Cold Adaptation of the pathogen Bacillus cereus : mechanisms involved and genetic diversity

Bacillus cereus sensu stricto (ss) est un pathogène alimentaire majeur représentant la 2e cause de toxiinfectionalimentaire en France en 2012. Cette espèce fait partie du groupe Bacillus cereus sensu lato (sl)constitué d’espèces ubiquitaires génétiquement très proches et incluant d’autres pathogènes comme B.anthracis, B. thuringensis et B. cytotoxicus. Les souches de B. cereus sl sont d’autre part réparties en septgroupes phylogénétiques présentant des gammes de température de croissance variées et caractérisés partrois thermotypes principaux: thermotolérants, mésophiles, psychrotolérants. L’adaptation au froid dessouches B. cereus ss est un mécanisme clé car il conditionne sa capacité à se développer dans les alimentsréfrigéré pour atteindre des doses qui peuvent être dangereuse pour les consommateurs. Le but de cetteétude a été d’étudier les mécanismes moléculaires impliqués dans l’adaptation au froid de la diversité desouches représentant B. cereus sl.Nous avons mis en évidence que les gènes codant pour le système à deux composants CasK/R sontsurexprimés à basse température. CasK/R s’est révélé être un système générique d’adaptation de B. cereussl au froid, car son rôle a été mis en évidence lors de l’étude de quatre souches de thermotypes différents etleurs mutants isogéniques ΔcasK/R respectifs. Une étude transcriptomique réalisée sur une souche ATCC14579 et son mutant ΔcasK/R a révélé que seize des gènes différentiellement exprimés en début de phaseexponentielle et en phase stationnaire, à basse température, codent pour des protéines impliquées dans lemétabolisme des acides gras. Nous avons mis en évidence le rôle de CasK /R dans la modification de lacomposition en acides gras membranaires via une augmentation de la proportion en acides gras insaturéslors de la croissance de B. cereus au froid. Par ailleurs, le gène codant pour la désaturase DesA,principalement responsable des insaturations des acides gras à basse température est régulée positivementpar CasK/R au froid.Nous avons également démontré que les gènes casK/R sont organisés en opéron avec un gène codant pourun régulateur RpiR-like. De manière originale, cet opéron est négativement régulé par CasK/R à bassetempérature en phase stationnaire. Le promoteur individuel du rpiR est réprimé à basse température maisaussi à température optimale de croissance, ce qui suggère un rôle de CasK/R, même à températureoptimaleBacillus cereus sensu stricto (ss) is a major foodborne pathogen representing the second cause of foodpoisoning in France in 2012. This species belongs to Bacillus cereus sensu lato (sl) consisting of ubiquitousspecies genetically close-related and including other pathogens such as B. anthracis, B. thuringiensis and B.cytotoxicus. The strains of B. cereus sl are divided into seven phylogenetic groups with various growthtemperature ranges and characterized by three main thermotypes: thermotolerant, mesophilic,psychrotolerant. The B. cereus ss cold adaptation is a key mechanism because it determines B. cereusability to grow in refrigerated foods and achieve doses that can be dangerous to consumers. The aim of thisstudy was to study the molecular mechanisms involved in the cold adaptation of strains representing B.cereus sl diversity.We demonstrated that the genes encoding the two component system CasK/R are overexpressed at lowtemperature. CasK/R was found to be a generic mechanism for B. cereus sl cold adaptation as its role washighlighted in the study of four strains with different thermotypes and their respective isogenic mutantsΔcasK/R. A transcriptomic study on a B. cereus ATCC 14579 strain and its ΔcasK/R mutant strain revealedthat sixteen of the genes differentially expressed in both early log phase and stationary phase at lowtemperature encode proteins involved in the fatty acids metabolism. We showed the role of CasK/R in themodification of the membrane fatty acid composition via an increase of the proportion of unsaturated fattyacids during growth of B. cereus at low temperature. Furthermore, the gene encoding the desaturase DesA,mainly responsible of the fatty acids unsaturation at a low temperature is upregulated by CasK/R at lowtemperature.We also demonstrated that casK/R genes were organized in operon with a gene encoding a RpiR-likeregulator. Interstingly,, this operon is negatively regulated by CasK/R at low temperature in the stationaryphase. The individual rpiR promoter is repressed by CasK/R at low temperature but also optimal growthtemperature, suggesting also a role for CasK/R at optimal temperatur