Sujet thèse N. Leblond-Bourget Allocation 2009

Description

Proposition de thèse Ecole doctorale : Ressources Procédés Produits Environnement – ED n°410 Laboratoire d’accueil : Génétique et Microbiologie, UMR UHP/INRA 1128 IFR 110 Faculté des Sciences et Techniques, Vandœuvre-lès-Nancy Directeur de Thèse : Nathalie Leblond-Bourget [e-mail] ℡ 03 83 68 42 10 Durée de la Thèse : 3 ans Titre de la Thèse Caractérisation des mécanismes de signalisation et de réponse aux stress impliquant les régulateurs transcriptionnels Rgg de la bactérie industrielle Streptococcus thermophilus Contexte de la demande Streptococcus themophilus est une bactérie à fort potentiel industriel. Elle est employée dans les entreprises agroalimentaires comme ferment lactique pour la production de yaourts et de nombreux fromages. Au cours des procédés industriels, S. thermophilus est soumise à de brusques variations de son environnement. Pour continuer leur croissance, les bactéries adaptent leur physiologie et mettent en place des systèmes de protection contre ces agressions. Ces réponses nécessitent des réseaux complexes de régulations permettant l’ajustement du phénotype (métabolisme, morphologie) en réponse aux signaux de l’environnement. Parmi les régulateurs transcriptionels identifiés au sein des génomes de souches de S. thermophilus, deux appartenant à la famille multigénique rgg sont importants pour la survie des cellules en condition de stress oxydant (Fernandez et al., 2004 et 2006) . Le rôle de ces ...

Sujets

• Documents
• Savoirs
• Science de la nature

Informations

• Publié par: Theyr
• Nombre de lectures: 83
• Langue: Français

Exrait

Proposition de thèse

Ecole doctorale : Ressources Procédés Produits Environnement – ED n°410

Laboratoire d’accueil :

Génétique et Microbiologie, UMR UHP/INRA 1128 IFR 110

Faculté des Sciences et Techniques, Vandoeuvre-lès-Nancy

Directeur de Thèse :

Nathalie Leblond-Bourget

[e-mail]

℡

03 83 68 42 10

Durée de la Thèse :

3 ans

Titre de la Thèse

Caractérisation des mécanismes de signalisation et de réponse aux stress impliquant les régulateurs

transcriptionnels Rgg de la bactérie industrielle

Streptococcus thermophilus

Contexte de la demande

Streptococcus themophilus

est une bactérie à fort potentiel industriel. Elle est employée dans les

entreprises agroalimentaires comme ferment lactique pour la production de yaourts et de nombreux

fromages.

Au cours des procédés industriels,

S. thermophilus

est soumise à de brusques variations de son

environnement. Pour continuer leur croissance, les bactéries adaptent leur physiologie et mettent en place

des systèmes de protection contre ces agressions. Ces réponses nécessitent des réseaux complexes de

régulations permettant l’ajustement du phénotype (métabolisme, morphologie) en réponse aux signaux de

l’environnement. Parmi les régulateurs transcriptionels identifiés au sein des génomes de souches de

S. thermophilus

, deux appartenant à la famille multigénique

rgg

sont importants pour la survie des cellules en

condition de stress oxydant (Fernandez

et al

., 2004 et 2006) . Le rôle de ces régulateurs est aussi étayé par

les données bibliographiques qui révèlent que les protéines Rgg des streptocoques pathogènes contrôlent

des gènes de nature très variée, souvent essentiels à la survie des cellules en conditions de stress et à la

colonisation de leurs hôtes (Chaussee et al., 2003 et 2004).

A l’échelle de la population bactérienne, un mécanisme permettant une réponse coordonnée des

individus qui la compose, basé sur l’augmentation de la densité cellulaire a été mis en évidence au sein de

plusieurs espèces bactériennes. Ce mécanisme de communication cellulaire, nommé « quorum sensing »,

consiste en l’émission dans le milieu extracellulaire de molécules de signalisation, qui sont captées par des

systèmes senseurs et dont la finalité est la modulation de l’expression de gènes permettant l’adaptation des

bactéries à leur environnement. L’hypothèse testée est que l’activation de protéines Rgg pourrait être

régulée par un mécanisme de « quorum sensing » (QS), médiée par l’émission dans le milieu extracellulaire

d’une molécule de signalisation, la phéromone Shp (Ibrahim

et al

, 2007).

Objectifs de la thèse et stratégies expérimentales

Une caractéristique remarquable des génomes de souches de

S. thermophilus

est la présence d’un grand

nombre de gènes

rgg

(6 à 7 gènes différents

contre un maximum de 2 chez les streptocoques

pathogènes). Ce fort nombre de gènes rgg suggère que leur acquisition et surtout leur maintien sont

avantageux pour

S. thermopihlus

.

Le premier objectif du travail de thèse est de déterminer parmi les 6 à 7 copies de gènes

rgg

présentes au sein des génomes de souches de

S. thermophilus

lesquelles sont impliquées dans la

réponse adaptative de

S. thermophilus

et à quel(s) stress elles répondent.

Afin de déterminer si les

différentes copies des gènes

rgg

de

S. thermophilus

ont des rôles analogues dans la cellule ou distincts, la

construction de simples mutants délétés de gènes

rgg

sera entreprise. Puis l'impact de ces délétions sur la

survie

S. thermophilus

dans différentes conditions environnementales et dans différentes phases de la

croissance bactérienne sera établi. Actuellement, 5 simples mutants présentant la délétion d’un des 5

gènes

rgg

ont été construits et leur analyse montre que l’un des gènes

rgg

(

rgg0182

) est nécessaire à la

survie de

S. thermophilus

en condition de stress thermique. La construction de mutants multiples est aussi

envisagée. Elle permettra de déterminer si ces gènes ont des fonctions indépendantes, redondantes ou

s’ils sont susceptibles d’interagir les uns avec les autres.

Si le rôle de régulateurs transcriptionnels des gènes

rgg

n’est plus remis en doute, leur mode d’action

est loin d'être clairement établi, et semble être complexe.

Le deuxième objectif de ce travail sera d’analyser les conditions d’expression de ces gènes

.

L’expression des gènes

rgg

sera mesurée dans les différentes phases de la croissance bactérienne et dans

différentes conditions environnementales (par RT-PCR en temps réelle). Ceci permettra de déterminer si

ces gènes sont constitutivement exprimés ou non et si leur niveau d’expression diffère d’un gène à l’autre,

et dans quelles conditions environnementales.

Les données de la littérature indiquent que chez les streptocoques pathogènes, plusieurs d'entre eux,

régulent positivement la transcription de gènes adjacents, d’autres régulent également des gènes qui leur

sont physiquement éloignés. Ainsi, les protéines Rgg peuvent agir directement sur leurs gènes cibles ou

encore via d’autres régulateurs transcriptionnels.

Le troisième objectif de ce travail consistera à

identifier les cibles des gènes

rgg

chez

S. thermophilus

.

Le séquençage complet des génomes de

S. thermophilus

LMG18311 et CNRZ1066 a permis le développement de puces à ADN et leur exploitation

au sein de l’unité de Génétique bactérienne (INRA de Jouy-en-Josas). Une collaboration incluant le LGM

et les unités de Biochimie Bactérienne (V. Monnet) et de Génétique bactérienne (P. Renault) a été initiée

dans l’optique d’identifier tous les gènes contrôlés par des régulateurs Rgg. L’accès à ces puces permettra

de tester le niveau global d'expression des gènes de

S. thermophilus

en absence d'un ou plusieurs gènes

rgg

et de le comparer au niveau d’expression dans le contexte sauvage. Une fois les cibles identifiées, leur

niveau d’expression dans un contexte sauvage et mutant pour

rgg

sera déterminé par PCR quantitative afin

de confirmer les résultats obtenus. Ce travail permettra l’identification des régulons

rgg

. Leur

caractérisation donnera accès aux processus cellulaires dans lesquels ils s’inscrivent. La comparaison des

régulons

rgg

nous permettra d’établir s’ils sont impliqués dans des réseaux de régulation analogues ou

différents et de déterminer les voies métaboliques régulées.

Quatre des sept gènes

rgg

de

S. thermophilus

LMG18311 sont flanqués d’un gène

shp

codant

potentiellement une phéromone. Cette molécule de signalisation pourrait agir directement avec la

protéine Rgg pour moduler son activité et donc l’expression de nombreux gènes en réponse à des

signaux de l’environnement.

Le dernier objectif de ce travail consistera à élucider au niveau

moléculaire le mécanisme de signalisation médié par les couples Shp/Rgg

. Pour ce faire une

collaboration a été établie avec V. Monnet et R. Gardan. La nature des interactions Shp/Rgg sera étudiée

ainsi que les interactions entre les protéines Rgg (en présence ou non du peptide Shp) et l’ADN.

Les collaborations

•

Unité de Biochimie Bactérienne, UR477, INRA, Centre de Recherches de Jouy-en-Josas, 78352

Jouy-en-Josas cedex

•

Unité Génétique Microbienne

. UR895, INRA, Centre de Recherches de Jouy-en-Josas, 78352 Jouy-en-

Josas cedex

•

UMR7565 Laboratoire Structure et Réactivité des Systèmes Moléculaires Complexes (LSRSMC)

CNRS Faculté de pharmacie – Nancy Université

Les connaissances et compétences requises

Le(a) candidat(e) aura une formation en biologie, des compétences en microbiologie et maitrisera les

concepts et les méthodologies en biologie moléculaire. Une forte aptitude au travail d’équipe est

souhaitée.

Références Bibliographiques

•

Chaussee, M.A., Callegari, E.A., and Chaussee, M.S. (2004).

J Bacteriol

186

: 7091-7099.

•

Chaussee, M.S., Somerville, G.A., Reitzer, L., and Musser, J.M. (2003)

J Bacteriol

185

: 6016-6024.

•

Ibrahim, M., Guillot, A., Wessner, F., Algaron, F., Besset, C., Courtin, P., Gardan, R., and

Monnet, V. (2007)

J Bacteriol

189

: 8844-8854.

•

Ibrahim M, Nicolas P, Bessières P, Bolotin A, Monnet V, Gardan R. (2007)

Microbiology

153

3631-44.

Publications de l’encadrant (2004-2009)

•

S. Layec, J. Gérard, V. Legué, MP. Chapot-Chartier, P. Courtin, F. Borges, B. Decaris et N.

Leblond-Bourget. 2009. The CHAP domain of Cse functions as an endopeptidase that acts at

mature septa to promote

S. thermophilus

cell separation. Molecular Microbiology, 71, 1205-1217

.

•

S. Layec, B. Decaris et N. Leblond-Bourget. 2008. Diversity of the firmicutes peptidoglycan

hydrolases and specificities of those involved in daughter cell disconnection. Research in

Microbiology,159, 507-15.

•

S. Layec, B. Decaris, N. Leblond-Bourget. 2008. Characterization of proteins belonging to the

CHAP-related superfamily within the Firmicutes. Journal of molecular microbiology and

biotechnology, 14, 31-40.

•

F. Borges, S. Layec, A. Fernandez, B. Decaris, and N. Leblond-Bourget. 2006. High genetic

variability of the

Streptococcus thermophilus cse

central part, a repeat rich region required for full cell

segregation activity, Antonie van Leuwenhoek, 90(3), 245-255.

•

Fernandez, F. Borges, B. Gintz, B. Decaris, N. Leblond-Bourget. 2006. The

rggC

locus, with a

frameshift mutation, is involved in oxidative stress response by

Streptococcus thermophilus.

Archives

of microbiology

,

186(3), 161-169.

•

F. Borges, S. Layec, A. Thibessard, A. Fernandez

, B. Gintz, P. Hols, B. Decaris, and N. Leblond-

Bourget. 2005.

cse

, a chimeric and variable gene, encodes an extracellular protein involved in

cellular segregation in

Streptococcus thermophilus

. Journal of Bacteriology, 2005, 187, 2737-2746.

•

A. Thibessard, F. Borges, A. Fernandez

, B. Gintz, B. Decaris and N. Leblond-Bourget. 2004.

Identification of

Streptococcus thermophilus

CNRZ368 genes involved in defense against superoxide

stress. Applied and Environmental Microbiology, 70, 2220-2229.

•

Fernandez, A. Thibessard, F. Borges

, B. Gintz, B. Decaris, and N. Leblond-Bourget. 2004.

Characterization of oxidative stress-resistant mutants of Streptococcus

thermophilus

CNRZ368.

Archives of microbiology, 182, 364-372.