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Le pouvoir adhésif de Lactococcus lactis : une histoire tirée par les « pili » ?

Au moyen d’un faisceau laser, il est possible de manipuler une protéine à la surface d’une bactérie vivante et de l’étirer jusqu’à son point de rupture. Ces expériences donnent de précieuses informations sur la structure dynamique de la macromolécule telle que l’élasticité mais aussi sa conformation lorsqu’elle est soumise à une force de l’ordre du picoNewton (1 million de millionième de Newton). Ces résultats ont été publiés dans la revue scientifique Plos One [1].

 

Des chercheurs du LISBP, en collaboration avec l’Institut MICALIS (INRA, Jouy-en-Josas) se sont penchés sur la structure du pilus (pluriel : pili) : une protéine sécrétée à la surface d’une bactérie et impliquée dans l’adhésion à une surface – produit par Lactococcus lactis (figure 1). Cette bactérie rencontrée majoritairement dans le milieu laitier a la capacité de former des communautés appelées biofilms. La formation de biofilms rencontrés dans le domaine agro-alimentaire est un véritable enjeu sociétal pour la sécurité alimentaire. Pour répondre à cette question, une instrumentation de pince optique a été développée au LISBP et permet de manipuler le micron (1 millionième de mètre) afin de mesurer des forces infimes.

 

Le pilus est une sorte d’appendice situé à la surface de la paroi des bactéries Gram +. La biogénèse des pili est une machinerie faisant intervenir des sortases, enzymes qui assemblent deux protéines élémentaires – les pilines –de manière covalente. Le pilus qui en résulte est un assemblage en série de pilines de squelette (figure 2) – PilB chez L. lactis IL1403 – avec une piline de coiffe – PilA – en dernière position. Cet assemblage est uniquement réalisé par la sortase C (strC). Le pilus est fermement ancré au peptidoglycane par une piline d’ancrage – PilC.

 

Il a été démontré qu’en conditions statiques, les pili jouaient un rôle dans l’auto-agrégation et la structuration du biofilm (travaux de Jean-Christophe Piard, MICALIS [2,3]). Pour comprendre en détail le rôle joué par les pili dans le processus d’initiation d’un biofilm, des équipes du LISBP se sont focalisées sur l’influence des différentes pilines et de la sortase C sur (i) le rôle adhésif [4] et (ii) les propriétés nanomécaniques des pili [1] (figure 3).

 

Ces équipes ont démontré que les pili jouent un rôle primordial dans l’adhésion de L .lactis sur une surface polymère et que la sortase C est indispensable pour voir opérer cette capacité à résister à un écoulement cisaillé. Les expériences d’étirement ont également confirmé ce résultat et apporté des données d’extrême flexibilité de la protéine, bien plus qu’un brin d’ADN. Cette découverte permet d’alimenter de nombreuses hypothèses sur l’assemblage de plusieurs bactéries entre elles et des expériences complémentaires sont en cours de développement.

 

Une meilleure compréhension des conditions qui gouvernent la colonisation de surfaces biotiques (par ex. le tractus intestinal) ou abiotiques (par ex. machine à traire) constitue donc un enjeu socio-économique sans équivoque. La compréhension de la nanomécanique des pili et de leur importance dans l’adhésion des lactocoques permet d’apporter des éléments sur le rôle possible joué par les lactocoques dans la formation de biofilms sur des sites pertinents en industrie agro-alimentaire comme les machines à traire ou les planches d’affinage. A terme, ce type de biofilms permettrait de lutter contre les sources pathogènes (par exemple Listeria) mais aussi contre les flores d’altération pour in fine proposer des solutions de biopréservation alimentaire.

 

 

 Figure 2 : Opéron codant pour l’expression des différents gènes nécessaires à la production d’un pilus et sa topologie.

 

 

 

 

Figure 3 : Approche expérimentale multi-échelle utilisant la chambre à écoulement cisaillé pour déterminer les propriétés d’adhésion d’une population d’individus piliés et la pince optique pour caractériser les propriétés nanomécaniques d’un pilus individuel.

 

 

 

 

 Figure 4 : Microscopie électronique à transmission de lactocoques de la souche IL1403 Pil exprimant des pili (flèches). Barre d’échelle, 500 nm. Figure reproduite de la revue scientifique PlosOne (http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0152053.g003)

 

 

 

 

Figure 4 : Mickaël Castelain installant un échantillon pour calibrer la pince optique par une interface de contrôle et d'acquisition développée au LISBP - ©Ch. Maitre/Inra.

 

 

 

 

REFERENCES

 

1. Castelain M, Duviau MP, Canette A, Schmitz P, Loubiere P, Cocaign-Bousquet M, et al. (2016) The Nanomechanical Properties of Lactococcus lactis Pili Are Conditioned by the Polymerized Backbone Pilin. PLoS One 11 (3): e0152053.

2. Dieye Y, Oxaran V, Ledue-Clier F, Alkhalaf W, Buist G, Juillard V, et al. (2010) Functionality of sortase A in Lactococcus lactis. Appl Environ Microbiol 76 (21): 7332-7337.

3. Oxaran V, Ledue-Clier F, Dieye Y, Herry J-M, Péchoux C, Meylheuc T, et al. (2012) Pilus Biogenesis in Lactococcus lactis: Molecular Characterization and Role in Aggregation and Biofilm Formation. PLoS ONE 7 (12): e50989.

4. Castelain M, Duviau MP, Oxaran V, Schmitz P, Cocaign-Bousquet M, Loubiere P, et al. (2016) Oligomerized backbone pilin helps piliated Lactococcus lactis to withstand shear flow. Biofouling 32 (8): 911-923.