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Theses Year : 2022

Study of the spatial organization and phenotypic heterogeneity of Escherichia coli O157:H7 and Listeria monocytogenes in model gel matrices

Etude de l’organisation spatiale et de l'hétérogénéité phénotypique d’Escherichia coli O157:H7 et Listeria monocytogenes dans des matrices gélifiées modèles

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Abstract

Food is the main vector for the ingestion of pathogenic microorganisms in humans and animals. These structured environments are heterogeneous and the diversity of microenvironments favors the emergence of bacterial subpopulations. In food matrices, microorganisms can be isolated as single cells or aggregated as surface biofilms or embedded microcolonies. The local activity of microorganisms generates nutrient and metabolite gradients that enhance the heterogeneity of biotopes and the phenotypic diversity of associated microbiota. The objective of this thesis is to study the behavior of two foodborne pathogenic bacteria (Escherichia coli O157:H7 and Listeria monocytogenes) in a model structured medium, a transparent gel matrix of modular composition. The coupling of this synthetic hydrogel matrix to confocal laser scanning microscopy (CLSM) allowed us to demonstrate the influence of the initial inoculum, texture, NaCl concentration and pH on the morphodynamics of these bacterial systems, at the single cell level. Furthermore, the use of a fluorescent transcriptional fusion has allowed us to demonstrate a localized expression of an acid stress response gene of E. coli O157:H7, gadB, in the periphery of microcolonies, specifically in acidic matrices. The strong and spatialized expression of this gene correlates with a greater ability of the population to survive acid stress mimicking gastric digestion. This work highlights the importance of growth conditions on the behavior of pathogenic bacteria in food matrices and suggests new levers to limit infections related to the consumption of contaminated food.
Les aliments sont les principaux vecteurs de l’ingestion de micro-organismes pathogènes chez l’humain et l’animal. Ces milieux structurés sont hétérogènes et la diversité des micro-environnements favorise l’émergence de sous-populations bactériennes. Dans les matrices alimentaires, les micro-organismes peuvent être isolés sous forme de cellules uniques ou regroupées sous forme de biofilms de surface ou de microcolonies incluses. L’activité locale des micro-organismes génère des gradients de nutriments et de métabolites qui renforcent l’hétérogénéité des biotopes et la diversité phénotypique des microbiotes associés. L’objectif de cette thèse est d'étudier le comportement de deux bactéries pathogènes alimentaires (Escherichia coli O157:H7 et Listeria monocytogenes) dans un milieu structuré modèle, une matrice gélifiée transparente de composition modulable. Le couplage de cette matrice formulée à partir d’un hydrogel synthétique à la microscopie confocale laser à balayage (MCLB) nous a permis de mettre en évidence l’influence de l’inoculum initial, la texture, la concentration en NaCl et le pH sur la morphodynamique de ces systèmes bactériens, à l'échelle de la cellule unique. Par ailleurs, l’utilisation d’une fusion transcriptionnelle fluorescente a permis de mettre en évidence une expression localisée en périphérie des microcolonies d’un gène de réponse au stress acide de E. coli O157:H7, gadB, et ce spécifiquement dans les matrices acides. L’expression forte et spatialisée de ce gène est corrélée avec une plus grande capacité de survie de la population à un stress acide mimant la digestion gastrique. Ces travaux soulignent l’importance des conditions de croissance sur le comportement des bactéries pathogènes dans les matrices alimentaires et suggèrent de nouveaux leviers pour limiter les infections liées à la consommation d’aliments contaminés.
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Dates and versions

tel-03735826 , version 1 (21-07-2022)

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  • HAL Id : tel-03735826 , version 1

Cite

Cédric Saint Martin. Etude de l’organisation spatiale et de l'hétérogénéité phénotypique d’Escherichia coli O157:H7 et Listeria monocytogenes dans des matrices gélifiées modèles. Sciences du Vivant [q-bio]. Université Paris Saclay, 2022. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03735826⟩
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