BIOCHEMICAL AND STRUCTURAL CHARACTERIZATION OF BACTERIOCINS TARGETING PEPTIDOGLYCAN METABOLISM, POTENTIAL ALETRNATIVE TO ANTIBIOTICS.

L’émergence de bactéries multirésistantes aux antibiotiques est la conséquence de leur utilisation à mauvais escient au cours de ces dernières décennies. Ce phénomène constitue un problème de santé publique majeur, et face à cette urgence sanitaire, il est nécessaire de trouver rapidement de nouveaux agents antibactériens.Les colicines, au regard de leurs propriétés antimicrobiennes intrinsèques, constituent des candidats intéressants. Naturellement produites par E. coli dans le but de tuer des souches compétitrices de la même espèce ou d’espèces apparentées, elles exercent en général leur activité cytotoxique par le biais d’une activité ionophorique ou nucléasique. Parmi les nombreuses colicines connues à ce jour, la colicine M (ColM) est la seule à interférer avec la voie de biosynthèse du peptidoglycane, macromolécule essentielle et spécifique au monde bactérien. En effet, une fois dans le périplasme de E. coli, la ColM clive le lipide II, dernier précurseur de la voie de biosynthèse du peptidoglycane, conduisant de ce fait à la lyse bactérienne. Plusieurs homologues de la ColM ont été identifiés chez d’autres genres bactériens (Pseudomonas, Pectobacterium et Burkholderia) mais aucune cytotoxicité croisée n’a été mise en évidence à ce jour, d’où un spectre d’action restreint pour les membres de cette nouvelle famille d’enzymes antibactériennes.Ce travail traite de l’étude structurale et biochimique de la ColM et de certains de ses homologues. L’étude structurale de différents variants de la PaeM, homologue issu de P. aeruginosa, a permis d’identifier une molécule d’eau conservée au sein du site actif qui joue probablement un rôle central dans le mécanisme catalytique de cette famille d’enzyme. L’expression des homologues de la ColM issus de Pseudomonas et de Pectobacterium, directement dans le périplasme de E. coli, a permis de démontrer leur activité lytique, prouvant ainsi le grand potentiel de ces bactériocines en tant qu’alternatives aux antibiotiques. Enfin, la construction de plusieurs colicines chimères entre la ColM et ses homologues, capables de dégrader le lipide II in vitro et d’induire la lyse d’E. coli suite à leur expression périplasmique, ouvre la voie à de futurs espoirs thérapeutiques.The misuse of antibiotics during the last decades led to the emergence of multidrug resistant pathogenic bacteria. This phenomenon constitutes a major public health issue. Given that urgency, the finding of new antibacterials in the short term is crucial.Colicins, due to their antimicrobials properties, constitute good candidates. They are protein toxins produced by E. coli to kill competitors belonging to the same or related species. In most cases, they exhibit their cytotoxic activity through an ionophoric or nucleasic activity. Among the twenty colicins known to date, colicin M (ColM) is the only one known to interfere with peptidoglycan biosynthesis. It develops its lethal activity in the E. coli periplasm, in three steps deeply linked to its structural organization in three domains. Once in the periplasm, ColM degrades the lipid II, i.e. the last precursor in the peptidoglycan biosynthesis pathway, in two products that cannot be reused, thereby leading to cell lysis. Several ColM homologues have been identified in other bacterial genera, such as Pseudomonas, Pectobacterium and Burkholderia, but no cross activity has been shown to date, explaining the narrow antibacterial spectrum displayed by the members of this new family of antibacterial enzymes.This work deals with the structural and biochemical study of ColM and some of its homologues. Structural studies on several variants of PaeM, the ColM homologue from P. aeruginosa, led to identify a conserved water molecule in the active site, probably playing a central role in the catalytic mechanism of this enzyme family. Moreover, expression of ColM homologues from Pseudomonas or Pectobacterium species directly in the E. coli periplasm showed that all these homologues were able to induce E. coli cell lysis, thus demonstrating the great potential of these bacteriocins as an alternative to antibiotics. Following these results, several chimera colicins were created between ColM and its homologues, which were shown to degrade lipid II in vitro and to induce E. coli cell lysis after their periplasmic expression, opening the way to future new therapeutic options