Caractérisation du potentiel de virulence de Bacillus cereus et Bacillus thuringiensis chez le modèle Drosophila melanogaster

Présidente du jury :            

• Patricia Lepage, DR INRAE, Micalis

 Rapporteurs :    

• Romain Briandet, DR INRAE, MicalisBenoît 
• Louis Coroller, Pr Univ Brest, INRAE, ESIAB, LUBEM

Examinateurs/trices :

• Delphine Mathilde Bonis, Cheffe de projet Anses, LSA1
• Renata Matos, CR CNRS, IGFL
• Patricia Lepage, DR INRAE, Micalis

Directrices de Thèse :

• Armel Gallet, DR CNRS, ISA
• Olivier Firmesse, Chef de projet Anses, LSA1

Résumé :

Le groupe Bacillus cereus (Bc) est composé de bactéries à Gram positif sporulantes, aéro-anaérobies facultatives. Ce groupe est connu pour son implication dans des toxi-infections alimentaires collectives (TIACs) et, plus rarement dans des infections extra-digestives. En 2022, le groupe Bc constituait la première cause de TIACs en France, ainsi qu’en Europe pour les TIACs dues aux toxines bactériennes. Les pathologies digestives causées par Bc sont associées à deux types syndromes : diarrhéique et émétique. Le syndrome diarrhéique est supposé résulter de l’ingestion d’aliments contaminés par des spores de Bc, capables ensuite de germer dans l’intestin et d’y produire les entérotoxines (Nhe, Hbl et CytK), à l’origine de l’apparition de troubles gastro-intestinaux.

Bacillus thuringiensis (Bt), membre du groupe Bc, se distingue par sa capacité à produire durant la sporulation des cristaux insecticides (toxines Cry), possédant une forte spécificité d’action. En raison de cette spécificité, les formulations à base de spores de Bt et des toxines Cry sont largement utilisées, aussi bien en agriculture biologique que conventionnelle. Toutefois, ces dernières années, leur implication potentielle dans les TIACs a été soulevée par les autorités sanitaires, ainsi que dans plusieurs études scientifiques. Ces interrogations portent en particulier sur la proximité génétique des Bt pesticides avec certains membres du groupe Bc responsables de TIACs, sur la présence dans leur génome des gènes codant pour les entérotoxines, et sur le manque d’information concernant leur pouvoir pathogène.

Pour répondre à ces préoccupations, une analyse de 286 génomes de Bc/Bt issus de TIACs, de pesticides et de collections a été réalisée afin d’identifier des marqueurs génétiques spécifiques des sous-espèces de Bt utilisées dans les formulations commerciales et ainsi faciliter leur identification. Des outils in vitro utilisant le modèle cellulaire Caco-2 pour étudier la cytotoxicité et le potentiel inflammatoire des souches de Bc/Bt, ainsi que des outils in vivo utilisant le modèle insecte Drosophila melanogaster non-cible de Bt, pour estimer la survie, la perméabilité intestinale et quantifier les effets diarrhéiques, ont été développés. Ces outils, testés sur un panel de 48 souches de Bacillus spp ont révélé que la majorité des souches de Bt pesticides présentaient un potentiel de virulence avéré sur les deux modèles, dans les conditions testées. Lors d’analyses complémentaires, j’ai également démontré pour la première fois, in vivo, qu’une souche de Bt était en mesure de germer dans l’intestin et d’exprimer les gènes des entérotoxines chez la drosophile, induisant des symptômes diarrhéiques.

Avec l'utilisation d’outils de recherche de gènes in silico, j’ai réalisé une approche exploratoire afin d’identifier les facteurs de virulence impliqués dans le pouvoir pathogène de Bc. Ces analyses ont révélé la présence de nombreux facteurs, en plus des entérotoxines, chez les membres de Bc et notamment chez Bt. De plus, une analyse du transcriptome des bactéries au contact de cellule Caco-2 a révélé une surexpression de la plupart des gènes de virulence et de mobilité, tandis que les gènes associés aux métabolismes des acides gras et de la biotine étaient réprimés chez les sous-espèces de pesticide de Bt.

Mes travaux apportent ainsi des données nouvelles sur le pouvoir pathogène des souches de Bt pesticides, et ont permis le développement d’outils de quantification du risque associé. Mes résultats pourront ensuite être utilisés pour mettre en place des mesures adaptées concernant l’évaluation et l’utilisation de ces produits en agriculture.

Mots Clefs : Le groupe Bacillus cereus, intoxication alimentaire, spores, drosophile, Caco-2

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