Characterization of Staphylococcus aureus extracellular vesicles and their impact on the host immune response

Abstract

Les vésicules extracellulaires (VEs) sont des bio-particules dérivant de la membrane bactérienne et transportant des molécules impliquées dans les interactions avec l’hôte. Le pathogène Staphylococcus aureus (SA) libère des VEs encore largement inexplorées. Cette thèse fournit le premier travail de caractérisation approfondie de la composition en ARN et en protéines des VEs de SA et de ses cellules productrices. Les VEs contiennent toutes les classes d’ARN sous formes intactes ou fragmentées, dont des petits ARN régulateurs. Le contenu en protéines des VEs comprend des facteurs de virulence, des régulateurs transcriptionnels et des enzymes de voies métaboliques variées. Des différences de composition entre les VEs et les cellules productrices ont été détectées, suggérant des processus d’empaquetage sélectif de leur contenu. Au niveau de leurs fonctions biologiques, nous avons montré que l'ajout de VEs à des cultures bactériennes de SA améliorait leur croissance en conditions carencéeDans le cadre des interactions hôte-pathogène, la réponse cellulaire induite par les VEs différait de celle induite par les bactéries vivantes, indiquant que les VEs pourraient avoir d'autres fonctions physiologiques en lien avec l’infection que celles des bactéries. Dans l'ensemble, nous démontrons que les VEs de SA contienent de nouveaux éléments et modulent la réponse de l'hôte avec différentes intensités, temps d'exposition et par des voies différentes de celles des bactéries vivantes. Cette étude apporte des connaissances sur les rôles fonctionnels potentiels des VEs dans le contexte de la physiologie bactérienne et des infections staphylococciques.Bacterial extracellular vesicles (EVs) are nanoparticles carrying macromolecules that can influence host-pathogen interactions. The pathogen Staphylococcus aureus (SA) releases EVs whose characteristics are still largely explored. This thesis’s project provides the first work extensively characterizing the RNA and protein content of profile of SA clinical HG003 strain and its producing cells. We found that EVs comprised all RNA classes including small regulatory RNA. The protein content of EVs was also diverse with various important elements such as virulence factors, transcriptional regulators, and metabolic enzymes. Interestingly, the protein and RNA content of EVs differed from that of its producing cells, suggesting that selective cargo packing exists. The intra- and interspecies role of EVs was also investigated.We found that the addition of HG003 EVs to bacterial cultures improved their growth in restrictive media. In the context of host-pathogen interactions, the cellular response induced by EVs differed from that induced by the living bacteria in both human and bovine models, indicating that EVs could display other physiological functions than those of bacteria which may be important to the infection process. Overall, our data evidence that SA EVs carry important newly discovered elements, and modulate the host response with different intensities, exposure periods, and by different routes from that of live bacteria. This study brings new knowledge about SA EVs potential functional roles in the context of bacterial physiology and staphylococcal infections