L’adhésine polaire de Rhodobacter capsulatus requière des homologues du système d’export d’exopolysaccharides dépendant d’un transporteur ABC

Abstract

Chez les bactéries, l’adhésion aux surfaces est fréquemment observée, leur conférant de nombreux avantages comme une meilleure accessibilité aux nutriments et une résistance accrue à de multiples contraintes environnementales. Une telle communauté bactérienne, attachée à une surface est connue sous le nom de « biofilm ». Au sein de la classe des Alphaprotéobactéries, l’adhésion aux surfaces s’effectue généralement de façon permanente par le biais d’une adhésine polaire localisée à un pôle de la cellule. Chez la bactérie largement étudiée, Caulobacter crescentus, cette structure est connue sous le nom de « holdfast ». Les gènes responsables de la synthèse de ce « holdfast » sont remarquablement conservés au sein de l’ordre des Caulobacterales. Les membres d’un autre ordre bactérien, celui des Rhizobiales, utilisent une adhésine polaire appelée « unipolar polysaccharide » (UPP). Les gènes impliqués dans la synthèse de l’UPP sont conservés dans cet ordre avec des gènes partageant une similarité de séquence avec ceux du « holdfast » des Caulobacterales. Récemment, le laboratoire d’Yves Brun a observé que la bactérie photosynthétique Rhodobacter capsulatus appartenant à l’ordre des Rhodobacterales, adhère aux surfaces par un pôle. Cependant, les recherches sur l’adhésion au sein de cet ordre demeurent limitées. Par ailleurs, il est important de noter que les gènes de la synthèse du « holdfast » chez les Caulobacterales et de l’UPP chez les Rhizobiales ne sont pas présents dans le génome de R. capsulatus ni même dans l’ordre des Rhodobacterales. Nous supposons donc qu’un autre mécanisme d’adhésion polaire existe chez R. capsulatus et qu’il serait régi par un ensemble de gènes distincts de ceux impliqués dans la biosynthèse du « holdfast » et de l’UPP. Les objectifs de cette maîtrise sont, dans un premier temps, d’élucider la nature de cette adhésion polaire en identifiant les gènes responsables de sa biosynthèse afin de mieux comprendre le mécanisme impliqué, puis d’en caractériser les principaux constituants chimiques afin de mieux appréhender la diversité des adhésines bactériennes. Dans cette étude, nous montrons l’implication d’une nouvelle adhésine polaire dans la formation de biofilm chez R. capsulatus, appelée « rhodoglue » et nous identifions les gènes impliqués dans sa synthèse et sa régulation. L’identification de gènes repose sur le criblage d’une librairie de mutants déficients en adhésion, obtenue par mutagénèse aléatoire par transposon. Puis, ces mutants sont ensuite caractérisés afin d’identifier la position du transposon dans leur génome. Ensuite, les gènes identifiés sont inactivés dans la souche parentale par délétion en phase et réintroduits par complémentation, afin de valider leur implication dans le phénotype d’adhésion déficiente. De plus, des tests d’adhésion sur différentes surfaces révèlent des différences marquées de niveaux de biofilm entre C. crescentus et R. capsulatus. Ces résultats suggèrent des propriétés physico-chimiques significativement différentes de leurs adhésines respectives, le « holdfast » et la « rhodoglue ». Enfin, la coloration par lectines fluorescentes a permis de localiser la « rhodoglue » par microscopie. Cette étude fera une contribution importante à la compréhension des stratégies d’adhésion polaire chez les bactéries. En élucidant un troisième mode d’adhésion polaire, en plus du « holdfast » et de l’UPP, notre recherche permettra de mieux appréhender la diversité des mécanismes d’adhésion, bien plus grande qu’imaginée jusqu’à présent. In bacteria, adhesion to surfaces is frequently observed, providing them with numerous advantages such as better accessibility to nutrients and increased resistance to multiple environmental stresses. Such a bacterial community attached to a surface is known as a "biofilm". Within the Alphaproteobacteria class, surface adhesion occurs permanently through a polar adhesin located at one pole of the cell. In the well-studied bacterium Caulobacter crescentus, this structure is known as the "holdfast". The genes responsible for holdfast synthesis are remarkably conserved within the Caulobacterales order. Members of another bacterial order, the Rhizobiales, uses a polar adhesin called the unipolar polysaccharide (UPP). The genes involved in UPP synthesis are conserved within this order, with many genes sharing sequence similarity with those involved in Caulobacterales holdfast production. Recently, Yves Brun's laboratory observed that the photosynthetic bacterium Rhodobacter capsulatus, belonging to the Rhodobacterales order, adheres to surfaces by a pole. However, research on adhesion within this order remains limited. Notably, the genes involved in holdfast synthesis in Caulobacterales and in UPP synthesis in Rhizobiales are absent from the R. capsulatus genome, and more broadly, from the Rhodobacterales order. Thus, we hypothesize that an alternative mechanism of polar adhesion exists in R. capsulatus, governed by a set of genes distinct from those involved in the biosynthesis of the holdfast and the UPP. The objectives of this master's thesis are, first, to elucidate the nature of this polar adhesion by identifying the genes responsible for its biosynthesis in order to better understand the mechanism of its formation and then to characterize its main chemical components to gain a better understanding of the diversity of bacterial adhesins. In this study, we demonstrate that a novel polar adhesin is responsible for R. capsulatus biofilm formation, called “rhodoglue” and identify the genes involved in its synthesis and regulation. The identification of genes was conducted via random transposon mutagenesis. These mutants were then characterized to determine the transposon insertion sites in their genomes. The identified genes were subsequently deleted in frame in the parental strain and reintroduced by complementation to validate their role in the non-adhesive phenotype. Additionally, adhesion assays on various surfaces revealed distinct differences in biofilm formation between C. crescentus and R. capsulatus. These findings suggest significantly different physicochemical properties between their respective adhesins, the holdfast and rhodoglue. Finally, lectin staining allowed localization of the rhodoglue by microscopy. This study will make an important contribution to the understanding of polar adhesion strategies in bacteria. By elucidating a third mode of polar adhesion, in addition to the holdfast and UPP, our research broadens the scope on the remarkable diversity of bacterial adhesion mechanisms, which proves to be far greater than previously imagined.