Bacterial interactions between Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus in a pulmonary infection context

Les patients atteints de mucoviscidose souffrent d’infections pulmonaires polymicrobiennes dont les principaux agents d’intérêt clinique sont Staphylococcus aureus et Pseudomonas aeruginosa. Ces deux bactéries co-infectent jusqu’à 40% des patients et sont capables, dans ces conditions, d’interagir de deux façons différentes. Les souches d’infection précoce de P. aeruginosa sont dans un état de compétition avec S. aureus, alors que les souches d’infection chronique sont capables de coexister. Ce dernier état reste peu décrit mais pourrait favoriser la persistance des deux pathogènes dans les poumons des patients. Nous cherchons donc à comprendre les mécanismes de cet état de coexistence par l’étude de souches cliniques. Nous avons tout d’abord étudié l’impact de la coexistence sur la physiologie bactérienne de P. aeruginosa par une approche transcriptomique, et avons mis en évidence une coopération trophique entre les deux espèces. La production d’acétoine par S. aureus et le catabolisme de cette molécule par P. aeruginosa favorisent ainsi la survie des deux pathogènes lors de leur interaction. Parallèlement à cela, nous avons étudié les facteurs génétiques de P. aeruginosa impliqués dans l’établissement et le maintien de la coexistence avec S. aureus. Différentes approches ont été utilisées : (i) le séquençage de souches isolées de patients présentant différents états d’interaction ; (ii) l’établissement d’un protocole d’évolution expérimentale in vitro et (iii) le criblage d’une banque de mutants par Transposon-sequencing. Ces approches ont permis l’identification de deux facteurs impliqués dans l’établissement de l’état de coexistence : le gène codant pour le régulateur du quorum-sensing lasR, et l’opéron yecS-fliY, impliqué dans le transport de la cystéine. Le maintien P. aeruginosa dans cet état de coexistence avec S. aureus semble quant à lui faire intervenir la synthèse de différents acides aminés et le métabolisme du glucose de P. aeruginosa. Ces travaux ont donc démontré l’importance du métabolisme carboné de P. aeruginosa dans l’interaction de coexistence avec S. aureus, et ont permis de mieux comprendre les causes et impacts de cet état encore peu décrit. Ces résultats ouvrent également de nombreuses perspectives pour l’étude des interactions entre P. aeruginosa et S. aureusCystic fibrosis patients suffer from polymicrobial lung infections. The main agents of clinical interest are Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa. These two bacteria co-infect up to 40% of patients and are able, under these conditions, to interact in two different ways. P. aeruginosa strains of early infection are in competition with S. aureus, while strains of chronic infection can coexist. The latter state remains little described but could favour the persistence of the two pathogens in the lungs of the patients. We therefore seek to understand the mechanism of this coexistence state by studying clinical strains. We first studied the impact of coexistence on P. aeruginosa physiology using a transcriptomic approach and highlighted a trophic cooperation between the two species. Acetoin production by S. aureus and catabolism by P. aeruginosa thus promote the survival of both pathogens during their interaction. Meanwhile, we studied the genetic factors of P. aeruginosa involved in establishing and maintaining coexistence with S. aureus. Different approaches have been used: (i) sequencing of strains isolated from patients with different interaction states; (ii) the implementation of an experimental in vitro evolution protocol and (iii) the screening of a Transposon-sequencing bank of mutants. These approaches allowed the identification of two factors involved in the establishment of coexistence: the gene encoding the quorum sensing regulator lasR, and the operon yecS-fliY responsible for cysteine transport. The survival of P. aeruginosa during coexistence with S. aureus seems to involve the synthesis of different amino acids and the glucose metabolism of P. aeruginosa. Altogether, these results demonstrated the importance of P. aeruginosa carbon metabolism for the coexisting interaction with S. aureus, and allowed a better understanding of the causes and impacts of coexistence. This work also opens numerous perspectives in the study of the relationship between P. aeruginosa and S. aureu