Microbiologie, Spirochetes, Leptospires, Leptospirose, Stress oxydatif, Superoxyde dismutase, PerR, Évolution, Transcriptome

Le superoxyde (O2.-), une espèce réactive de l'oxygène (ERO) toxique, est produit lors du métabolisme aérobique. Selon la théorie de la toxicité de l'oxygène, les enzymes d'élimination du superoxyde (SOSEs), tels que la superoxyde dismutase (SOD), sont indispensables à la vie aérobie. Cependant, l'universalité de cette hypothèse chez les bactéries reste à explorer. En outre, les SOSEs sont essentiels à la virulence de nombreux pathogènes car ils neutralisent l'O2.- produit par l'hôte. Les leptospires pathogènes, l'agent responsable de la leptospirose, font partie des rares aérobes dépourvus de SOSE. Les mécanismes qu'ils utilisent pour faire face au superoxyde sont inconnus. Pour répondre à cette question, nous avons combiné des approches évolutives et multi-omiques. Tout d'abord, nous avons démontré qu'une SOD était présente chez le dernier ancêtre commun des leptospires, maintenue dans les clades saprophytes, mais perdue lors de l'émergence des clades pathogènes. L'expression d'une SOD dans le modèle pathogène L. interrogans réduit l'adaptation à O2.-, à moins qu'une catalase cytoplasmique ne soit présente. Par ailleurs, nous avons démontré qu'une adaptation durable au superoxyde reste possible en l'absence de SOD, indépendamment de l'acquisition de mutation. Par des techniques de RNASeq et de spectrométrie de masse, nous avons montré que la biosynthèse de la cystéine et de la leucine était induite en réponse à O2.-. Nous avons démontré que l'addition de sulfate, probablement par le biais de la voie d'assimilation du sulfate, permet de remédier au défaut de croissance induit par le superoxyde. De plus, nous avons observé une augmentation de l'oxydation des Cys lors de l'exposition à O2.-, suggérant que l'oxydation de ce résidu est à l'origine de la toxicité du superoxyde. Notre étude suggère que l'adaptation des leptospires pathogènes au superoxyde implique une reprogrammation métabolique et remet en question la théorie de la toxicité de l'oxygène chez les bactéries pathogènes aérobies. Nous avons aussi étudié la régulation transcriptionnelle de la réponse au stress oxydatif chez les leptospires pathogènes. Nous avons identifié deux régulateurs (PerRA et PerRB) qui participent à la régulation de la réponse au stress oxydatif chez L. interrogans. Alors que PerRA réprime les défenses contre le peroxyde d'hydrogène (H2O2), la fonction exacte de PerRB était méconnue. L'inactivation de perRB augmente la résistance à O2.-, suggérant que PerRA et PerRB ont un rôle complémentaire dans la régulation des défenses contre les EROs. Cependant, les gènes du régulon PerRB qui participent à l'adaptation au superoxyde n'étaient pas identifiés. Nous avons donc réalisé le transcriptomique du mutant perRB en présence de H2O2 et d'O2.-. Nous avons pu déterminer que le régulon de PerRB est limité à 20 gènes, dont des gènes codant pour des oxydoréductases et des gènes impliqués dans la régulation traductionnelle. En présence d'H2O2, PerRB contrôle l'expression d'une peroxydase à glutathion (gpxB). En présence d'O2.-, il régule la voie d'assimilation du soufre et les ARNt. Ainsi, PerRB participerait à l'adaptation au superoxyde non seulement en augmentant la biosynthèse des cystéines, mais aussi en régulant la traduction des protéines. Enfin, nous avons constaté que les réponses à H2O2 et O2.- étaient différentes et nous avons pu identifier un régulon de stress oxydatif « central » dont l'expression est induite en présence des deux EROs. Le régulon central du stress oxydatif est composé de 30 gènes, dont des gènes liés à la biosynthèse du LPS, un déterminant majeur de la virulence de L. interrogans. L'ensemble de ces études a permis de décrypter de nouvelles stratégies d'adaptation au stress oxydatif chez un pathogène déficient en SOSE, élargissant ainsi notre compréhension des réponses au stress ainsi que de l'évolution et de la régulation des systèmes antioxydants.