Dynamique de la Paroi Bactérienne

DYNAMIQUE DE LA PAROI BACTERIENNE Responsable: Marie-Pierre CHAPOT-CHARTIER

PROJECT DE RECHERCHE / THEMATIQUE

La paroi des bactéries à Gram positif est un assemblage complexe et dynamique de différents glycopolymères (peptidoglycane, polysaccharides, acides teichoïques) et de protéines. Il s’agit d’une structure rigide qui assure la forme et l’intégrité de la cellule bactérienne, et qui possède la plasticité nécessaire à la croissance des bactéries et à leur adaptation aux changements environnementaux. De plus, les composants exposés à la surface bactérienne façonnent les interactions des bactéries avec leur environnement biotique dans des milieux complexes tels que le tractus gastro-intestinal ou bien dans des niches artificielles telles que les systèmes de fermentation des aliments.

Nos travaux portent principalement sur les bactéries lactiques utilisées en technologie alimentaire ou pour leurs effets bénéfiques sur la santé, notamment Lactococcus lactis, la bactérie alimentaire modèle et plusieurs espèces de lactobacilles présents dans le microbiote intestinal et/ou ayant des propriétés probiotiques. Ils visent à comprendre comment la composition de la paroi de ces bactéries et la structure de ses composants déterminent des propriétés essentielles à leur utilisation, en particulier leur sensibilité/résistance aux bactériophages pendant les fermentations alimentaires ou leur capacité à dialoguer avec les cellules de leur hôte.

Nos travaux de recherche se déclinent suivant trois axes principaux d’étude:
1) la structure, la biosynthèse et les modifications structurales des glycopolymères de la paroi, en particulier le peptidoglycane et les polysaccharides pariétaux.
2) les mécanismes de régulation de l'équilibre entre synthèse et dégradation de la paroi cellulaire.
3) le rôle des glycopolymères de la paroi dans la physiologie bactérienne (croissance, division, réponse au stress, autolyse), en tant que récepteurs de phage à la surface bactérienne ou dans les interactions bactéries-hôte.

PRINCIPAUX RÉSULTATS ET PROJETS

Structure et rôle des polysaccharides de la paroi chez Lactococcus lactis

Chez les bactéries à Gram positif, le peptidoglycane est décoré avec d’autres glycopolymères, notamment des polysaccharides, dont le rôle n’est pas complètement élucidé. Nous avons montré que L. lactis synthétise des polysaccharides de paroi complexes avec un composant conservé entre souches (une chaîne de rhamnane) et un composant variable exposé à la surface bactérienne (la pellicule) (Chapot-Chartier et al., 2010 ; Sadovskaya et al., 2017). Le rhamnane joue un rôle essentiel dans la croissance et la division, soulignant ainsi l’importance des polysaccharides dans l’intégrité de la paroi chez les bactéries à Gram positif présentant une forme d’ovocoque. De plus, dans un travail collaboratif avec l’Université de Cork et le CNRS (AFMB) de Marseille, nous avons montré que la pellicule variable à la surface bactérienne est le récepteur des principales familles de bactériophages infectant L. lactis, expliquant ainsi la spécificité d'hôte étroite de ces bactériophages (Bebeacua et al., 2013 ; Ainsworth et al., 2014). Les travaux en cours visent à déchiffrer les bases moléculaires de la diversité structurale des polysaccharides de paroi et leur voie de biosynthèse en lien avec leur reconnaissance spécifique par les protéines de bactériophages.

Régulation de la plasticité de la paroi cellulaire

Pour assurer une croissance et une séparation optimales des cellules et s'adapter aux paramètres de l'environnement, les bactéries doivent maintenir un équilibre entre rigidité et flexibilité de la paroi. En recherchant de nouveaux mécanismes de régulation responsables du maintien d'un tel équilibre chez L. lactis, nous avons identifié le rôle pivot du gène pyrB dans la régulation de la rigidité de la paroi. La conversion de L-aspartate (L-Asp) en N-carbamoyl-L-aspartate par PyrB peut provoquer un manque de L-Asp pour la synthèse par des ponts interpeptidiques du peptidoglycane, entraînant une diminution de sa réticulation et, par conséquent, une réduction de son épaisseur et sa rigidité (Solopova et al., 2016). Ainsi, l’utilisation concomitante de L-Asp pour la synthèse des pyrimidines et du peptidoglycane pourrait faire partie du schéma de régulation, garantissant ainsi la flexibilité de la paroi pendant la croissance exponentielle et la rigidité en phase stationnaire.

Rôle des composants de la paroi dans les interactions bactéries-hôte

Les composants de la paroi bactérienne sont considérés comme des effecteurs moléculaires importants du dialogue entre les bactéries bénéfiques présentes dans le microbiote intestinal et leur hôte, permettant le maintien de l'homéostasie intestinale. Lactobacillus plantarum est une espèce dominante du microbiote de la drosophile. Un projet en collaboration avec l'ENS de Lyon a montré que la D-alanylation des acides teichoïques contribue à la croissance de la drosophile induite par L. plantarum en conditions de malnutrition chronique (Matos et al., 2017). Cela permet de proposer que, en plus du peptidoglycane, des modifications des acides teichoïques participent au dialogue moléculaire entre la bactérie commensale et son hôte au niveau intestinal, suggérant ainsi que les acides teichoïques D-alanylés peuvent être détectés par l'hôte par des mécanismes qui restent à découvrir.

Régulation de la synthèse et de la sécrétion de polysaccharides chez les lactobacilles

En plus des polysaccharides pariétaux, certaines bactéries lactiques synthétisent des exopolysaccharides (EPS) sécrétés dans le milieu environnant, mais pouvant également être faiblement liés à la surface de la bactérie. Ils sont traditionnellement connus dans l'industrie laitière pour leur contribution à la texture des produits laitiers fermentés, mais peuvent également contribuer aux propriétés probiotiques des souches, telles que leur potentiel immunomodulateur. Nous avons isolé des mutants spontanés non OGM de Lactobacillus rhamnosus surproduisant des EPS, en utilisant une méthode basée sur la sédimentation différentielle en milieu semi-liquide. En plus de leur intérêt technologique, ces souches constituent des outils précieux pour poursuivre des recherches sur la biosynthèse et l'ancrage/la sécrétion de polysaccharides chez les lactobacilles.

CONTACTS

Marie-Pierre CHAPOT-CHARTIER
Institut Micalis (UMR1319/INRA-AgroParisTech)
INRA, Domaine de Vilvert
78352 Jouy-en-Josas Cedex, France

Tel: 33 (0)1 34 65 22 68