Étude des mécanismes d'action de bactériocines de la sous classe IIa, Study of the mechanisms of action of sub-class IIa bacteriocins
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Thèse soutenue le 09 décembre 2008: INPL
Le site d’action des bactériocines de la sous-classe IIa est la membrane cytoplasmique des bactéries à Gram positif. Le mécanisme d’action se décompose en trois étapes : (i) adsorption de la bactériocine sur la membrane ; (ii) structuration du peptide et insertion dans la bicouche lipidique ; (iii) formation de pores. La présence de pores provoque des fuites de composés vitaux aboutissant soit à un arrêt de la croissance soit à la mort de la bactérie. Le degré de pénétration de la mésentérocine 52A dans la membrane a été mesuré grâce à l’anisotropie de fluorescence de deux sondes, le TMA-DPH et le DPH, respectivement localisées à la surface et en profondeur de la bicouche lipidique. Des résultats différents ont été obtenus avec deux espèces bactériennes appartenant au genre Listeria. Dans un cas, le peptide s’insère partiellement dans la membrane et dans l’autre en profondeur. Ces résultats suggèrent que la mésentérocine 52A peut suivre deux mécanismes distincts aboutissant à une bactériostase. Pour mieux comprendre les interactions entre la bactériocine et la cellule cible, le degré de pénétration de la mésentérocine 52A dans la membrane de trois souches de Leuconostoc, la première sensible, la seconde naturellement insensible et la dernière rendue résistante, a été caractérisé. Il semblerait que le phénotype de résistance soit corrélé avec les propriétés physico-chimiques de l’enveloppe cellulaire. Afin de pouvoir généraliser les résultats observés avec la mésentérocine 52A, d’autres bactériocines de la sous-classe IIa, les carnobactériocines Cbn BM1 et Cbn B2, produites par la souche Carnobacterium maltaromaticum CP5, ont été étudiées. Dans un premier temps, ces bactériocines ont été produites et purifiées à partir d’une souche d’Escherichia coli recombinante. L’étape de production en fermenteur a été optimisée, des quantités de l’ordre de 300 mg de peptides ont été produites. Le mode d’action des carnobactériocines, seules ou en combinaison, a été déterminé vis-à-vis de cellules procaryotes ou eucaryotes. Les carnobactériocines Cbn BM1 et Cbn B2 ont un mode d’action synergique contre les bactéries sensibles et ne présentent pas de cytotoxicité vis-à-vis des cellules de la lignée Caco-2
-Listeria
-Mécanisme d’action
-Expression hétérologue
-Anisotropie de fluorescence
-Carnobactériocine B2
-Carnobactériocine BM1
-Mésentérocine 52A
-Peptides antibactériens
-Leuconostoc
The action site of sub-class IIa bacteriocins is the cytoplasmic membrane of Gram-positive bacteria. The current view of the mechanism of action is divided into three steps: (i) adsorption of bacteriocins on the membrane; (ii) apparition of the structures of peptide and integration into the lipid double layer (iii) formation of pores. The presence of pores leads to efflux of vital cell compounds. They cause growth stop or bacterial death. The degree of penetration of mesenterocin 52A into the membrane was measured by fluorescence anisotropy of two probes, TMA-DPH and the DPH, which target the surface or the depth of the membrane, respectively. Different results were obtained with two bacterial species of the genus Listeria. In the first hand, the peptide is partially inserted into the membrane and in the second hand in depth. These results suggest that mesenterocin 52A can exhibit two different mechanisms leading to the same antibacterial effect. To better understand the interactions between bacteriocins and the target cell, the degree of penetration of mesenterocin 52A into the membrane of three Leuconostoc strains, the first sensitive, the second naturally resistant and last induced resistant, was characterized. It seems that the resistance phenotype is correlated with physical and chemical properties of the cell envelope. To generalize the results observed with mesenterocin 52A, other bacteriocins of sub-class IIa, the carnobacteriocins Cbn BM1 and Cbn B2, produced by Carnobacterium maltaromaticum CP5 strain, were studied. These bacteriocins were produced in E. coli and subsequently purified. The optimization of the production process in a reactor led to purify up to 300 mg of peptides for 1.5 liter of culture. The mode of action of carnobacteriocins, alone or in combination, was determined with prokaryotic or eukaryotic cells as targets. The carnobacteriocins Cbn BM1 and Cbn B2 have a synergistic mode of action against sensitive bacteria and are not cytotoxic against Caco-2 cell line
-Listeria
-Mechanism of action.
-Heterologous expression
-Fluorescence anisotropy
-Antimicrobial peptides
-Mesenterocin 52A
-Carnobacteriocin BM1
-Carnobacteriocin B2
-Leuconostoc
Source: http://www.theses.fr/2008INPL100N/document
AVERTISSEMENT
Ce document est le fruit d’un long travail approuvé par le jury de
soutenance et mis à disposition de l’ensemble de la communauté
universitaire élargie.
Il est soumis à la propriété intellectuelle de l’auteur au même titre que sa
version papier. Ceci implique une obligation de citation et de
référencement lors de l’utilisation de ce document.
D’autre part, toute contrefaçon, plagiat, reproduction illicite entraîne une
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Contact SCD INPL : scdinpl@inpl-nancy.fr
LIENS
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http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php
http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm
NANCY-UNIVERSITE
INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE
Ecole Nationale Supérieure d’Agronomie et des Industries Alimentaires
Laboratoire de Science et Génie Alimentaires
THESE
Présentée à l’Institut National Polytechnique de Lorraine par
Jordane JASNIEWSKI
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE
Spécialité : Procédés Biotechnologiques et Alimentaires
Etude des mécanismes d’action de bactériocines de la sous-classe IIa
Soutenue publiquement le 9 décembre 2008 devant la commission d’examen
Rapporteurs :
M. Frédéric Leroy, Professeur, Vrije Universiteit Brussel, Belgique
M. Hervé Prévost, Professeur, ENITIAA de Nantes, France
Examinateurs :
Mme Anne-Marie Revol-Junelles, Maître de conférences HDR (Directeur de thèse), ENSAIA, Nancy, France
Mme Catherine Cailliez-Grimal, Maître de conférences HDR (Co-directeur de thèse), ENSAIA, Nancy, France
Invité :
M. Eric Gelhaye, Maître de conférences HDR, UHP, Nancy, France
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Ecole Nationale Supérieure d’Agronomie et des Industries Alimentaires
Laboratoire de Science et Génie Alimentaires
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DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE
Spécialité : Procédés Biotechnologiques et Alimentaires
Etude des mécanismes d’action de bactériocines de la sous-classe IIa
Soutenue publiquement le 9 décembre 2008 devant la commission d’examen
Rapporteurs :
M. Frédéric Leroy, Professeur, Vrije Universiteit Brussel, Belgique
M. Hervé Prévost, Professeur, ENITIAA de Nantes, France
Examinateurs :
Mme Anne-Marie Revol-Junelles, Maître de conférences HDR (Directeur de thèse), ENSAIA, Nancy, France
Mme Catherine Cailliez-Grimal, Maître de conférences HDR (Co-directeur de thèse), ENSAIA, Nancy, France
Invité :
M. Eric Gelhaye, Maître de conférences HDR, UHP, Nancy, France
Remerciements
Ce travail s’est déroulé au Laboratoire de Science et Génie Alimentaires de l’ENSAIA-INPL
de Nancy. Je remercie le Professeur Stéphane Désobry pour m’avoir accueilli au sein de son
laboratoire.
J’exprime toute ma reconnaissance à Madame Anne-Marie Revol-Junelles, Maître de
conférences HDR à l’ENSAIA et à Madame Catherine Cailliez-Grimal, Maître de HDR à l’IUT Nancy-Brabois pour avoir accepté de diriger ce travail. Je leur
exprime toute ma gratitude pour leur bonne humeur, leur patience, leur encadrement, leurs
conseils ainsi que pour avoir patiemment corrigé ce document et les articles.
Je remercie également Monsieur le Professeur Jean-Bernard Millère (IUT Nancy-Brabois)
pour ses conseils et ses corrections.
Mes remerciements s’adressent également à Monsieur Frédéric Leroy, Professeur au Research
Group of Industrial Microbiology and Food Biotechnology (IMDO), Vrije Universiteit
Brussel, Belgique et à Monsieur Hervé Prevost, Professeur à l’UMR-INRA 1014 SECALIM
ENITIAA de Nantes qui ont accepté de juger ce travail en qualité de rapporteurs.
Je remercie Monsieur Eric Gelhaye, Maître de conférences HDR à la Faculté des Sciences de
Nancy, Monsieur Mohamed Younsi, Docteur à la Faculté de Médecine de Nancy et Madame
Isabelle Chevalot, Maître de conférences à l’ENSAIA pour leur collaboration scientifique.
Je remercie la toute nouvelle recrue, Monsieur le Docteur Frédéric Borges, pour ses
corrections et surtout son amitié.
Je tiens à remercier l’ensemble du personnel de l’ENSAIA qui me connaît et particulièrement
llecelui du LSGA, et surtout Anne, M Turban, Delphine, Myriam, Cédric, Jean-Louis,
Stéphane, Emmanuel R. et Emmanuel G.
Un grand merci à tous mes compagnons de galère : Eric, Guillaume.
Inam et Thibaut, bon courage car la votre commence…
Je remercie Greg, Willy, Gogi, Mike, Bienbien, Christin, Charlie, Alain, Franck, FX et
Audrey pour leur amitié…
J’embrasse Noémie pour son amour et pour m’avoir supporté tout au long de ce travail. Je
remercie également toute sa famille, c’est un plaisir de partager ma vie avec vous, en
particulier Marie-Anne, Jean-Daniel, Mélanie et son « Roumain » Loïc, Emeline et son
pianiste Julien. Je remercie la famille Hasser dans son ensemble avec une petite dédicace au
père des naines…
Enfin, un grand merci à mes parents qui m’ont encouragé dans toutes mes entreprises et à
mon frère à qui je tiens à dédicacer ce travail…
A Cédric…
Table des matières
Table des matières
Liste des figures hors publications....................................................................................................................... 1
Liste des tableaux hors publications.................................................................................................................... 1
Liste des abréviations............................................................................................................................................ 2
Introduction........................................................................................................................................................... 5
Chapitre I : Synthèse bibliographique ................................................................................................................ 9
I. Les bactériocines des bactéries lactiques................................................................................... 9
I.1 Définition................................................................................................................................................... 9
I.2 Classification ............................................................................................................................................. 9
II. Organisation ............................................................................................................... 14
II.1 Eléments génétiques du locus................................................................................................................. 14
II.2 La production des bactériocines ............................................................................................................. 15
II.2.1 Sécrétion des bactériocines.............................................................................................................. 15
II.2.2 Régulation de l’expression................ 19
II.3 Immunité ................................................................................................................................................ 21
III. Les bactériocines de la sous-classe IIa........................................................................................................ 23
III.1 Structure................................................................................................................................................ 23
III.2 Rôle des différentes régions de la bactériocine ..................................................................................... 26
III.3 Spectre d’activité................................................................................................................................... 31
IV. Mode et mécanismes d’action..................................................................................................................... 35
IV.1 Quantification de l’activité antibactérienne .........................................................................................
