Dissecting the Genetic Components of Adaptation of Escherichia coli to the Mouse Gut

While pleiotropic adaptive mutations are thought to be central for evolution, little is known on the downstream molecular effects allowing adaptation to complex ecologically relevant environments. Here we show that Escherichia coli MG1655 adapts rapidly to the intestine of germ-free mice by single point mutations in EnvZ/OmpR two-component signal transduction system, which controls more than 100 genes. The selective advantage conferred by the mutations that modulate EnvZ/OmpR activities was the result of their independent and additive effects on flagellin expression and permeability. These results obtained in vivo thus suggest that global regulators may have evolved to coordinate activities that need to be fine-tuned simultaneously during adaptation to complex environments and that mutations in such regulators permit adjustment of the boundaries of physiological adaptation when switching between two very distinct environments

Etude du régulon sigma-54 et de son implication dans la sensibilité aux bactériocines de sous-classe IIa chez Listeria monocytogenes

Les bactériocines de sous-classe IIa sont des peptides à activité anti-Listeria synthétisés par des bactéries lactiques. La sensibilité de Listeria monocytogenes implique le facteur de transcription s54, pour lequel trois activateurs associés ont été identifiés dans le génome, ManR, LacR et CotR. Le facteur s54 et ManR régulent l'expression d'une perméase PTS de la famille mannose, EIItMan, qui joue un rôle crucial dans la sensibilité aux bactériocines IIa. EIItMan est constituée d'une sous-unité cytoplasmique IIABtMan et d'un complexe membranaire IICtMan-IIDtMan. Sa localisation membranaire a suggéré son rôle putatif de récepteur à ces peptides anti-bactériens. Afin d'approfondir, à l'échelle moléculaire, l'implication de s54 et de EIItMan dans la sensibilité aux bactériocines IIa, nous avons développé deux axes de recherche. Dans un premier temps, une étude globale des gènes régulés par s54 a été réalisée. Nous avons mené une analyse comparative transcriptomique et protéomique entre un mutant s54 et la souche sauvage EGDe. Dans nos conditions d'étude, mptACD, codant EIItMan, est l'unique opéron directement contrôlé par s54. Le facteur s54 a un effet principal sur le métabolisme des sucres, probablement orchestré par la répression de mptACD. Dans un second temps, nous avons étudié le rôle de EIItMan dans le mode d'action des bactériocines IIa. L'analyse par RT-PCR de l'expression de mptACD montre une relation entre son niveau d'expression et le degré de sensibilité des mutants. L'expression hétérologue de l'opéron mptACD chez une bactérie insensible, Lactococcus lactis, conduit à une sensibilité de la souche aux bactériocines IIa. Nous avons aussi montré que seule l'expression du gène mptC (codant IICtMan) est nécessaire pour sensibiliser L. lactis. Ainsi, la sous-unité membranaire IICtMan joue un rôle crucial dans la sensibilité et pourrait être la cible privilégiée des bactériocines IIa.Subclass IIa bacteriocins produced by lactic acid bacteria, are peptides active against Listeria. The s54 transcriptional factor is involved in the sensitivity of Listeria monocytogenes to these peptides. Three s54 associated activators were identified in L. monocytogenes genome, ManR, LacR and CotR. The s54 factor and ManR regulated the EIItMan synthesis, a mannose PTS permease, which is crucial in sensitivity to IIa bacteriocins. EIItMan is composed of a cytoplasmic subunit, IIABtMan, and a membrane complex IICtMan-IIDtMan. Its membrane localization led our group to suggest that it could be a receptor to antibacterial peptides. The role of s54 and EIItMan in sensitivity to IIa bacteriocins was investigated through two approaches. First, we realised a global analysis of genes regulated by s54, by the comparison of the transcriptome and proteome profiles of a s54 mutant and the wild type EGDe strain. In our conditions study, mptACD, encoding EIItMan, is the only operon shown to be directly regulated by s54. The s54 mutation has a main influence on sugars metabolism, may be due to the repression of mptACD. Second, we study the implication of EIItMan in sensitivity mechanism to IIa bacteriocins. The analysis by RT-PCR of the mptACD expression suggested a link between its level expression and the level of sensitivity of L. monocytogenes mutants. Besides, the heterologous expression of mptACD in an insensitive species, Lactococcus lactis, led to sensitize the strains to IIa bacteriocins. We also show that only the mptC expression (encoding IICtMan) is necessary to induce sensitivity in L. lactis. Thus, the membrane subunit, IICtMan is crucial for the sensitivity and could be the particular target of IIa bacteriocins.POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocSudocFranceF