Mécanismes de la Sécrétion de Cellulose Bactérienne dans les Interactions avec les Plantes Hôtes – CelluSec

La cellulose est le biopolymère le plus abondant sur Terre et, bien qu’elle soit le constituant de construction prédominant des plantes, elle est également un composant clé de la matrice extracellulaire dans les biofilms de nombreuses espèces bactériennes. La sécrétion de cellulose est essentielle au succès écologique et à la colonisation des tissus hôtes par les bactéries symbiotiques comme pathogènes qui vivent en étroite association avec les plantes, et peut donc avoir un impact économique significatif à travers le rôle qu’elle peut jouer dans ces organismes. Les exemples incluent les espèces du genre Gluconacetobacter, source de cellulose bactérienne cristalline (CB) dans l’industrie, les phytopathogènes multi-hôtes tels que Dickeya dadantii, les agents pathogènes humains et animaux (par exemple les entérobactéries E. coli ou Salmonella enterica) et les microorganismes utiles en lutte biologique comme P. fluorescens SBW25.

La CB a été décrite pour la première fois au 19ème siècle, mais ce n’est qu’au cours de cette dernière décennie qu’il a été décrit que la cellulose synthase bactérienne BcsA, assistée par un partenaire de membrane interne BcsB, détecte le second messager intracellulaire c-di-GMP pour polymériser simultanément le glucose activé par l’UDP et extruder le polysaccharide naissant à travers la membrane bactérienne interne. Dans quelques organismes modèles, des progrès significatifs ont également permis d’élucider la polymérisation de la cellulose, mais aussi de la signalisation bactérienne, l’assemblage du système de sécrétion et du rôle du polymère dans la résistance et l’architecture du biofilm. Au niveau moléculaire, il est maintenant bien établi que les CB matrice de biofilm peuvent être produites par plusieurs types de systèmes de sécrétion Bcs et qu’en plus du duo BcsAB bien étudié, peuvent comporter de multiples sous-unités accessoires souvent indispensables à la production de polysaccharides. Cependant, les rôles nombreux de ces acteurs clés et la façon dont ils interagissent restent à examiner.

L’objectif de ce projet ambitieux est de déterminer les mécanismes moléculaires par lesquels les bactéries sécrètent et modifient les exopolysaccharides du biofilm cellulosique, comment elles les utilisent pour envahir ou protéger les plantes hôtes et quelles sont les réponses de l’hôte à la formation de biofilms. Une attention particulière sera accordée aux études d’architecture globale de plusieurs systèmes de sécrétion de Bcs et à ce qui détermine la sécrétion de cellulose cristalline par rapport à celle de cellulose chimiquement modifiée; sur les points communs et les particularités entre les composantes individuelles de Bcs et les partenaires de régulation qui induisent ou inhibent la formation de biofilm; et sur les réponses physiologiques ou la fitness de l’hôte végétal. En nous appuyant sur une solide expertise en biologie structurale des systèmes de sécrétion bactérienne et des mécanismes de signalisation du biofilm (laboratoire de P. Krasteva) et sur des modèles uniques établis pour les interactions bactéries-plantes et la compétition bactérienne (laboratoire d’A. Carlier), nous contribuerons à une étude approfondie de ce processus de biosynthèse répandu et fournirons des pistes moléculaires pour l’ingénierie de souches efficaces de biocontrôle et de surproduction de BC d’importance économique.

Le projet CelluSec devrait révéler des informations fondamentales sur la sécrétion bactérienne de cellulose et son rôle dans les interactions symbiotiques et pathogènes bactéries-plantes et présente donc un fort potentiel pour des applications biotechnologiques nouvelles ou optimisées des bactéries surproductrices de cellulose en tant que ressource industrielle durable pour les biopolymères, ou afin d’améliorer la résilience des microorganismes de lutte biologique.