Characterization of heme homeostasis and impact on virulence and colonization of GRAM positive bacteria

Heme is a redox-reactive molecule with essential function in bacterial metabolism. However, this molecule generates reactive oxygen species responsible for its toxicity. We characterized the mechanism of heme homeostasis involving the efflux transporter HrtBA. In L. lactis, we demonstrated that HrtBA prevents from membrane and intracellular accumulation of internalized exogenous heme thanks to a menaquinone dependent mechanism. HrtBA is also present in several pathogens. In S. agalactiae, the transcription of HrtBA is regulated by a two-component system HssRS. The HssS sensor recognizes internalized exogenous heme. To clarify the role of heme of the host in the virulence of S. agalactiae, a systemic infection model in mice using luminescence (lux) and in vivo imaging (IVIS) has been set up. The monitoring of luminescence generated by heme hypersensitive (ΔhrtBA) bacteria shows that heme of host is toxic and that the capability of S. agalactiae to control heme homeostasis is crucial for infection. In the same way, by demonstrating that respiratory metabolism is crucial for infection (ΔcydA), we demonstrated that S. agalactiae depends on its capacity to acquire the heme of the host to become infectious. By using the HrtBA promoter coupled with lux operon, we studied the capacity of S. agalactiae to detect and to acquire heme in vivo during the infection. Our results show that host heme is especially biodisponible in the liver. On the contrary, heme is not detected by bacteria in the brain. Our results prove that heme of the host is an important parameter for the adaptation of S. agalactiae to its host during infection. Blocking HrtBA or heme sensor HssS could so be a target for antibiotic research against S. agalactiae and other pathogens. Finally, we show in E. faecalis that HrtBA expression also depends on a two-component system. We used the same strategy as in S. agalactiae to create a specific heme sensor that allowed us to demonstrate for the first time that E. faecalis meets and uses heme in the digestive tract.; L’hème est une molécule essentielle à de nombreuses fonctions bactériennes. Cependant, cette molécule génère des radicaux libres qui lui confèrent des propriétés toxiques. Nous avons caractérisé les mécanismes de l’homéostasie de l’hème impliquant le transporteur d’efflux HrtBA. Chez L. lactis nous avons démontré que HrtBA empêche l’accumulation membranaire et intracellulaire d’hème exogène par un mécanisme ménaquinone dépendant. HrtBA est aussi présent chez de nombreux pathogènes. Chez S. agalactiae, la transcription de HrtBA est régulée par un système à deux composants HssRS. Le senseur HssS reconnait l’hème exogène internalisé. Pour élucider le rôle de l’hème de l’hôte dans la virulence de S. agalactiae, un modèle d’infection systémique chez la souris utilisant la luminescence (lux) et l’imagerie in vivo (IVIS) a été mis en place. Le suivi de la luminescence de bactéries hypersensibles à l’hème (ΔhrtBA) montre que l’hème de l’hôte est toxique et que la capacité de S. agalactiae à assurer son homéostasie est déterminante pour ’linfection. De manière similaire, en montrant que le métabolisme respiratoire est indispensable pour l’infection (ΔcydA), S. agalactiae dépend donc de sa capacité à acquérir l’hème de l’hôte pour être infectieuse. En utilisant le promoteur de HrtBA couplé à l’opéron lux, nous avons étudié la capacité de S. agalactiae à détecter et acquérir l’hème in vivo au cours de l’infection. Nos résultats montrent que l’hème de l’hôte est particulièrement biodisponible dans le foie. Au contraire dans le cerveau, l’hème n’est pas détecté par la bactérie. Nos résultats démontrent que l’hème de l’hôte est un paramètre important des capacités d’adaptation de S. agalactiae à son hôte lors de l’infection. Bloquer HrtBA ou le senseur d’hème HssS pourrait constituer une cible pour la recherche antibiotique chez S. agalactiae ou d’autres pathogènes. Enfin, nous avons démontré chez E. faecalis que l’expression de HrtBA est aussi dépendante d’un système à deux composants. Nous avons utilisé la même stratégie que pour S. agalactiae pour créer un senseur d’hème spécifique qui a permis de démontrer pour la première fois que E. faecalis rencontre et utilise l’hème du tractus digestif.