Micalis

ComBac / Monnet

 

Peptides et Communication Bactérienne

Responsable : Véronique Monnet

PROJECT DE RECHERCHE / THEMATIQUE

Les bactéries communiquent entre elles pour répondre de manière concertée et à l’échelle d’une population à des molécules diffusibles de nature variée, qu'elles produisent et exportent dans des conditions spécifiques. Parmi les molécules de signalement, les peptides jouent un rôle prépondérant chez les bactéries Gram+.

Ils sont soit perçus à l'extérieur de la bactérie par un récepteur membranaire (histidine kinase) qui active en retour un régulateur transcriptionnel qui lui est associé (système à deux composants)(Figure I, 1), soit internalisés par un transporteur d'oligopeptides et activent ensuite directement des régulateurs transcriptionnels (Figure I, 2).


Figure I : Représentation schématique des systèmes de régulation de gènes de type quorum sensing impliquant des peptides chez les bactéries Gram+.
Dans tous les cas, la détection des peptides se traduit par une modification de l'expression de gènes cibles. Ces systèmes de régulation de type quorum sensing sont impliqués dans le contrôle de plusieurs fonctions importantes telles que la virulence, la conjugaison, la compétence, la production de bactériocines, la formation de biofilms. Alors qu’ils sont relativement bien documentés chez les staphylocoques, les bacillus et les entérocoques, ces systèmes ont été assez peu étudiés chez les streptocoques, en dépit de l’importance de cette famille bactérienne.

C’est pourquoi, en combinant des approches bio-informatiques, biochimiques et génétiques, l'équipe « Peptides et Communication Bactérienne » (ComBac) s'attache à caractériser les mécanismes en jeu dans la communication entre bactéries et à identifier de manière exhaustive et sans a priori les fonctions régulées par ces systèmes chez les streptocoques.
Les attendus de ces recherches sont d'identifier (1) l'étendue des conversations peptidiques chez les bactéries (intra- et inter-espèces) et (2) de nouvelles voies de contrôle de fonctions d'intérêt.
En collaboration avec l’unité Mathématiques, Informatique, Génomes, l’équipe ComBac a inventorié les petits gènes prédits pour coder des petits peptides et souvent non détectés dans les génomes bactériens.

Cette stratégie a permis d’identifier, chez les streptocoques deux familles de petits peptides aussi appelés phéromones et codés par des petits gènes associés génétiquement à des gènes codant des régulateurs transcriptionnels de type Rgg qui ont été répertoriés dans l’arbre phylogénétique ci-dessous (Figure II).

Figure II: Distribution des deux familles de régulateurs transcriptionnels de type Rgg associés à des petits peptides chez les streptocoques dans le répertoire des protéines de type Rgg. (Famille SHP/Rgg carrés ; famille ComS/ComR ronds).
Ces deux familles de systèmes de régulation fonctionnent selon le même mécanisme général : dans un milieu chimiquement défini ne contenant pas de peptides, le peptide est synthétisé, maturé, secrété puis transporté de nouveau dans la bactérie par le système de transport des oligopeptides. Dans la bactérie, c’est l’interaction du peptide avec le régulateur transcriptionnel qui permet l’activation de l’expression de gènes cibles. Les systèmes ComS/ComR contrôlent le déclenchement de la compétence naturelle chez les streptocoques. Les systèmes SHP/Rgg contrôlent l’expression de gènes permettant la production et la sécrétion de peptides cycliques et l’expression d’autres gènes de fonctions encore inconnues. La similarité de séquences de ces peptides particulièrement hydrophobes associés aux régulateurs de type Rgg permet de faire l’hypothèse de possibles phénomènes de « cross-talk » ou « cross-inhibition » entre les systèmes voire entre espèces de streptocoques.
D'une manière plus générale, et au delà des peptides comme molécules de signalement, l'équipe ComBac s'attache à caractériser ces mécanismes de perception de signaux exocellulaires intervenant dans l'adaptation cellulaire et les réponses induites.
L’adaptation de Streptococcus thermophilus tout au long de la chaîne alimentaire a particulièrement été examinée. Cette bactérie d’intérêt technologique, particulièrement bien adaptée au lait, ajuste son métabolisme à son partenaire bactérien dans le yaourt, Lactobacillus bulgaricus, notamment via des systèmes à deux composants et des complémentations métaboliques. Une fois ingéré, Streptococcus thermophilus s’adapte au tractus digestif notamment en augmentant massivement sa glycolyse et en produisant du lactate qui est perçu comme un signal par les cellules épithéliales animales.
En conclusion, les travaux de l’équipe ComBac apportent des données nouvelles sur l’existence de phénomènes de communication et de régulation via des molécules diffusibles entre bactéries et plus particulièrement entre streptocoques ainsi qu’ entre ces mêmes bactéries et leur hôte animal ou humain.
Figure III : Microscopie électronique de Streptococcus thermophilus isolés de caecum de rats mono-inoculés avec cette bactérie.

CONTACT

Véronique Monnet

Institut Micalis (UMR1319/INRA-AgroParisTech)
I.N.R.A., Domaine de Vilvert
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01.34.65.21.49

Rédaction : Véronique Monnet
Date de création : 14 Avril 2011
Mise à jour : 12 Février 2014