Soutenance de thèse de Celine BERGONZI

Certains microorganismes sont capables de communiquer en utilisant de petites molécules et d’utiliser ce système pour réguler des comportements en fonction de la densité cellulaire. Ce système de communication, appelé quorum sensing (QS), régule des comportements bactériens divers, tels que la virulence et la formation de biofilm. Les molécules signal les plus étudiées sont les acyle-homosérine lactones (AHLs). Les enzymes qui sont naturellement capables de dégrader ces molécules peuvent couper la communication bactérienne, et se comportent ainsi comme des inhibiteurs de virulence et de biofilm. Ce phénomène, appelé quorum quenching (QQ), est une approche prometteuse pour le contrôle bactérien sans les tuer, ainsi que pour le développement de nouvelles thérapies contre les bactéries résistantes aux antibiotiques. Les travaux menés durant ma thèse ont permis d’isoler et de caractériser biochimiquement, enzymatiquement et structuralement de nouvelles lactonases provenant d’organismes thermophiles, et capables d’inhiber le QS. J’ai résolu les structures de trois lactonases, dont deux provenant de familles distinctes, et en complexe avec différents types de lactones. Ces données ont révélées l’extrême polyvalence des sites actifs de ces enzymes, et ont permis d’identifier les résidus potentiellement impliqués dans la spécificité de substrat de ces enzymes. Ces résultats, en combinaison avec les structures obtenues de mutants aux activités catalytiques augmentées, serviront de bases aux futurs projets d’ingénierie visant à changer la spécificité de ces enzymes. Enfin, mes travaux de caractérisation sur ces lactonases très stables ont permis de les utiliser hors du laboratoire et de démontrer l’importance de la signalisation bactérienne dans des processus biologiques complexes tels que la formation de biofilm et la bio-corrosion.

Numerous microorganisms are able to communicate using small molecules and use this signaling system to coordinate behaviors in a cell-density-dependent manner. This communication system, dubbed quorum sensing (QS), regulates bacterial behaviors such as biofilm formation and virulence. The most popular system utilizes acyl homoserine lactones (AHLs) as signals. Enzymes that can degrade these signaling molecules can effectively disrupt bacterial signaling, and thereby behave as potent biofilm and virulence inhibitors. Therefore, the inhibition of QS, termed quorum quenching (QQ) by these enzymes is a promising approach to control microbes without killing them and develop new therapies on multidrugs resistant strains. During this thesis, I have isolated and characterized biochemically, enzymatically and structurally novel lactonases from thermophilic sources. I have determined the structures of three lactonases, two of which from distinct family and in complex with different types of lactones. This enabled me to elucidate their catalytic mechanisms, as well as the unique binding modes of structurally different lactones. These data revealed the extreme catalytic versatility of the active sites of these enzymes, and allowed for the determination of residues possibly involved in substrate specificity. These data, in combination with structural data obtained on improved lactonase mutants, will serve as a foundation to guide future engineering studies aiming at altering lactonases’ specificity. Lastly, isolation and characterization work on these thermostable lactonases allowed to demonstrate the importance of bacterial signaling in complex biological processes, in the field, including biofilm formation and biocorrosion.