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Theses Year : 2024

DNA Transformation and Type IV Pili in Neisseria gonorrhoeae

Transformation de l'ADN et pili de type IV chez Neisseria gonorrhoeae

Vui Yin Seow

Abstract

Antibiotic resistance, evident in strains like Neisseria gonorrhoeae, is a global health crisis. Understanding its mechanism, particularly natural transformation through Type IV Pili in these bacteria, remains vital. Despite discovery in 1928, the specifics of natural transformation remain elusive. Neisseria gonorrhoeae's dependence on Type IV Pili makes it an ideal model for studying this process.This thesis embarks on an intensive exploration into the intricate processes of DNA transformation within Neisseria gonorrhoeae, responding to the urgency of this critical concern. Central to this comprehensive study is the pivotal role attributed to Type IV Pili, a multifunctional and essential player in orchestrating DNA transformation.This research meticulously lays the groundwork, introducing molecular biology techniques essential for genetic engineering within N. gonorrhoeae. We explores tool development, particularly in medium optimization and microscopy tools tailored to study DNA uptake and transformation. Moreover, our investigations uncovered an intriguing correlation between starch and fatty acid, significantly impacting gonococcal growth. To understand Type IV pili dynamics during DNA uptake, we engineered tools and a streamlined workflow capable of visualizing and quantifying both pili and DNA molecules. Additionally, we automated the analysis of hydrogel micropillars to delve into the mechanical properties of pili retractions. Furthermore, adaptations to the micropillar coatings enabled us to study pili retractions interacting with DNA.This in-depth investigation also involves scrutinizing the behaviour of ΔPilV, ΔPilC, and ΔPilD mutants, unveiling profound insights into the regulatory mechanisms of Type IV Pili and their consequential impact on the dynamics of DNA uptake. Particularly noteworthy is the revelation that ΔPilV mutations induce alterations in PilE translocation, resulting in the emergence of shorter yet efficient pili. This discovery underscores the adaptive nature of N. gonorrhoeae in manipulating the diversity of Type IV Pili to optimize DNA uptake processes, a revelation that holds immense significance in combating antibiotic resistance.Furthermore, our studies on other minor pilins sheds light on phenotype alterations without impeding the mechanics of pili retraction. Our studies on PilV and PilD mutants, highlight the influence of posttranslational modifications on PilE, thereby accentuating the heterogeneous composition of Type IV Pili and their robust functionality as a polymer.We also include a short study examining the interplay between commensal and pathogenic Neisseria species within the context of DNA uptake broadens the scope of implications, inviting further inquiry and expanding the horizons of this captivating field.While this expedition leaves certain questions unanswered, its depth and breadth offer extensive insights into the intricate mechanisms of DNA transformation and the dynamic role played by Type IV Pili in the remarkable adaptability of Neisseria gonorrhoeae. Not only does this thesis provide solutions to existing queries, but it also illuminates novel pathways for future research, sparking curiosity and fascination in unravelling the functional intricacies of pili structures and their profound implications in DNA transformation.
La résistance aux antibiotiques, évidente chez des souches telles que Neisseria gonorrhoeae, est une crise sanitaire mondiale. Il est vital de comprendre son mécanisme, en particulier la transformation naturelle par les Pili de type IV de ces bactéries. Bien qu'elle ait été découverte en 1928, la transformation naturelle n'a toujours pas été élucidée. La dépendance de Neisseria gonorrhoeae à l'égard des Pili de type IV en fait un modèle idéal pour l'étude de ce processus.Cette thèse se lance dans une exploration intensive des processus complexes de transformation de l'ADN au sein de Neisseria gonorrhoeae, répondant ainsi à l'urgence de ce problème critique. Le rôle central de cette étude approfondie est attribué aux pili de type IV, un acteur multifonctionnel et essentiel dans l'orchestration de la transformation de l'ADN.Cette recherche pose méticuleusement les bases, en introduisant des techniques de biologie moléculaire essentielles pour le génie génétique chez N. gonorrhoeae. Nous explorons le développement d'outils, en particulier l'optimisation des milieux et les outils de microscopie adaptés à l'étude de l'absorption et de la transformation de l'ADN. En outre, nos recherches ont mis en évidence une corrélation intrigante entre l'amidon et les acides gras, qui a un impact significatif sur la croissance des gonocoques. Pour comprendre la dynamique des pili de type IV pendant l'absorption de l'ADN, nous avons mis au point des outils et un flux de travail rationalisé capables de visualiser et de quantifier à la fois les pili et les molécules d'ADN. En outre, nous avons automatisé l'analyse des micropiliers d'hydrogel afin d'étudier les propriétés mécaniques des rétractions des pili. En outre, des adaptations des revêtements des micropiliers nous ont permis d'étudier les rétractions des pili en interaction avec l'ADN.Cette étude approfondie comprend également l'examen du comportement des mutants ΔPilV, ΔPilC, et ΔPilD, dévoilant ainsi de profondes connaissances sur les mécanismes de régulation des pili de type IV et leur impact sur la dynamique de l'absorption de l'ADN. Il est particulièrement intéressant de noter que les mutations ΔPilV induisent des altérations dans la translocation de PilE, ce qui entraîne l'émergence de pili plus courts mais efficaces. Cette découverte souligne la nature adaptative de N. gonorrhoeae dans la manipulation de la diversité des pili de type IV pour optimiser les processus d'absorption de l'ADN, une révélation qui revêt une importance considérable dans la lutte contre la résistance aux antibiotiques.En outre, nos études sur d'autres pilines mineures mettent en lumière les altérations du phénotype sans entraver le mécanisme de rétraction des pili. Nos études sur les mutants PilV et PilD mettent en évidence l'influence des modifications post-traductionnelles sur PilE, accentuant ainsi la composition hétérogène des pili de type IV et leur fonctionnalité robuste en tant que polymère.Nous incluons également une courte étude examinant l'interaction entre les espèces de Neisseria commensales et pathogènes dans le contexte de l'absorption de l'ADN, ce qui élargit le champ des implications, invitant à une enquête plus approfondie et élargissant les horizons de ce domaine captivant.Bien que cette expédition laisse certaines questions sans réponse, sa profondeur et son ampleur permettent de mieux comprendre les mécanismes complexes de transformation de l'ADN et le rôle dynamique joué par les pili de type IV dans la remarquable adaptabilité de Neisseria gonorrhoeae. Non seulement cette thèse apporte des solutions aux questions existantes, mais elle ouvre également de nouvelles voies pour la recherche future, suscitant la curiosité et la fascination pour l'élucidation des complexités fonctionnelles des structures pili et leurs implications profondes dans la transformation de l'ADN.
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Dates and versions

tel-04579316 , version 1 (17-05-2024)

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  • HAL Id : tel-04579316 , version 1

Cite

Vui Yin Seow. DNA Transformation and Type IV Pili in Neisseria gonorrhoeae. Physics [physics]. Sorbonne Université, 2024. English. ⟨NNT : 2024SORUS049⟩. ⟨tel-04579316⟩
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