Bip, une protéine requise pour l'intégration de bactéries planctoniques dans des biofilms. L'intégration de bactéries planctoniques dans un biofilm est une étape majeure dans la constitution de biofilms multiespèces. Elle est aussi un élément important dans la croissance des biofilms monoespèces. Chez la bactérie Bacillus thuringiensis, la population planctonique coexistant avec le biofilm en croissance est rapidement intégrée dans celui-ci. Nous avons fait l'hypothèse que cette intégration nécessite la présence de mécanismes moléculaires spécifiques. Ces mécanismes peuvent être impliqués dans le mouvement de la bactérie vers le biofilm, dans la pénétration de la bactérie immigrante à l'intérieur du biofilm, ou dans son interaction avec la matrice du biofilm ou avec les bactéries résidentes. Par mutagenèse aléatoire et à l'aide d'une méthode expérimentale permettant de quantifier le recrutement de bactéries planctoniques par le biofilm, notre laboratoire a identifié un gène plasmidique fortement impliqué dans ce recrutement. L'inactivation de ce gène chez les bactéries planctoniques - mais pas chez les bactéries sessiles - provoque une chute de 80% du nombre de bactéries planctoniques recrutées dans le biofilm, et la complémentation rétablit le taux initial de recrutement. Le produit de ce gène est la protéine Bthur002_62720, de masse moléculaire 21 kDa et de fonction inconnue. Cette protéine (que nous appellerons 'Bip' pour Biofilm integration protein) possède à son extrémité N-terminale un peptide signal suivi par un domaine transmembranaire, et à son extrémité C-terminale deux domaines transmembranaires, suggérant une localisation pariétale. A l'aide d'une fusion traductionnelle avec la GFP, nous avons confirmé que la protéine Bip est localisée à la surface bactérienne. L'objectif principal de ce projet est de déterminer comment la protéine Bip promeut l'intégration de bactéries planctoniques dans un biofilm. Sa localisation à la surface bactérienne suggère que Bip interagit avec des éléments du biofilm, dans une interaction de type ligand-récepteur. Le partenaire de Bip sera donc recherché dans le biofilm à l'aide de plusieurs approches. Après clonage de son gène dans un vecteur de surexpression, la protéine recombinante rBip sera produite et purifiée, et des anticorps spécifiques dirigés contre cette protéine seront obtenus. rBipR sera incubée avec un biofilm formé par un mutant Bip-, puis localisée dans le biofilm à l'aide des anticorps produits, ce qui permettra de préciser si les interactants de cette protéine sont situés à la surface bactérienne ou dans la matrice du biofilm. Ces interactants seront ensuite isolés (par des techniques d'affinité de type 'pull-down') sur des extraits protéiques ou polysaccharidiques réalisés à partir de la matrice du biofilm ou de la surface cellulaire. Dans le cas où l'interactant de Bip est une protéine, celle-ci sera partiellement séquencée par spectrométrie de masse, et le gène codant pour cette protéine sera identifié à partir du génome séquencé de la souche bactérienne utilisée. Si l'interactant est un polysaccharide, sa structure chimique sera établie en association avec le laboratoire de glycobiologie de l'université de Lille, avec lequel nous avons déjà une collaboration. Les gènes impliqués dans la biosynthèse de ce polysaccharide pourront être identifiés si celui-ci est identique aux deux exopolysaccharides majeurs produits par la bactérie en biofilm, sur lesquels notre laboratoire travaille déjà dans le cadre d'un autre programme. Le projet a également comme objectif d'identifier les réseaux de régulation contrôlant la production des deux partenaires impliqués dans le recrutement des bactéries planctoniques par le biofilm, de façon à comprendre comment se met en place, dans le temps et dans l'espace, ce recrutement. L'expression des gènes codant pour la protéine Bip ou impliqués dans la production de son interactant sera déterminée à l'aide de fusions transcriptionnelles avec des gènes rapporteurs codant pour des protéines fluorescentes. Cette expression sera suivie au cours de la croissance bactérienne en culture planctonique et en biofilm, et essayée dans les différents mutants de régulateurs contrôlant la formation des biofilms disponibles dans la collection de souches du laboratoire (spo0A, sinI, sinR, codY). Comme le plasmide sur lequel se trouve le gène bip possède des gènes codant pour un régulateur ou pour des peptides potentiellement impliqués dans des phénomènes de quorum sensing, ces gènes seront inactivés ou surexprimés, et la transcription de bip et des gènes impliqués dans la production de son interactant sera déterminée pour chacun des mutants obtenus. D'autre part, la proportion des bactéries exprimant l'un ou l'autre de ces gènes (ou les deux) dans les deux conditions de culture (planctonique et biofilm) sera estimée par cytométrie de flux. Enfin, la localisation spatiale dans le biofilm de l'expression des gènes requis pour la production de l'interactant de Bip sera déterminé en utilisant les fusions transcriptionnelles et à l'aide de cryocoupes, de façon à conserver la structure du biofilm in situ. L'étude du rôle du recrutement dans la formation des biofilms monoespèces et multiespèces constitue le troisième volet de cette étude. La proportion de bactéries d'origine planctonique intégrées dans des biofilms d'âges variables, et leur devenir dans le biofilm, seront déterminés à l'aide de techniques d'imagerie, d'histologie et de cytométrie en flux. La contribution du recrutement à la formation des biofilms sera évaluée en comparant la croissance d'un biofilm formé à partir d'une souche mutante Bip- à celle d'un biofilm produit par la souche sauvage. Le rôle éventuel de la protéine Bip dans la constitution des biofilms multiespèces sera étudié en comparant l'intégration de bactéries planctoniques sauvages et mutantes dans des biofilms formés par différentes espèces bactériennes. CALENDRIER PREVISIONNEL DE LA THESE : Lieu de Travail Période Equipe GME, INRA, Micalis, Jouy-en-Josas Février 2017 - Aout 2017 Equipe BGF, Université SaintJoseph, Mar Roukos Liban Caractérisation de la protéine candidate Bip. Production et purification de la protéine recombinante rBip. Localisation dans le biofilm et détermination de ces interactants. Septembre 2017 – Septembre 2018 Isolement des interactants de Bip Si l'interactant de Bip est une protéine Séquençage partiel par spectrométrie de masse, et identification du gène codant pour cette protéine. Si l'interactant est un polysaccharide. Octobre 2018Janvier 2019 Etablissement de sa structure chimique en collaboration avec le laboratoire de glycobiologie de l'université de Lille et identification des gènes impliqués dans la biosynthèse de ce polysaccharide. Identification des réseaux de régulation contrôlant la production des deux partenaires impliqués dans le recrutement des bactéries planctoniques par le biofilm. Etudier l'expression des gènes codant pour la protéine Bip ou impliqués dans la production de son interactant. Fusions transcriptionnelles avec des gènes rapporteurs codant pour des protéines fluorescentes dans les différents mutants de régulateurs contrôlant la formation des biofilms disponibles dans la collection de souches du laboratoire (spo0A, sinI, sinR, codY). Localisation spatiale dans le biofilm de l'expression des gènes requis pour la production de l'interactant de Bip. Février 2019- Juillet 2019 Fusions transcriptionnelles des cryocoupes de façon à conserver la structure du biofilm in situ. L'étude du rôle du recrutement dans la formation des biofilms mono-espèces et multi-espèces. Détermination de la proportion de bactéries d'origine planctonique intégrées dans des biofilms d'âges variables, et leur devenir dans le biofilm, seront déterminés Techniques d'imagerie, d'histologie et de cytométrie en flux. Evaluation de la contribution du recrutement à la formation des biofilms en comparant la croissance d'un biofilm formé à partir d'une souche mutante Bip- à celle d'un biofilm produit par la souche sauvage. Septembre 2019Fevrier 2020 Rédaction de la thèse Rédaction des articles Rédaction de la thèse Rédaction des articles