The role of the type III secretion system in the intracellular survival of pseudomonas aeruginosa in airway epithelial cells

Les infections chroniques des voies respiratoires causées par la bactérie Pseudomonas aeruginosa sont la principale cause de mortalité chez les personnes atteintes de fibrose kystique (FK) et restent impossible à éradiquer. Dans le poumon FK, P. aeruginosa subit des modifications génétiques qui renforcent sa capacité à causer des infections persistantes. Une adaptation commune observée dans plus de 80% des isolats de P. aeruginosa issus d’infections chroniques est la perte du système de sécrétion de type III (SST3). Bien que P. aeruginosa soit traditionnellement considéré comme une bactérie extracellulaire, P. aeruginosa peut enhavir and survivre dans differents cellules épithéliales, y compris les cellules épithéliales pulmonaires (CEP). Même si le rôle de cette survie intracellulaire dans l’infection et la pathogenèse de la maladie reste inconnu, les preuves de la présence de P. aeruginosa intracellulaire dans les tissus pulmonaires explantés de FK générées par le laboratoire Nguyen suggèrent qu’elle pourrait constituer un réservoir bactérien contribuant aux infections persistantes. Les facteurs bactériens impliqués dans la survie intracellulaire du P. aeruginosa restent mal compris. Nous émettons l'hypothèse que la perte du SST3 favorise la survie intracellulaire en permettant à P. aeruginosa de persister et de se répliquer dans des compartiments subcellulaires inconnus des CEP.Dans un modèle d’infection in vitro avec les CEP immortalisées Beas-2B, les isolats cliniques de P. aeruginosa récupérés chez des patient FK dépourvus d’un SST3 fonctionnel présentaient une survie intracellulaire à long terme accrue et une cytotoxicité réduite comparé à ceux possédant un SST3 fonctionnel. En utilisant des souches de laboratoire PAO1 F et CHA, et leurs mutants isogéniques du SST3, nous avons observé que tous les mutants SST3 étaient non-cytotoxiques, mais seuls les mutants sans effecteurs présentaient une charge bactérienne similaire à leur souche parentale, diminuant de plus de 100 fois après l’infection. Les souches dépourvues de SST3 ou d’injectisome fonctionnel ont persisté dans les cellules hôtes plusieurs jours après l’infection. Des analyses au niveau unicellulaires ont confirmé que cette persistence est due à la replication bactérienne intracellulaire, menant à l’apparition de CEP fortement infectées contenant plus de quatre bactéries. De plus, des analyses de microscopie en temps réel ont révélé que la dissémination des souches intracellulaires dépourvues de SST3 dans l’environnement suggére un mécanisme potentiel de réinfection. Étant donné l’hétérogénéité du phénotype de survie intracellular de P. aeruginosa, nous avons évalué la motilité des isolats cliniques, un facteur de virulence souvent perdu dans les isolats chroniques de P. aeruginosa et associé à la sortie de la bactérie des cellules hôtes. Nous n’avons observé aucune corrélation entre la motilité et la survie intracellulaire ou la cytotoxicité, indiquant que la motilité n’améliore ni n’entrave la persistance intracellulaire une fois P. aeruginosa internalisé.Nous émettons l’hypothèse que le destin intracellulaire different de P. aeruginosa est dû à la localisation subcellulaire distincte des souches déficientes ou possédant un SST3. Nous avons validé que l’imagerie de P. aeruginosa intracellulaire et des compartiments subcellulaires par microscopie électronique en transmission pouvait être acquise après pré-enrobage des cellules envahies dans de l’agarose à 4%. Vingt-quatre heures après l’infection, les P. aeruginosa exprimant ou non le SST3 ont été observés dans le cytoplasme et dans des vésicules intracellulaires, suggérant un mécanisme indépendant du SST3 permettant d’échapper aux vacuoles. En résumé, notre étude met en évidence la capacité accrue de survie et de prolifération intracellulaires de P. aeruginosa en l’absence du SST3, une adaptation courante dans les isolats chroniques de P. aeruginosa. Une meilleure compréhension de cette interaction hôte-pathogène pourrait révéler un mécanisme sous-estimé de persistance bactérienne et identifier de nouvelles cibles thérapeutiques pour éradiquer ce réservoir bactérien intracellulaire

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