Demonstration and characterization of flagellation in intestinal segmented filamentous bacteria

Mise en évidence et caractérisation de la flagellation chez les bactéries segmentées filamenteuses de l'intestin Présentes dans l'intestin de nombreuses espèces vertébrées, y compris chez l'homme et la souris, les bactéries segmentées filamenteuses (SFB en anglais) jouent un rôle capital dans la maturation du système immunitaire. Ces bactéries commensales très particulières sont capables d'adhérer à l'épithélium intestinal et de ce fait sont de puissants inducteurs du développement des tissus lymphoïdes ainsi que l'immunité adaptative. L'état d'inflammation physiologique ainsi engendré participe à protéger l'hôte contre pathogènes intestinaux ou extraintestinaux mais dans certains modèles murins de maladies auto-immunes, il peut aussi aggraver la sévérité de la pathologie. Malgré l'importance potentielle des SFB pour le domaine médical, les mécanismes uniques de colonisation de l'intestin et de régulation du système immunitaire sont mal connus, principalement car les SFB ne sont cultivables que depuis peu et qu'il s'agit encore aujourd'hui une procédure compliquée. Le modèle actuel du cycle de vie des SFB décrit d'abord l'adhésion d'une bactérie unicellulaire à l'épithélium intestinal, sa croissance en un filament suivie de segmentations successives et enfin sa différentiation pour produire de nouvelles SFB unicellulaires et répéter le cycle. De manière surprenante, le séquençage du génome de SFB a révélé un ensemble complet de gènes de biosynthèse des flagelles mais leur présence n'avait jusqu'alors jamais été observée chez les différentes souches de SFB testées, et la flagelline jamais détectée dans les fèces de souris mono-colonisées. Nous avons réussi à mettre en évidence la présence de flagelle au stade unicellulaire des SFB. En améliorant les techniques de purification classiquement utilisées, nous avons d'abord identifié des peptides de flagelline par spectrométrie de masse dans les fèces de souris monocolonisées et montré qu'une des quatre flagellines des SFB était bien plus exprimée que les autres. Des images de microscopie électronique de SFB de rat ou de souris purifiées d'intestin de souris mono-colonisées nous ont ensuite permis d'observer que seul le stade unicellulaire de SFB était flagellé. Grâce à un système de culture in vitro précédemment développé au laboratoire, nous avons enfin montré que ces flagelles sont formés avant la libération des SFB unicellulaires de l'extrémité du filament, qu'ils sont fonctionnels et rendent la bactérie motile, et que ces SFB nouvellement formées peuvent stimuler le système immunitaire via le TLR5. En conclusion, ces résultats ajoutent un chaînon manquant à notre compréhension du cycle de vie des SFB et soutiennent l'hypothèse d'un rôle de la détection du flagelle par l'hôte dans la puissante stimulation du système immunitaire qu'induit SFB.