Soutenance de thèse de Israel VERGARA ALVAREZ

La production d’exopolysaccharides (EPS) est importante chez les micro-organismes notamment lors de la formation de biofilms qui leur permettent d'acquérir des avantages compétitifs pour leur survie dans des conditions défavorables. La bactérie sociale Myxococcus xanthus est un organisme modèle pour l'étude de la multicellularité car son cycle de vie complexe comprend plusieurs comportements multicellulaires tels que la motilité des groupes végétatifs, la formation de corps fructifères et la prédation. Chez M. xanthus, les EPS n’ont pas qu'une fonction structurelle dans la formation du biofilm, mais ils sont également essentiels pour la motilité médiée par le pilus de type IV (T4P). Cette production des EPS est régulée par le système chimiotactique (CSS) Dif, ainsi que par certains autres régulateurs dont les relations avec Dif restent encore peu comprises. Dans la première partie de ce travail de thèse, nous avons cherché à caractériser l'interconnexion entre Dif et deux autres régulateurs de production d'EPS, le pseudo-régulateur de réponse FrzS et le T4P. Au cours de la deuxième partie, nous avons caractérisé les machineries Wzx/Wzy impliquées dans la synthèse et l'exportation des EPS chez M. xanthus. Pour caractériser l'interconnexion entre Dif, FrzS et le T4P dans la régulation de la production des EPS, j'ai systématiquement supprimé les gènes codant pour ces protéines chez des mutants simples et doubles. Par analyse épistatique, nous avons constaté que FrzS agit en aval du T4P et que les domaines REC et coil-coiled de FrzS sont importants dans la régulation de la production des EPS dont leurs fonctions restent à être élucidé. Pour caractériser les machines Wzx/Wzy impliquées dans la synthèse et l'exportation des EPS chez M. xanthus, j'ai utilisé des outils bioinformatiques associés à la mutagenèse dirigée des gènes putatifs impliqués dans les voies de biosynthèse et l'exportation d' EPS. La génétique a confirmé que trois machines Wzx/Wzy étaient capables de produire des EPS distincts avec des fonctions spécialisées. Par des analyses biochimiques, j'ai déterminé que M. xanthus produit un exopolysaccharide, nommé EPS, car c'est l'exopolysaccharide principal produit par l’une de ces machineries et qui a des fonctions d'agrégation pendant la formation du biofilm; le deuxième exopolysaccharide a été appelé BPS pour ses propriétés tensio actives et qui contribue à équilibrer l'activité de l'EPS principal; enfin, la troisième forme d'exopolysaccharide a été appelée MASC car il forme la couche des spores et il n'est probablement actif qu’au stade du développement. L’ensemble de ces résultats nous ont permis de comprendre la régulation et la production des EPS chez Myxococcus xanthus par les voies de synthèse Wzx/Wxy. Nous avons aussi déterminé que ces EPS ont des fonctions différenciées et contribuent probablement à l'établissement des avantages compétitifs de la multicellularité.

The production of extracellular polymeric sugars (EPS) is important in microorganisms because EPS producers often form biofilms that allow them to acquire competitive advantages for survival under unfavorable conditions. The social bacterium Myxococcus xanthus is a model organism for studying multicellularity because its complex cycle of life comprises several multicellular behaviors such as vegetative group motility, fruiting body formation and predation. In M. xanthus, EPS not only have a structural function in biofilm formation, but they are also essential for Type IV pilus (T4P) mediated motility. In M. xanthus, the production of EPS is regulated by the Dif chemosensory-like system (CSS) as well as by some other regulators whose relations with Dif are poorly understood. In the first part of this thesis work, we aimed to characterize the interconnection between Dif and two other regulators of EPS production, the FrzS pseudo response regulator and T4P. During the second part, we characterized the M. xanthus Wzx/Wzy machineries involved in the synthesis and export of EPS. To characterize the interconnection between Dif, FrzS and the T4P in the regulation of EPS production, I systematically deleted the genes encoding these proteins in single and double mutants. By genetic epistatic analysis we found that FrzS acts downstream of the T4P and that the receiver and coil-coiled domains of this protein are important in regulation of EPS, although their functions remain to be elucidated. To characterize the M. xanthus Wzx/Wzy machineries involved in the synthesis and export of EPS, I used bioinformatic and site-directed mutagenesis of genes presumably involved in the biosynthesis and export of EPS by Wzx/Wzy-dependent pathways. I confirmed by genetics that three wzx/wzy machineries were able to produce dedicated EPS with distinct functions. By biochemical analyses, I determined that M. xanthus produces an exopolysaccharide that was termed EPS because is the major extracellular polysaccharide produced and has aggregative functions during biofilm formation; the second exopolysaccharide was termed BPS for its biosurfactant properties and servers to balance the activity of the EPS; finally, the third form of exopolysaccharide was termed MASC because it forms the spore coat and it is likely active only at the developmental phase. Together these results allowed us to shed light into the complex EPS regulation and production in Myxococcus xanthus governed by three Wzx/Wxy machineries with differentiated functions and likely all contributing to the establishment of the competitive advantages of multicellularity.