New insights into the genetic mechanisms used in the spread of plague by fleas through the use of bioluminescence

L'agent de la peste, Yersinia pestis, obstrue le tube digestif de la puce pour augmenter seschances d'être transmise à un hôte mammifère. Ici, nous avons cherché à identifier et à étudier lerôle de nouveaux gènes de Y. pestis impliqués dans la production d'une infection transmissible parles puces. Pour cela, nous avons d'abord développé une méthode (fondée sur la bioluminescence)qui permet d’évaluer des mutants dans l’insecte à un rythme sans précédent. Puis, nous avonsappliqué notre méthode pour cribler une banque de mutants (chacun dépourvu d'un ou plusieursdes gènes précédemment identifiés comme étant surexprimés chez les puces) que nous avonsgénérée. Notre criblage a listé plusieurs nouveaux facteurs potentiellement importants dans latransmission de Y. pestis par les puces. Parmi eux figure LipB qui catalyse la première étape desynthèse du lipoate (un cofacteur greffé de manière covalente à au moins trois enzymes dumétabolisme central). Nos études ultérieures ont également révélé que la deuxième et dernièreenzyme de la voie biosynthèse du lipoate, LipA, mais aussi la lipoate ligase LplA (greffant sur lesapoenzymes le lipoate collecté depuis le milieu extérieur) sont également requis pour produire uneinfection transmissible par les puces. Grâce à des approches bactériologiques, microscopiques etbiochimiques réalisées in vitro, ex-vivo et in vivo, nous avons mis au jour que la voie debiosynthèse et de récupération du lipoate sont impliquées dans la colonisation du proventricule etde l'estomac de l'insecte. De manière intéressante, nous avons également révélé que LplAparticipe, grâce son activité octanoate ligase, à la première étape de la biosynthèse du lipoatependant la colonisation du proventricule, mais pas pendant la colonisation de l’estomac. Enfin,nous avons découvert que, dans la puce, Y. pestis utilise principalement le lipoate fourni par laprotéolyse digestive (vraisemblablement sous forme de peptides de lipoylés) plutôt que le lipoatelibre dans le sang car le lipoate est rapidement épuisé par le vecteur. Ainsi, des facteurs spatiauxet temporels dictent les stratégies de lipoylation de la bactérie lors d'une infection, et leréapprovisionnement en lipoate par protéolyse digestive dans le vecteur pourrait constituer untalon d'Achille exploité par les pathogènes.The agent of the plague, Yersinia pestis, obstructs the flea's digestive tract to be transmitted byfleas. Here, we sought to identify and study the role of new Y. pestis genes involved in theproduction of a transmissible infection in fleas. To this end, we developed a bioluminescencebasedapproach and employed it to investigate the mechanisms of pathogenesis at anunprecedented level of detail. Notably, we used our method to screen a library of mutants (eachlacking one or more of the genes previously identified as over-expressed in fleas) that wegenerated. Our screening listed several new and potentially important factors needed for fleabornetransmission of Y. pestis. Among them is LipB that catalyzes the first step of lipoatesynthesis (a cofactor covalently attached to at least three central metabolism enzymes). Oursubsequent studies have also revealed that the second and last enzyme of the lipoate biosynthesispathway, LipA, but also the lipoate ligase LplA (attaching lipoate scavenged from the environmentto apoenzymes) are also required to produce a transmissible infection in fleas. Thanks tobacteriological, microscopic and biochemical approaches carried out in vitro, ex-vivo and in vivo,we have revealed that bot the lipoate biosynthesis pathway and the lipoate scavenge pathway areinvolved in the colonization of the insect's proventriculus and midgut. Interestingly, we alsorevealed the salvage pathway’s enzyme LplA enhances the first step in lipoate biosynthesis duringforegut colonization but not during midgut colonization thanks to its octanoate activity. Lastly, wefound that Y. pestis primarily uses lipoate provided by digestive proteolysis (presumably as lipoylpeptides) rather than free lipoate in blood, which is quickly depleted by the vector. Thus, spatialand temporal factors dictate the bacterium’s lipoylation strategies during an infection, andreplenishment of lipoate by digestive proteolysis in the vector might constitute an Achilles’ heel thatis exploited by pathogens