Biofilm et leptospires

Leptospira Biofilm: an unexplored reservoir for environmental survival and persistence of infectious bacteria.
Principal investigator Roman Thibeaux
Focal point IPNC Roman Thibeaux, Cyrille Goarant
Collaborators at IPNC Marie-Estelle Soupé-Gilbert, Dominique Girault, Emilie Bierque
Other Collaborators Mathieu Picardeau, IPP, Jean-Marc Ghigo, IPP, Michaël Meyer, UNC
Total budget of project 8000 euros Budget devoted  to IPNC : NA
Funding IPNC
Timeline Start: 2018 End : 2019

Objectifs

Les objectifs de ce projet sont d’étudier le rôle protecteur que le biofilm confère aux leptospires pathogènes à la fois dans des conditions écologiques difficiles mais aussi lors de la colonisation chronique des reins.

Methods

Nous avons mis au point une méthode pour cultiver le biofilm des leptospires in vitro dans une plaque 96 puits. Après 4 semaines, la formation du biofilm a été quantifiée à l’aide d’une méthode interne d’analyse d’images basée sur des images optiques à contraste de phase. Pour identifier les gènes des leptospires régulant la formation du biofilm, nous avons quantifié l’altération on l’augmentation de la capacité de mutants, générés par mutagenèse insertionnelle par transposition, à produire un biofilm. Nous avons ensuite étudié l’infectiosité des mutants dans un modèle hamster (hôte sensible), tandis que la capacité de colonisation rénale a été éprouvé dans un modèle souris (hôte réservoir). En parallèle, la protection vis-à-vis de stress environnementaux (T°, lumière UV, NaCl) conférée par le biofilm à ces mutants a été évaluée à l’aide d’un test de viabilité cellulaire (Alamar blue assay). Enfin, des lectines fluorescentes ont été utilisées pour visualiser in situ la présence et la distribution des exo-polysaccharides présents dans le biofilm des Leptospires.

Results

En examinant le phénotype de mutants déficients, nous avons identifié la voie de signalisation du c-di-GMP comme un régulateur majeur dans la formation du biofilm. En effet, lorsque les enzymes de synthèse c-di-GMP (contenant le motif GGDEF) ont subi une perte de fonction, les mutants ont montré une diminution de la production du biofilm et inversement lorsque les enzymes de dégradation du c-di-GMP (contenant le motif HD-GYP) sont altérées, les mutants ont développé une capacité accrue à produire du biofilm. Parallèlement, nous avons mis en évidence qu’un mutant défectueux pour une aldo-kéto-réductase impliquée dans le métabolisme des glucides, présente également une capacité réduite à produire du biofilm.

Nous avons ensuite étudié la pertinence écologique du biofilm produit par les leptospires. La mesure de l’infectiosité des mutants chez des hamsters montre que les mutants présentant une capacité altérée à produire du biofilm sont plus virulents que les mutants présentant une production accrue de biofilm. Dans un modèle de colonisation chronique des reins chez la souris, la charge d’excrétion urinaire des leptospires est plus élevée pour les mutants produisant peu de biofilm que chez leurs homologues. Enfin, un effet protecteur sur la viabilité cellulaire a été observé pour les mutants produisant plus de biofilm lorsqu’ils sont exposés à des doses élevées de sel (NaCl), d’ultraviolet et des températures extrêmes. Nous avons observé que la viabilité est potentialisée de manière dose-dépendante à la production de biofilm.

Enfin, l’emploi de lectines fluorescentes a permis une caractérisation préliminaire de la composition du biofilm, mettant en évidence la présence d’ x-d-glucopyranosyl ainsi que de résidus de x-mannopyranosyl et de x-glucopyranosyl.

Perspectives

Ces travaux ont révélé que, même s’il ne semble pas nécessaire pour l’infection de l’hôte, le biofilm améliore la survie des leptospires dans des conditions environnementales défavorables, ce qui contribue probablement à leur persistance dans l’environnement.

Les données issues de ces travaux pourraient suggérer des stratégies visant à altérer la production et l’organisation du biofilm bactérien, rendant ainsi les leptospires accessibles au système immunitaire ou à des conditions écologiques défavorables. Ces approches ouvriraient ainsi de nouvelles voies de prévention du risque environnemental de contamination par des leptospires.

Valorisation 

Thibeaux R, Soupé-Gilbert ME, Picardeau M, Goarant C. 2017. Biofilm of pathogenic Leptospira: A compromise between virulence and environmental survival? Présentation orale à la conférence de l’ILS, Palmerston North, NZ, November 2017.