphylococci is mediated by the mecA gene, which is carried on the staphylococcal cassette chromosome mec (SCCmec). SCCmec is responsible for vertical and horizontal transfer of methicillin resistance. Horizontal transfer implies first SCCmec excision from the chromosome. Site-specific excision is catalysed by the Ccr recombinases, which are encoded by ccrAB genes located on the cassette. The aim of this study is to determine the promoter activity of ccrAB genes in individual cells of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (N315, COL and MW2) and Staphylococcus epidermidis (RP62A). One mutant cured of its SCCmec (N315EX) was also used. Exposure to various stresses was included in the study. METHODS: For each strain, translational promoter-green fluorescent protein (gfp) fusions were used to assess the levels of ccr promoter activity in individual cells. Analyses were performed using epifluorescence microscopy and flow cytometry. RESULTS: ccr promoter activity was observed in only a small percentage of cell populations. This 'bistable' phenotype was strain dependent (GFP was expressed in N315 and RP62A, but not in COL and MW2) and growth dependent (GFP-expressing cells decreased from approximately 3% to 1% between logarithmic and stationary growth phases). The ccr promoter of strain N315 displayed normal promoter activity when expressed in SCCmec-negative N315EX. Likewise, the ccr promoter of strain COL (which was inactive in COL) showed normal N315-like activity when transformed into N315 and N315EX. CONCLUSIONS: SCCmec excision operates through bistability, favouring a small fraction of cells to 'sacrifice' their genomic islands for transfer, while the rest of the population remains intact. Determinants responsible for the activity of the ccr promoter were not located on SCCmec, but were elsewhere on the genome. Thus, the staphylococcal chromosome plays a key role in determining SCCmec stability and transferability.

Excision of the Staphylococcal Cassette Chromosome mec (SCCmec) and its crucial role in the horizontal transfer of methicillin resistance in staphylococci.

Staphylococcus aureus est un pathogène humain majeur ayant développé des résistances contre la quasi totalité des antibiotiques disponibles, incluant la très importante famille des β- lactamines. La résistance à cette classe d'antibiotiques est conférée par la « Staphylococcal Cassette Chromosome mec » (SCCmec), qui est un élément génétique mobile capable de s'insérer dans le chromosome bactérien et capable d'être transféré horizontalement chez d'autres staphylocoques. Le mécanisme moléculaire impliqué dans ce transfert horizontal demeure largement inconnu. L'une des premières étapes du transfert est l'excision du SCC mec du chromosome bactérien. Cette excision est promue par des enzymes codées par l'élément SCCmec lui- même et appelées de ce fait « Cassette Chromosome Recombinases » (Ccr). L'un des buts de ce travail de thèse a été de comprendre la régulation de l'expression des gènes codant pour les Ccr recombinases. En utilisant des outils moléculaires originaux, nous avons été en mesure de démontrer en premier lieu que les Ccr recombinases étaient exprimées de façon « bistable », c'est à dire qu'uniquement quelques pourcents de cellules dans une population exprimaient ces gènes à un temps donné. Dans un deuxième temps, nous avons également démontré que l'expression de ces gènes était régulée par des facteurs étrangers au SCC mec. L'expression bistable des recombinases est un concept important. Effectivement, cela permet à la majorité des cellules d'une population de conserver l'élément SCC mec, alors que seulement une petite fraction le perd afin de le rendre disponible pour un transfert. Ainsi, alors que l'élément SCC mec continue de se propager avec la multiplication des bactéries Staphylococcus aureus résistant à la méticilline (SARM), il peut être simultanément transmis à des souches susceptibles (Staphylococcus aureus susceptible à la méticilline, SASM), entraînant l'apparition de nouveaux SARM. De façon très intéressante, le fait que cette bistabilité est contrôlée par les bactéries, et non le SCCmec lui-même, montre que la décision de transférer ou non la cassette SCC mec appartient à la bactérie. En conséquence, il doit exister dans la nature des souches qui sont plus ou moins aptes à effectuer ce transfert. En nous appuyant sur ces observations, nous avons montré que l'excision du SCC mec était effectivement régulée de façon très étroite au cours de la division cellulaire, et ne se passait que pendant un temps limité au début de la croissance. Ce résultat est compatible avec une régulation génétique commandée par la densité cellulaire, qui pourrait être dépendante de la production de signaux extracellulaires, du type que l'on rencontre dans le quorum sensing. Les signaux hypothétiques entraînant l'excision du SCC mec restent inconnus à l'heure actuelle. La connaissance de ces signaux pourrait se révéler très importante afin de développer des stratégies pour interférer avec la dissémination de la résistance au β-lactamines. Deux sujets additionnels ont été logiquement investigués au vu de ces premiers résultats. Premièrement, si certaines souches de SARM sont plus ou moins aptes à déclencher l'excision du SCC mec, de même certaines souches de SASM devraient être plus ou moins aptes à acquérir cet élément. Deuxièmement, afin d'étudier ces mécanismes de transfert au niveau épidémiologique, il nous a été nécessaire de développer des outils nous permettant d'explorer le phénomène à une plus large échelle. Concernant le premier point, il a été postulé que certains SASM seraient réfractaires à l'intégration génomique d'un SCC mec en raison de polymorphismes particuliers à proximité du site d'insertion chromosomique (attB). En étudiant plus de 40 isolais de S. aureus, provenant de porteurs sains, nous avons confirmé ce polymorphisme dans l'environnement à'attB. De plus, nous avons pu montrer que ces régions polymorphiques ont évolué parallèlement à des groupes phylogénétiques bien connus. Ainsi, si des telles régions réfractaires à l'intégration de SCC mec existent, celles-ci devraient ségréger dans des complexes clonaux bien définis qui devraient être facilement identifiables au niveau épidémiologique. Concernant le second point, nous avons été capables de construire un système rapporteur de l'excision du SCCmec, en utilisant un plasmide à faible copie. Ce système consistait en un promoteur fort et un gène codant pour une protéine verte fluorescente (GFP) sous le contrôle d'un promoteur fort séparés à l'aide d'un élément SCC artificiel portant trois terminateurs de transcription. Ainsi, la fluorescence ne s'exprime que si l'élément SCC est excisé du plasmide. Ce système a été testé avec succès dans plusieurs types de staphylocoques, et est actuellement évalué dans d'autres souches et conditions stimulant ou inhibant l'excision. De manière générale, cette dissertation représente parcours scientifique à travers plusieurs aspects d'un problème de santé publique majeur en rapport avec la résistance bactérienne aux antibiotiques. Ce travail s'attaque à des problèmes fondamentaux concernant le transfert horizontal de l'élément SCC mec. De plus, il s'intéresse à des aspects plus généraux de cet élément génétique mobile qui pourraient se révéler très importants en terme de mouvement de gènes au sein des staphylocoques, voir d'autres bactéries gram-positives. Finalement ce travail de thèse met en place le fondamentaux requis pour des recherches futures visant à interférer avec le transfert horizontal de la résistance aux β-lactamines. - Staphylococcus aureus is a major human pathogen. Moreover, S. aureus have developed resistance to almost all available antibiotics, including the important family of β-lactam molecules. Intrinsic resistance to β-lactams is conferred by the Staphylococcal Cassette Chromosome mec (SCCmec), which is a mobile genomic island that inserts into the staphylococcal chromosome and can be horizontally transferred into other staphylococci. However, little is known about the molecular mechanisms involved in this horizontal transfer into naïve strains. One of the first steps in SCC mec horizontal transfer is its excision from the chromosome. Excision is mediated by recombinase enzymes that are encoded by SCC mec itself, and named accordingly Ccr recombinases - for Cassette Chromosome recombinases. One goal of this thesis was to understand the regulation these recombinase genes. By using original molecular tools we could demonstrate first that the Ccr recombinases were expressed in a "bistable" manner, i.e. in only few percentages of the bacterial cells at a given time, and second that they were regulated by determinants that were not encoded on the SCC mec element, but elsewhere on the staphylococcal genome. "Bistable" expression Ccr recombinases is an important concept. It allows SCC mec to be excised and thus available for horizontal transfer, while ensuring that only some cells, but not the whole population, loose their valuable SCC mec genes. Thus, while the SCC mec element expands with the multiplication of the MRSA colony, it can simultaneously be transmitted into methicillin-susceptible S. aureus (MSSA), which convert into new MRSA. Most interestingly, the fact that bistability was regulated by the cells, rather than by SCC mec, indicates that it was the choice of the bacteria to trigger or not SCC mec transfer. As a consequence, there must be, in nature, staphylococcal strains that are more or less prone to sustain SCC mec transfer. Following these seminal observations we found that excision was indeed tightly regulated during bacterial division, and occurred only during a limited period of time at the beginning of bacterial growth. This is compatible with cell-density mediated gene regulation, and may depend on the production of extracellular signal molecules that transmit appropriate orders to neighboring cells, such as in quorum sensing. The potential signal triggering SCCmec excision is as yet unknown. However, it could be critical in promoting the horizontal transfer of methicillin resistance, or for the possible development of means to interfere with it. Two additional hypothesis were logically investigated in the view of these first results. First, if some strains of MRSA might be more prone than others to promote SCC mec excision, then some strains of MS SA might be more or less prone to acquire the element as well. Second, to investigate these multiple mechanisms at an epidemiological level, one would need to develop tools amenable to explore S. aureus strains at a larger scale. Regarding the first issue, it was postulated by others that some MSSA might be refractory to SCC mec integration because they had peculiar DNA polymorphisms in the vicinity of the site-specific chromosomal entry point {attB) of SCC mec. By studying >40 S. aureus isolates from healthy carriers, we confirmed the polymorphism of the attB environment. Moreover, we could show that these polymorphic regions co-evolved with well-known phylogenic clonal clusters. Therefore, if SCCwec-refractory attB environments exist, then they would segregate in well- defined S. aureus clonal clusters that would be easy to identify at the epidemiological level. Regarding the second issue, we were able to construct a new excision reporter system in a low copy number S. aureus plasmid. The reporter system consists in a strong promoter driving a green fluorescent protein {gfp) gene, separated by an artificial SCC-like element carrying three transcriptional terminators. Thus, fluorescence is not expressed unless the SCC-like element is excised. The system has been successfully tested in several aureus and non- aureus staphylococci, and is now being applied to more strains and various excision- triggering or inhibiting conditions. Altogether the dissertation is a scientific journey through various aspects of a salient medical problem with regard to antibiotic resistance and public health threat. The research work tackles fundamental issues about the mechanisms of horizontal transfer of the SCC mec element. Moreover, it also addresses more general features of this mobile element, which could be of larger importance with regard to gene trafficking in staphylococci, and maybe other gram-positive bacteria. Finally, the dissertation sets the fundamentals for future work and possible new ways to interfere with the horizontal transfer of methicillin resistance.

A quorum sensing regulated small volatile molecule reduces acute virulence and promotes chronic infection phenotypes.

A significant number of environmental microorganisms can cause serious, even fatal, acute and chronic infections in humans. The severity and outcome of each type of infection depends on the expression of specific bacterial phenotypes controlled by complex regulatory networks that sense and respond to the host environment. Although bacterial signals that contribute to a successful acute infection have been identified in a number of pathogens, the signals that mediate the onset and establishment of chronic infections have yet to be discovered. We identified a volatile, low molecular weight molecule, 2-amino acetophenone (2-AA), produced by the opportunistic human pathogen Pseudomonas aeruginosa that reduces bacterial virulence in vivo in flies and in an acute mouse infection model. 2-AA modulates the activity of the virulence regulator MvfR (multiple virulence factor regulator) via a negative feedback loop and it promotes the emergence of P. aeruginosa phenotypes that likely promote chronic lung infections, including accumulation of lasR mutants, long-term survival at stationary phase, and persistence in a Drosophila infection model. We report for the first time the existence of a quorum sensing (QS) regulated volatile molecule that induces bistability phenotype by stochastically silencing acute virulence functions in P. aeruginosa. We propose that 2-AA mediates changes in a subpopulation of cells that facilitate the exploitation of dynamic host environments and promote gene expression changes that favor chronic infections.

Regulation of bistable ICEclc transfer in pseudomonas knackmussii B13

L'élément génétique intégratif et conjugatif auto-transférable de 103 kb qui se trouve dans le génome de Pseudomonas knackmussii B13 (ICEc/c) confère la capacité de dégrader le 3-chlorobenzoate et le 2-aminophénol. L'élément ICE c/c peut être transféré par conjugaison de la souche B13 à diverses bêta- et gamma- protéobactéries. Seule une sous-population de 3 à 5% des cellules transfère l'élément, les cellules dites "compétentes pour le transfert". L'acquisition de la compétence pour le transfert est vraisemblablement la conséquence d'une régulation bistable, conduisant une partie des cellules au transfert de l'élément ICE c/c tandis que, dans les autres, l'élément reste quiescent et ne se transfère pas. À ce jour, les mécanismes et les acteurs moléculaires qui régulent l'activation bistable de l'élément sont restés inconnus. Mon travail de doctorat visait à identifier les éléments bistables du régulon de la compétence pour le transfert et d'analyser les fondements moléculaires de la bistabilité de l'élément ICE c/c chez P. knackmussii. Le premier chapitre introduit le thème du transfert génétique horizontal avec un accent particulier sur les éléments intégratifs et conjugatifs (ICE) et ICEcIc. L'état actuel des connaissances sur l'organisation génétique, la régulation, l'intégration et le transfert de différents modèles de ICEs est exposé en détail. En outre, je m'étends sur les phénomènes d'hétérogénéité et de bistabilité phénotyplques, qu'on peut distinguer dans une population isogénique dans des conditions de culture homogènes, et qui sont susceptibles de jouer un rôle dans le transfert de l'élément ICE c/c, dans la mesure où il ne s'active et n'est transférable que dans une très petite sous-population de cellules. Dans le chapitre 2, je présente une analyse globale des régions promotrices minimales des gènes appartenant au régulon de la compétence pour le transfert de l'élément ICE c/c. Nous avons étudié les caractéristiques d'expression des promoteurs et, s'ils s'avéraient bistables, leur activation dans le temps par comparaison avec le mutant lntB13. Pour ce faire, nous avons utilisé des fusions de promoteurs avec des gènes rapporteurs et testé l'expression bistable chez P. knackmussii par microscopie à épifluorescence. Pour six promoteurs présentant une expression bistable, nous avons employé de la microscopie temporelle pour déterminer la chronologie de leur expression par rapport à Pint et PinR. Parmi eux, nous avons identifié deux gènes exprimés précocement et trois gènes exprimés tardivement dans le processus d'acquisition de la compétence de transfert. Dans le chapitre 3, j'expose une analyse d'expression génétique pour l'un des groupes de gènes dont la transcription est la plus élevée dans la région conservée de ICE c/c, les gènes orf81655-orf68241 contenus dans une région de 14 kb. Nous montrons d'abord que cet opéron fait partie du même régulon bistable que intB13 et inrR et analysons les caractéristiques génétiques qui conduisent à une transcription élevée. Nous étudions les fonctions biologiques de ce groupe de gènes par des délétlons ciblées et montrons que certaines d'entre elles empêchent le transfert de l'élément. Nous approfondissons la caractérlsatlon de I'orf8l655 en construisant une fusion transcrlptionnelle avec le gène codant pour la protéine fluorescente verte (egfp) (en utilisant le système minl-Tn5). L'expression de Vorf81655 dans des cellules individuelles est comparée au signal mesuré par hybridation in situ en fluorescence (FISH) sur le ARN messager du gène. En utilisant FISH, des délétlons du promoteur et de l'analyse directe de transcription, nous avons localisé la région promotrice du groupe de gènes. En outre, nous avons utilisé des mutations dirigées pour comprendre la bistabilité de cette région promotrice, caractérisée par une transcription très élevée et une traduction lente de l'ARN messager.  Dans le chapitre 4, nous nous efforçons de comprendre comment la bistabilité est générée au sein du régulon te de l'élément ICE c/c. Pour ce faire, nous avons tenté de reconstituer une expression bistable, dans un hôte qui ne présente pas de bistabilité naturellement, à partir d'éléments génétiques individuels. L'hôte choisi est Pseudomonas putida dans lequel nous avons introduit une copie unique de Pint, PinR ou PaipA fusionnés à la egfp, construits qui permettent d'observer l'apparition de bistabilité. Nous avons ensuite construit différents assemblages de composants génétiques de l'élément ICE c/c, en nous concentrant sur la région parA-inrR. En effet, nous avons pu démontrer qu'une expression bistable apparaît dans P. putida grâce à ces éléments en l'absence de l'élément ICE c/c complet. À noter que la plupart des construits génétiques activent PaipA ou P|,,R, mais qu'un seul recrée la bistabilité de Pint, ce qui suggère que la région parA-inrR permet à la fois d'engendrer la bistabilité et d'opérer la transition entre les promoteurs précoces et les promoteurs tardifs du régulon de la bistabilité. Dans le chapitre 5, nous concluons sur une discussion de la pertinence de nos résultats et sur de futures perspectives de recherche. -- The 103-kb self-transmissible integrative and conjugative element (ICE) of Pseudomonas knackmussii B13 (ICEc/c) confers the capacity to degrade 3- chlorobenzoate and 2-aminophenol. ICEc/c can be conjugated from strain B13 to a variety of Beta- and Gammaproteobacteria. Interestingly, ICE c/c transfer is observed in a subpopulatlon of cells (3-5%) only, the so-called 'transfer competent' cells. The formation of transfer competence (tc) is thought to be the consequence of a 'bistable' decision, which forces those cells to follow the developmental path which leads to ICEc/c transfer, whereas in others ICE c/c remains silent and does not transfer. So far, the mechanisms and molecular partners generating this bistable transfer activation in cells of P. knackmussii B13 remain mostly unidentified. This thesis aimed at understanding the extent of the tc bistability regulon and to dissect the molecular basis of bistabillty formation of ICEc/c in P. knackmussii. The first chapter is a general Introduction on horizontal gene transfer (HGT) with particular emphasis on ICEs and ICE c/c. The emphasis is made on the current knowledge about the HGT gene organization, regulation and specific integration and transfer aspects of the different ICEs models. Furthermore, I focus on the phenomena of phenotypic heterogeneity and bistability (the property of two distinguishable phenotypes existing within an isogenic population under homogeneous conditions), which may play a particular role in ICEc/c behaviour, since ICE activation and transfer only occurs in a very small subpopulation of cells. In Chapter Two, I focus on a global analysis of the different core promoters that might belong to the ICEc/c tc pathway regulon. We studied both expression patterns of ICEc/c promoters and, once being identified as "bistable", their temporal activation compared to that of intB13. In order to do this, we used promoter reporter fusions and tested blstability expression in P. knackmussii using epifluorescence microscopy. For the 6 promoters that showed bistable expression, we used time-lapse microscopy to study the timing of promoter expression in comparison to that of P,,,t or PlnR. We could establish two "early" and 3 "late" phase promoters in the process of transfer competence. In Chapter Three, I focused my attention on analysis of gene expression of one of the most highly transcribed gene clusters in the conserved core region of ICEc/c, a 14-kb gene cluster formed by the genes orf81655-orf68241. First we showed that this operon is part of the same bistability 'regulon' as intB13 and inrR, and analysed the genetic features that lead to high transcription. We studied the potential biological function of this cluster for ICE c/c by making specific gene deletions, showing that some interrupt ICEc/c transfer. We further analysed the orfdl655 promoter by constructing transcriptional egfp fusion reporter strains using the miniTn5 delivery system. Expression of the orf81655 promoter in single cells was compared to signals measured by Fluorescence In Situ Hybridization (FISH) on orfSl655 mRNA. We localized the promoter region of the gene cluster using FISH, promoter deletions, and by direct transcript analysis. We further used site-directed mutagenesis to understand the bistability character of the promoter region and the extremely high transcription but low translation from this mRNA. In Chapter Four, we set out to understand how bistability is generated in the tc pathway of ICEc/c. For this we tried rebuilding bistable expression from ICEc/c individual gene components in a host, which normally does not display bistability. As host we used P. putida without ICEc/c but with a single copy Pint-, PlnR- or PalpA- egfp fusion that enabled us to verify bistability formation. Subsequently, we built different assemblages of ICEc/c gene components, focusing on the parA-inrR region. Indeed, we found that bistable expression can be build from those components in P. putida without ICEc/c. Interestingly, most genetic constructs activated PaipA or PlnR, but only one resulted in bistable activation of PinT. This suggests that the parA-inrR region acts as a bistability "generator", but also as a bistability "relay" from early to late promoters in the tc pathway hierarchy. In the final fifth chapter, we conclude with a discussion of the relevance of the present thesis and the resulting perspectives for future studies.