Clostridioides difficile, Oxygène, Réponse au stress, Régulation, Rédox, Stress oxydant

Clostridioides difficile est un bacille à Gram positif, sporulant et une bactérie anaérobie stricte. C. difficile est un pathogène entérique responsable de diarrhées, dont les infections sont souvent associées à une dysbiose du microbiote intestinal. Au cours de son cycle infectieux, C. difficile va être exposée à différentes sources de stress oxydant. Tout d'abord, au sein du tractus gastro-intestinal, il existe deux gradients en oxygène (O2), l'un proximo-distal et l'autre dépendant de la proximité avec les cellules épithéliales. Cette présence d'O2, même si les tensions sont faibles, correspond à un stress majeur pour une bactérie anaérobie stricte. Les tensions en O2 sont de plus accrues lors d'une dysbiose. Dans le colon, C. difficile va sécréter des toxines qui entraînent la mort des colonocytes, une rupture de l'intégrité de l'épithélium et en conséquence une inflammation locale importante avec un afflux majeur de cellules immunitaires, notamment de neutrophiles. Les cellules immunitaires vont produire différents composés antimicrobiens, notamment des espèces réactives de l'oxygène (ERO), qui vont être une seconde source de stress oxydant pour C. difficile. C. difficile possède un arsenal d'enzymes impliquées dans la détoxication de l'O2 et/ou des ERO. Les enzymes de détoxication de l'O2 ont déjà été caractérisées biochimiquement, ainsi que leur rôle physiologique lors d'une exposition à de faibles tensions en O2. Nous avons poursuivi leur caractérisation en présence de tensions croissantes en O2 afin d'établir leur spectre d'activité et nous nous sommes ensuite intéressés à la régulation de l'expression des gènes correspondant. Chacun de ces gènes présente une régulation spécifique et nous avons également identifié un nouveau régulateur, OseR, qui induit l'expression des gènes de ces enzymes en réponse à une exposition à des tensions physiologiques en O2. Nous avons également caractérisé biochimiquement des enzymes de détoxication des ERO, étudié leurs rôles physiologiques et montré qu'OseR et le facteur de la réponse générale aux stress, sigmaB, participaient à la régulation des gènes codant ces enzymes. Nous nous sommes par ailleurs intéressés au rôle que pouvait jouer l'O2 dans le contrôle de la virulence de C. difficile, et notamment sur la production de toxines. Nous avons mis en évidence qu'une exposition à l'O2 permettait une augmentation de la production des deux toxines majeures de C. difficile via une induction de l'expression des gènes de toxines faisant intervenir une cascade de régulation qui commence par le régulateur OseR et qui fait intervenir le facteur sigma de la motilité, sigmaD. Les opérons codant les gènes de motilité et du chimiotactisme incluant le gène de sigmaD sont induits en présence d'O2 ce qui permet à C. difficile d'avoir une forme d'aérotaxie. Nous avons aussi montré que le régulateur OseR contrôlait négativement la sporulation en réponse à l'O2 en modulant l'activité du régulateur de l'initiation de la sporulation, Spo0A. OseR semble donc être le régulateur maître de la réponse à l'O2 chez C. difficile. Nous avons aussi mis en évidence que la production de la troisième toxine de C. difficile, la toxine binaire, est également induite en réponse à l'O2. Cette induction est médiée par un autre réseau de régulation qui semble impliquer un système de quorum-sensing. Enfin, nous nous sommes intéressés au rôle possible des systèmes de détoxication de l'O2 in vivo. Nous avons montré que malgré la présence d'O2 dans le colon de souris infectées par C. difficile, des bactéries incapables de détoxiquer l'O2 ne présentaient pas de défaut de colonisation ou de persistance. Grâce à une étude métabolomique, confirmée par des expériences in vitro, nous avons pu mettre en évidence que cette absence de phénotypes in vivo semblait associée à la présence de thiols réduits dans l'intestin des souris, notamment de cystéine.