Biosynthesis, mode of action and regulation of a bacteriocin secreted by Streptococcus gallolyticus
Biosynthèse, mécanisme d'action et régulation d'une bactériocine sécrétée par Streptococcus gallolyticus
Résumé
Streptococcus gallolyticus subspecies gallolyticus (Sgg) is an opportunistic human pathogen responsible for septicemia and endocarditis in the elderly often associated with colorectal cancer. Sgg has been shown to produce a specific bacteriocin named gallocin, able to kill commensal bacteria of the host microbiota under tumoral conditions, thereby promoting colonization of Sgg in the colon. The objective of this PhD work was to determine the mode of action of gallocin and to characterize the main components involved in its biosynthesis. We demonstrated that gallocin is a class IIb bacteriocin consisting of two peptides called GllA1 and GllA2. It is active against various streptococci, enterococci, lactococci and pediocococci. The gallocin peptides GllA1 and GllA2 are quite unique because they contain a disulfide bond and display very few positive charges. Liposome permeabilization experiments suggest that GllA1/GllA2 acts by forming pores in the membrane, likely independently of the presence of a membrane receptor. We identified a 13 kb genomic locus that contains the genes encoding gallocin peptides, the immunity peptide as well as other genes potentially involved in its biosynthesis, maturation and regulation. We first characterized a three-component system activating its transcription, composed of a secreted peptide called GSP ("gallocin stimulating peptide") that acts via a two-component system consisting of the histidine kinase BlpH and the response regulator BlpR. A global transcriptomic analysis showed that this regulatory system specifically activates the transcription of the twenty genes of this locus. We then characterized a second atypical regulator called BlpS, co-transcribed with BlpR, which inhibits the transcription of these twenty genes by binding to the same DNA binding site as BlpR. We then showed that an ABC transporter called BlpAB is responsible for the secretion of GllA1 and GllA2 and the inducing peptide GSP. We also identified the gip gene coding for a peptide conferring immunity to gallocin. Finally, we tested the role of a protein containing a thioredoxin domain potentially involved in the formation of disulfide bonds of GllA1 and GllA2. Altogether the results obtained during this Ph. D. work allow us to propose a model of gallocin biosynthesis. It will be important in the future to determine the impact of gallocin on the microbiota and to evaluate its role in infection conditions. The use of gallocin as an antimicrobial agent to kill antibiotic-resistant Enterococcus or Group B Streptococcus constitutes an interesting avenue of research.
Streptococcus gallolyticus sous-espèce gallolyticus (Sgg) est un pathogène opportuniste chez l’Homme responsable de septicémies et d’endocardites chez les personnes âgées souvent associées à un cancer du côlon. Il a été montré que Sgg produit une bactériocine spécifique appelée gallocine, capable de tuer certaines bactéries commensales du microbiote de l’hôte seulement en conditions tumorales, favorisant ainsi la colonisation de Sgg dans le côlon. L’objectif de cette thèse a été de déterminer le mode d’action de la gallocine et de caractériser les principaux composants impliqués dans sa biosynthèse. Nous avons démontré que la gallocine est une bactériocine de classe IIb constituée de deux peptides appelés GllA1 et GllA2. Elle est active contre divers streptocoques, entérocoques, lactocoques et pédiocoques. Les peptides de la gallocine GllA1 et GllA2 se distinguent par le fait qu’ils contiennent chacun un pont disulfure et sont très peu chargés positivement. Des expériences de perméabilisation de liposomes suggèrent que la gallocine agit en formant des pores dans la membrane, indépendamment de la présence d’un récepteur membranaire. Nous avons identifié un locus génomique de 13 kb qui contient les gènes codant la gallocine ainsi que d’autres gènes potentiellement impliqués dans sa biosynthèse, maturation et régulation. Nous avons tout d’abord caractérisé un système à trois composants activant sa transcription, composé d’un peptide sécrété appelé GSP (« gallocin stimulating peptide ») qui agit via un système à deux composants constitué de l’histidine kinase BlpH et du régulateur de réponse BlpR. Une analyse transcriptomique globale a permis de déterminer que ce système de régulation active spécifiquement la transcription des vingt gènes de ce locus. Puis nous avons caractérisé un deuxième régulateur atypique nommé BlpS, co-transcrit avec BlpR, qui inhibe la transcription de ces vingt gènes en se fixant sur le même site de liaison à l’ADN que BlpR. Puis nous avons montré qu’un ABC transporteur nommé BlpAB est responsable de la sécrétion des peptides GllA1 et GllA2 et du peptide inducteur GSP. Nous avons également identifié le gène gip codant pour un peptide conférant l’immunité à la gallocine. Enfin, nous avons testé le rôle d’une protéine contenant un domaine thiorédoxine potentiellement impliquée dans la formation des ponts disulfure des peptides GllA1 et GllA2. L’ensemble des résultats obtenus au cours de cette thèse permettent de proposer un modèle de la biosynthèse de la gallocine. Il sera important à l’avenir de déterminer l’impact de la gallocine sur le microbiote et d’évaluer son rôle dans des conditions d’infection. L’utilisation de gallocine comme agent antimicrobien pour tuer en particulier les Entérocoques résistants aux antibiotiques ou le streptocoque du groupe B constitue une voie de recherche intéressante.
Domaines
Microbiologie et Parasitologie
Origine : Version validée par le jury (STAR)