Escherichia coli L’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon

N° d’ordre 2005 ISAL 0019 Année 2005
Thèse
Formation de biofilms par Escherichia coli K-12 :
rôle des systèmes à deux composants dans la synthèse des curli
présentée devant
L’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon
pour obtenir
le grade de docteur
Ecole doctorale :
Evolution-Ecosystèmes-Microbiologie-Modélisation (E2M2)
Spécialité: Ecologie Microbienne
par
Grégory JUBELIN
Soutenue le 21 mars 2005
Jury
M. POTIER Patrick (Professeur Université Lyon I) Président
Mme LE BOUGUENEC Chantal (Chef de laboratoire Institut Pasteur) Rapporteur
M. LANDINI Paolo (Docteur Université de Milan) Rapporteur
M. LAZZARONI Jean-Claude (Directeur de Recherche CNRS) Examinateur
M. LEJEUNE Philippe (Professeur INSA) Co-directeur de thèse
Mme DOREL Corinne (Maître de Conférences INSA) Directeur de thèse

N° d’ordre 2005 ISAL 0019 Année 2005
Thèse
Formation de biofilms par Escherichia coli K-12 :
rôle des systèmes à deux composants dans la synthèse des curli
présentée devant
L’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon
pour obtenir
le grade de docteur
Ecole doctorale :
Evolution-Ecosystèmes-Microbiologie-Modélisation (E2M2)
Spécialité: Ecologie Microbienne
par
Grégory JUBELIN
Soutenue le 21 mars 2005
Jury
M. POTIER Patrick (Professeur Université Lyon I) Président
Mme LE BOUGUENEC Chantal (Chef de laboratoire Institut Pasteur) Rapporteur
M. LANDINI Paolo (Docteur Université de Milan) Rapporteur
M. LAZZARONI Jean-Claude (Directeur de Recherche CNRS) Examinateur
M. LEJEUNE Philippe (Professeur INSA) Co-directeur de thèse
Mme DOREL Corinne (Maître de Conférences INSA) Directeur de thèse
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Remerciements
J’exprime tout d’abord mes sincères remerciements à Corinne Dorel et
Philippe Lejeune qui ont suivi et encadré ce travail de thèse pendant plus de 3
ans.
Je tiens à remercier vivement Chantal Le Bouguénec et Paolo Landini pour
avoir accepté d’être rapporteurs de cette thèse ainsi que Jean-Claude Lazzaroni
et Patrick Potier pour avoir bien voulu juger ce travail.
J’aimerais également remercier les personnes qui ont contribué de près ou
de loin à cette production scientifique avec une mention spéciale pour Anne
Vianney et Jean-Claude Lazzaroni de l’équipe « système Tol » au sein de notre
unité, Christophe Beloin et Jean-Marc Ghigo de l’Institut Pasteur de Paris ainsi
que Phil Stewart et Betsey Pitts du Center for Biofilm Engineering.
Merci aussi à la Région Rhône-Alpes qui a, par son financement, rendu
possible mon séjour aux Etats-Unis.
Je tiens à remercier tous les membres de l’Unité de Microbiologie et
Génétique et plus particulièrement William Nasser pour ses conseils sur les
techniques d’interactions ADN / protéines et Marie-Bénédicte Martel pour
m’avoir initié à l’électrophorèse bidimensionnelle.
Enfin, et non des moindres, je remercie chaleureusement toutes les
personnes avec qui j’ai partagé bonne humeur, éclats de rires ou autres parties
endiablées de football : Agnès, Albert, Claire, Florence, Françoise, Frédéric,
Géraldine, Hélène, Jean-François, Jean-Philippe, Maud, Mériam, Nasrin, Nicolas,
Patrick, Sandra, Sébastien, Stéphane, Sylvain, Thomas, Valérie et Véronique.
2

SOMMAIRE
LOGIQUE DU TRAVAIL...................................................7
INTRODUCTION BIBLIOGRAPHIQUE.....................11
I Perception de l’environnement : les systèmes de transduction du signal à
deux composants................................................................................................12
1) Définitions - Distribution génomique.......................................................................12
2) Mode de transduction du signal – Variations/Adaptations....................................12
3) Actions pléiotropiques des systèmes à deux composants........................................14
4) Description du système à deux composants EnvZ/OmpR d’E. coli ......................16
a) L’Histidine Protéine Kinase EnvZ ........................................................................... 17
. Fonctions et activités enzymatiques de EnvZ ........................................................ 17
. Domaines conservés et structure d’EnvZ............................................................... 18
b) Le régulateur de réponse OmpR .............................................................................. 19
. Structure et fonctions d’OmpR .............................................................................. 19
. Activation d’OmpR par la phosphorylation ........................................................... 20
c) Perception du signal « osmolarité » par EnvZ ......................................................... 23
. L'ion potassium ...................................................................................................... 23
. Autres mécanismes................................................................................................. 24
. Domaine périplasmique.......................................................................................... 24
. Région "linker"....................................................................................................... 25
d) Les gènes cibles de la voie de signalisation OmpR/EnvZ ....................................... 26
.Gènes impliqués dans le transport de composés extracellulaires............................ 26
.Gènes impliqués dans la virulence bactérienne....................................................... 27
.Gènes impliqués dans le métabolisme .................................................................... 28
3

II Les curli : structure d'adhérence de plusieurs entérobactéries..............29
1) Les curli : une structure d’attachement « multi-surfaces »...................................29
a) Formation de biofilms sur surfaces inertes .............................................................. 29
b) Interaction avec les surfaces vivantes : curli, facteur de virulence.......................... 30
2) La biogenèse des curli : un modèle de régulation génétique complexe.................32
a) Conditions d’expression des curli ............................................................................ 33
b) Mécanismes de régulation impliqués dans la synthèse des curli ............................. 33
. Régulation par l’osmolarité.................................................................................... 34
. Régulation par la phase de croissance bactérienne ................................................ 35
. Thermorégulation ................................................................................................... 35
. Régulation en fonction de la concentration en oxygène......................................... 36
. Autres systèmes de régulation................................................................................ 37
III Importance des biofilms dans les infections humaines provoquées par
Escherichia coli..................................................................................................39
RESULTATS........................................................................40
Régulation de la synthèse des curli en fonction de l’osmolarité ...................41
Perturbations membranaires et synthèse des curli........................................42
Expression des curli pendant le développement d’un biofilm d’E. coli.......43
4