Cold adaptation of the pathogen Bacillus cereus : mechanisms involved and genetic diversity
Adaptation au froid de la bactérie pathogène bacillus cereus : étude de mécanismes impliqués et exploitation de la diversité génétique
Résumé
Bacillus cereus sensu stricto (ss) is a major foodborne pathogen representing the second cause of foodpoisoning in France in 2012. This species belongs to Bacillus cereus sensu lato (sl) consisting of ubiquitous species genetically close-related and including other pathogens such as B. anthracis, B. thuringiensis and B.cytotoxicus. The strains of B. cereus sl are divided into seven phylogenetic groups with various growth temperature ranges and characterized by three main thermotypes: thermotolerant, mesophilic, psychrotolerant. The B. cereus ss cold adaptation is a key mechanism because it determines B. cereus ability to grow in refrigerated foods and achieve doses that can be dangerous to consumers. The aim of this study was to study the molecular mechanisms involved in the cold adaptation of strains representing B.cereus sl diversity. We demonstrated that the genes encoding the two component system CasK/R are over expressed at low temperature. CasK/R was found to be a generic mechanism for B. cereus sl cold adaptation as its role washigh lighted in the study of four strains with different thermotypes and their respective isogenic mutants ΔcasK/R. A transcriptomic study on a B. cereus ATCC 14579 strain and its ΔcasK/R mutant strain revealed that sixteen of the genes differentially expressed in both early log phase and stationary phase at lowtemperature encode proteins involved in the fatty acids metabolism. We showed the role of CasK/R in themodification of the membrane fatty acid composition via an increase of the proportion of unsaturated fattyacids during growth of B. cereus at low temperature. Further more, the gene encoding the desaturase DesA,mainly responsible of the fatty acids unsaturation at a low temperature is upregulated by CasK/R at low temperature.We also demonstrated that casK/R genes were organized in operon with a gene encoding a RpiR-like regulator. Interstingly, this operon is negatively regulated by CasK/R at low temperature in the station aryphase. The individual rpiR promoter is repressed by CasK/R at low temperature but also optimal growth temperature, suggesting also a role for CasK/R at optimal temperature.
Bacillus cereus sensu stricto (ss )est un pathogène alimentaire majeur représentant la 2e cause de toxi-infection alimentaire en France en 2012. Cette espèce fait partie du groupe Bacillus cereus sensu lato (sl) constitué d’espèces ubiquitaires génétiquement très proches et incluant d’autres pathogènes comme B.anthracis, B. thuringensis et B. cytotoxicus. Les souches de B. cereus sl sont d’autre part réparties en sept groupes phylogénétiques présentant des gammes de température de croissance variées et caractérisés par trois thermotypes principaux: thermotolérants, mésophiles, psychrotolérants. L’adaptation au froid dessouches B. cereus ss est un mécanisme clé car il conditionne sa capacité à se développer dans les aliments réfrigérés pour atteindre des doses qui peuvent être dangereuse pour les consommateurs. Le but de cette étude a été d’étudier les mécanismes moléculaires impliqués dans l’adaptation au froid de la diversité des souches représentant B. cereus sl.Nous avons mis en évidence que les gènes codant pour le système à deux composants CasK/R sont surexprimés à basse température. CasK/R s’est révélé être un système générique d’adaptation de B. cereus sl au froid, car son rôle a été mis en évidence lors de l’étude de quatre souches de thermotypes différents et leurs mutants isogéniques ΔcasK/R respectifs. Une étude transcriptomique réalisée sur une souche ATCC14579 et son mutant ΔcasK/R a révélé que seize des gènes différentiellement exprimés en début de phase exponentielle et en phase stationnaire, à basse température, codent pour des protéines impliquées dans le métabolisme des acides gras. Nous avons mis en évidence le rôle de CasK /R dans la modification de la composition en acides gras membranaires via une augmentation de la proportion en acides gras insaturés lors de la croissance de B. cereus au froid. Par ailleurs, le gène codant pour la désaturase DesA,principalement responsable des insaturations des acides gras à basse température est régulée positivement par CasK/R au froid.Nous avons également démontré que les gènes casK/R sont organisés en opéron avec un gène codant pour un régulateur RpiR-like. De manière originale, cet opéron est négativement régulé par CasK/R à basse température en phase stationnaire. Le promoteur individuel du rpiR est réprimé à basse température mais aussi à température optimale de croissance, ce qui suggère un rôle de CasK/R, même à température optimale.