Neisseria meningitidis ˸ de la colonisation de la niche rhinopharyngée aux adaptations métaboliques dans les infections invasives

Neisseria meningitidis ou méningocoque est une bactérie Gram négatif spécifique de l'Homme qui réside habituellement au niveau de la muqueuse rhinopharyngée sans affecter l'hôte. Chez une faible proportion de sujets colonisés, N. meningitidis traverse l'épithélium rhinopharyngé et dissémine de sa niche à la circulation sanguine. Une fois dans le sang, le méningocoque est capable de survivre, de proliférer, et d'atteindre des sites secondaires d'infection tels que les méninges ou la peau, pouvant déclencher une méningite ou une forme sévère de lésions nécrotiques de la peau appelée purpura fulminans. Dans la première partie de ce travail de thèse, nous avons étudié comment le méningocoque colonise son unique réservoir naturel en utilisant un modèle cellulaire en interface air-liquide (IAL) in vitro reproduisant les conditions rencontrées dans le rhinopharynx humain. Nous avons montré que la colonisation de ce modèle en IAL par le méningocoque nécessite la présence de mucus (un gel hydraté composé par l'assemblage de mucines fortement glycosylées) produit par les cellules épithéliales Calu-3. De plus, N. meningitidis reste dans la couche de mucus et par conséquent, ne traverse pas la barrière épithéliale. À la différence d'une infection en interface liquide-liquide où le méningocoque est en contact direct avec l'épithélium, il ne déclenche pas une forte réaction inflammatoire en IAL et exprime très peu ses facteurs de virulence. Ainsi, ce travail fournit de nouvelles informations sur l'interaction du méningocoque avec le mucus qui est la première barrière rencontrée par les bactéries in vivo et il suggère que N. meningitidis se comporte comme un commensal lorsqu'il se trouve dans la muqueuse rhinopharyngée. Par ailleurs, N. meningitidis interagit fortement avec les cellules endothéliales humaines durant la phase sanguine de l'infection, provoquant à terme la dissémination bactérienne et la déclaration de maladies mortelles pour l'hôte. Une étude récente propose que l'endothélium qui tapisse la paroi des vaisseaux sanguins pourrait servir de niche nutritionnelle pour le méningocoque, en particulier pour des nutriments soufrés (1). Cette bactérie possède deux voies majeures d'assimilation de soufre : le système d'assimilation de sulfate/ thiosulfate qui implique le transporteur CysWTA et l'opéron cysGHDNIJ ainsi que le transporteur de cystine NMA0997-1000 (NMB0787-9). Ainsi dans la seconde partie de ce travail, nous nous sommes intéressés (i) au rôle des cellules endothéliales comme niche nutritionnelle fournissant des nutriments soufrés au méningocoque et (ii) à l'importance du système d'assimilation du sulfate/thiosulfate dans la virulence du méningocoque in vivo. D'une part, nous avons montré que dans un milieu ne contenant que du sulfate comme source de soufre, le mutant cysIJ incapable de le métaboliser se multiplie uniquement lorsqu'il interagit avec les cellules endothéliales hCMEC/D3. Cela montre que N. meningitidis capte une source de soufre autre que le sulfate pendant la colonisation des cellules de l'hôte. Grâce à l'étude de plusieurs mutants, nous avons identifié le thiosulfate comme l'une des sources de soufre utilisée par le méningocoque pour proliférer durant l'infection des cellules endothéliales. D'autre part, nous avons montré que le mutant cysIJ présente un défaut de survie dans le sang de souris in vivo, suggérant que le système d'assimilation du sulfate/thiosulfate est essentiel durant la phase sanguine de l'infection. Nos résultats suggèrent que cette diminution de virulence du mutant cysIJ pourrait être due à un défaut dans la biosynthèse de glutathion qui résulte en une résistance plus faible au stress oxydant rencontré dans la circulation sanguine. Ainsi, cette étude démontre un rôle de l'endothélium humain durant les méningococcémies inconnu jusqu'alors et souligne l'importance du métabolisme du soufre dans la virulence bactérienne. (1) Capel et al., Virulence (2017).