Microbiote intestinal, Bactéries segmentées filamenteuses (sfb pour segmented filamentous bacteria), Adhésion bactérienne, Cryo-microscopie électronique et tomographie, Protéome bactérien, Surface bactérienne, Transcriptome bactérien

Les bactéries filamenteuses segmentées (SFB) sont des bactéries intestinales de la famille Clostridiaceae présentes chez de nombreux vertébrés, y compris les humains. Chez la souris, ces anaérobies micro-aérotolérants stimulent les réponses immunitaires innées et adaptatives, ce qui améliore la protection contre les pathogènes intestinaux et respiratoires mais accentue la sévérité des symptômes dans plusieurs modèles de maladies. Néanmoins, SFB reste peu étudiée car sa culture in vitro reste limitée, sa propagation n'est possible que dans des souris axéniques, sa manipulation génétique n'est pas encore réalisable et le génome complet n'est disponible que pour la souris et le rat. Pour établir leur niche, les bactéries au stade unicellulaire de SFB, nommées intracellular offspring (IO), traversent le mucus et s'attachent aux cellules épithéliales des villosités et des plaques de Peyer dans l'iléon grâce à leur extrémité pointue unique. Les IO maintiennent ainsi une interaction directe avec les cellules hôtes à mesure qu'ils s'allongent et forment des filaments segmentés qui se différencient et libèrent de nouveaux IO. Cet ancrage spécifique à l'hôte est crucial pour la stimulation des cellules immunitaires, en particulier celle des cellules T helper 17 (Th17), mais reste incompris. Notre objectif a donc été de caractériser les stades unicellulaire et filamenteux de SFB et de mieux comprendre son attachement. Nous avons caractérisé morphologiquement leur surface chez la souris et le rat, en particulier au niveau de la pointe, en utilisant la cryo-microscopie électronique (cryo-EM) et la tomographie. Une couche de surface (S), dont l'analyse génomique prédisait l'absence, a été trouvée tout autour des IO de petite taille. Une modification structurelle de la couche externe de SFB a été observée lors du passage du stade unicellulaire au stade filamenteux. Cette transition commence par la formation d'une pilosité désordonnée seulement sur la pointe des IO. Lors de l'élongation bactérienne, la couche externe entourant les IO et les filaments change d'aspect et devient une couche pileuse ordonnée et rectiligne. De plus, lors de la colonisation d'un hôte hétérologue, donc en absence d'attachement, il y a une diminution de la longueur de la pointe et une augmentation du nombre d'IO sans pilosité désordonnée pleinement développée, suggérant un rôle potentiel de cette pilosité dans l'adhésion de SFB. Pour obtenir une perspective moléculaire, nous avons réalisé une analyse multi-omique (transcriptomique et protéomique) des stades unicellulaire et filamenteux de SFB de souris. x Cette stratégie a permis d'identifier des protéines de surface clés et des protéines enrichies dans les IO pouvant jouer un rôle dans l'adhésion. Nous avons produit des anticorps polyclonaux et des nanobodies pour localiser trois antigènes Th17 de SFB reconnus par le système immunitaire, par marquage immunofluorescent et/ou par immunogold pour cryo-EM. Ces antigènes sont accessibles sur l'ensemble de la surface des IO, mais uniquement à l'extrémité des filaments, suggérant que le développement de SFB influence également l'exposition des protéines à la surface. Cette étude identifie ainsi de nouvelles structures de surface et fournit une caractérisation morphologique détaillée de la pointe adhésive de SFB et des transitions structurelles se produisant lors de son développement. Nous montrons la conservation de ces structures chez différents hôtes et des altérations dans le développement de la pointe de SFB dans un contexte sans ancrage. Cette étude décrit pour la première fois le transcriptome et le protéome des IO et des filaments de SFB, établit des techniques innovantes pour caractériser les protéines de surface et localise des antigènes de surface ayant une importance immunologique. Ces informations structurelles et moléculaires sont essentielles pour comprendre l'adhésion de SFB aux cellules hôtes, étape cruciale pour le potentiel immunostimulateur de SFB.