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Stratégies de survie d'E. coli en conditions stressantes

Une étude révèle comment E. coli résiste à un pH bas et à d'autres stress.

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Chaque année, plein de gens tombent malades à cause de la nourriture contaminée. Un des grands responsables des maladies d’origine alimentaire, c'est une bactérie appelée Escherichia coli, ou E. Coli. Un type particulier d'E. coli peut causer des problèmes de santé graves, et en 2010, plus de 35 000 personnes sont mortes à cause de maladies liées à cette bactérie. Le gros problème, c'est quand les cultures se contaminent avec des déchets animaux pendant leur croissance ou leur traitement. C'est souvent le cas pour les légumes et les salades.

E. coli sait survivre dans des conditions difficiles, y compris un pH bas, qu'on trouve souvent dans les environnements végétaux. Ce stress peut venir de différentes sources, comme les changements de température et la sécheresse. Donc, il est super important de comprendre comment E. coli arrive à gérer ces conditions stressantes.

E. coli et ses mesures de protection

E. coli a développé plusieurs trucs pour se protéger d'un pH bas. Une façon de faire, c'est de couvrir sa surface avec des substances appelées polysaccharides. Ces polysaccharides incluent les antigènes O et K, ainsi qu'un autre polysaccharide connu sous le nom d'acide colanique. L'acide colanique est produit davantage quand E. coli est en stress. Ça montre que l'acide colanique aide E. coli à survivre dans diverses conditions difficiles. Par exemple, une souche spécifique d'E. coli connue sous le nom d'EHEC peut être affectée par des changements dans les gènes responsables de la production de l'acide colanique.

Un autre type de polysaccharide présent à la surface d'E. coli s'appelle les antigènes communs des entérobactéries (ECA). Il existe différentes formes d'ECA dans diverses parties de la cellule, mais leurs rôles complets dans la survie de la bactérie ne sont pas encore totalement clairs.

Dans une étude récente, des chercheurs ont examiné comment des souches d'E. coli qui ont des problèmes à produire de l'ECA réagissent à un pH bas. Ils ont découvert qu'une souche sans le gène wzxE, qui est crucial pour la synthèse de l'ECA, avait du mal à croître lorsque le pH était bas. Ce gène est responsable du transport d'une forme d'ECA à travers la membrane cellulaire. Quand le gène wzxE ne fonctionne pas correctement, une forme d'ECA s'accumule à l'intérieur de la cellule, ce qui peut être nuisible. Cependant, la souche sans wzxE a réussi à éviter cette accumulation toxique grâce à d'autres processus impliquant l'acide colanique.

Expérimenter avec la croissance d'E. coli

Dans l'étude, différents types d'E. coli ont été testés dans des conditions de pH variées pour voir comment ils poussaient. La souche sauvage, qui est la version normale d'E. coli, a été comparée à la souche sans wzxE. À un pH bas de 5,5, la souche sans wzxE montrait une croissance moins bonne comparée à la sauvage. Cependant, quand l'environnement était neutre ou alcalin (pH 7,0 ou 8,5), la souche sans wzxE poussait tout aussi bien que la souche sauvage.

De plus, ils ont testé la souche knock-out dans un milieu à base de plantes appelé V8, qui est naturellement acide. Dans ce milieu, la souche sans wzxE a aussi montré une croissance réduite comparée à la souche sauvage. Quand un morceau génétique contenant le gène wzxE a été réintroduit dans la souche knock-out, elle a pu croître sans montrer les mêmes problèmes de croissance en conditions de pH bas.

pH bas et sensibilité des légumes

Les chercheurs voulaient aussi voir si la souche sans wzxE serait sensible à de vrais légumes. Ils ont préparé des extraits de plusieurs types de légumes et ont découvert que la souche knock-out avait moins de bactéries viables comparée à la souche sauvage lorsqu'elle était exposée à ces extraits de légumes. Les résultats ont montré que la souche sans wzxE a plus de mal dans des conditions réelles avec des légumes, surtout ceux avec des niveaux de pH plus bas, comme les tomates cerises.

L'étude a montré que la sensibilité de la souche sans wzxE au pH bas ne s'applique pas seulement aux milieux synthétiques mais aussi aux conditions naturelles des légumes.

Le rôle de l'ECA lipid III

L'accumulation de certaines formes d'ECA, spécifiquement l'ECA lipid III, joue un rôle clé dans la sensibilité de la souche sans wzxE au pH bas. Quand le gène wzxE est supprimé, l'ECA lipid III peut s'accumuler à l'intérieur des bactéries, ce qui est nuisible. Pour confirmer cela, les chercheurs ont créé une souche à double knockout qui manquait également du gène wecF. Ce gène est important pour la synthèse de l'ECA lipid III. La souche double-knockout a montré une meilleure croissance comparée à la souche sans wzxE dans des conditions de pH bas, indiquant que l'ECA lipid III est lié à la sensibilité au pH bas.

Examen de la mort cellulaire

Dans les expériences, les chercheurs ont examiné ce qui arrivait aux cellules d'E. coli sous des conditions de pH bas. Ils ont traité à la fois la souche sauvage et la souche sans wzxE avec une solution qui mime les conditions de pH bas. Étonnamment, quand les bactéries étaient juste traitées avec un pH bas sans croître, il n'y avait pas de différence significative dans la viabilité cellulaire entre les deux souches. Cependant, quand elles étaient cultivées dans de bonnes conditions, la souche sans wzxE montrait beaucoup plus de cellules mortes comparée à la sauvage.

Ces résultats suggèrent que la souche sans wzxE accumule des substances nuisibles, ce qui mène à la mort cellulaire, notamment dans des conditions de pH bas qui permettent la croissance bactérienne.

L'influence de l'acide colanique

Les chercheurs ont aussi regardé comment bloquer la synthèse de l'acide colanique affecterait la sensibilité au pH bas. Ils ont créé une souche double-knockout qui manquait à la fois du wzxE et du gène responsable de la fabrication de l'acide colanique. Cette souche n’a pas montré la même sensibilité que la souche sans wzxE, indiquant que la synthèse de l'acide colanique joue un rôle dans la sensibilité au pH bas observée chez le mutant sans wzxE.

L'étude a souligné que quand la souche sans wzxE ressent le stress d'un pH bas, elle augmente la production d'acide colanique. Cependant, cette augmentation peut occuper les protéines responsables du transport de l'ECA lipid III, menant à une accumulation toxique de cette substance à l'intérieur des cellules.

Autres stress

Au-delà du pH bas, les chercheurs ont également testé comment la souche sans wzxE réagissait à d'autres conditions de stress, comme une forte salinité et des températures basses. Les résultats ont montré que la souche knock-out était également sensible à ces stress, renforçant l'idée que les mécanismes sous-jacents de sa sensibilité étaient cohérents à travers différents types de défis.

Spécifiquement, à des températures plus basses, la souche sans wzxE avait plus de bactéries mortes que la souche sauvage. Il en allait de même en conditions de haute salinité. Encore une fois, ces sensibilités dépendaient de la production d'acide colanique.

Conclusion

L'étude a montré que le gène wzxE est essentiel pour la capacité d'E. coli à résister à un pH bas, à de basses températures et à une forte pression osmotique. Le mutant sans wzxE était nettement plus vulnérable à ces conditions. La dépendance aux processus liés à l'acide colanique et à l'ECA lipid III suggère que cibler ces voies pourrait offrir de nouvelles approches pour gérer les maladies d'origine alimentaire liées à E. coli.

Comprendre comment E. coli survit sous stress aide à fournir des idées sur les méthodes potentielles pour prévenir la contamination dans les sources alimentaires, surtout dans les environnements végétaux où ces bactéries prospèrent. Les résultats soulignent l'importance de l'adaptabilité et de la résilience d'E. coli dans différentes conditions, ce qui est essentiel pour développer des stratégies de prévention efficaces contre les maladies d'origine alimentaire.

Source originale

Titre: Escherichia coli growth under low pH, low temperature, and high osmotic stress conditions requires the wzxE flippase for the enterobacterial common antigen intermediate

Résumé: Colanic acid and enterobacterial common antigen (ECA) are cell surface polysaccharides that are produced by many E. coli isolates. Colanic acid is induced under low pH, low temperature, and hyperosmotic conditions and is important in E. coli resistance to these stresses; however, the role of the ECA is unclear. In this study, we observed that knockout of the flippase wzxE, which converts ECA intermediates from the cytoplasmic side of the inner membrane to the periplasmic side, resulted in low pH sensitivity in E. coli. The wzxE-knockout mutant showed reduced growth potential and viable counts in the extracts of several vegetables (cherry tomatoes, carrots, celery, lettuce, and spinach), which are known to be low pH environments. A double knockout strain of wzxE and wecF, which encodes an enzyme that synthesizes an ECA intermediate, did not show sensitivity to low pH, nor did a double knockout mutant of wzxE and wcaJ, which encodes a colanic acid synthase. The wzxE-knockout mutant was sensitive to low temperature or hyperosmotic conditions, which induced colanic acid synthesis, and these sensitivities were abolished by the additional knockout of wcaJ. These results suggest that ECA intermediates cause E. coli susceptibility to low pH, low temperature, and high osmotic pressure in a colanic acid-dependent manner, and that wzxE suppresses this negative effect. ImportancePolysaccharides covering bacterial cell surfaces, such as colanic acid, confer resistance to various stresses, such as low pH. However, the role of enterobacterial common antigens, carbohydrate antigens that are conserved throughout enterobacteria, in stress resistance is unclear. Our results suggest that lipid III enterobacterial common antigen, a substrate of flippase, causes sensitivity of Escherichia coli to low pH, low temperature, and high osmolarity in dependence on colanic acid synthesis, while wzxE inhibits this negative effect. The wzxE-knockout mutant was sensitive to crude vegetable extracts, suggesting that the creation of WzxE inhibitors could lead to new food poisoning prevention agents.

Auteurs: Chikara Kaito, S. Yamaguchi, K. Ishikawa, K. Furuta

Dernière mise à jour: 2024-10-11 00:00:00

Langue: English

Source URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.10.10.617665

Source PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.10.10.617665.full.pdf

Licence: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Changements: Ce résumé a été créé avec l'aide de l'IA et peut contenir des inexactitudes. Pour obtenir des informations précises, veuillez vous référer aux documents sources originaux dont les liens figurent ici.

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