La protéine Bap («Biofilm associated protein») est associée à la paroi cellulaire. Elle a une masse moléculaire de 239 kDa chez S. aureus (Cucarella et al., 2001). Initialement, la protéine Bap a été trouvée chez des isolats de mammites bovines des espèces S. aureus,
S. epidermidis, S. chromogenes, S. hyicus et S. xylosus puis, récemment dans des isolats
d’origine humaine de S. epidermidis et d’origine humaine et alimentaire de S. xylosus (Cucarella et al., 2004 ; Tormo et al., 2005). Chez S. aureus, la protéine Bap est responsable de la colonisation et de la persistance de la bactérie au niveau de la glande mammaire. La présence de Bap a aussi été corrélée à la formation de biofilm sur des surfaces abiotiques chez cette espèce (Cucarella et al., 2001).
La protéine Bap a une architecture multidomaine caractéristique des protéines de surface des bactéries à Gram positif (Figure 17). Le domaine N-terminal (819 acides aminés) inclut une séquence signal (S) pour son exportation vers la paroi ainsi que deux régions A et B. La région A (acides aminés 45 à 360) contient deux courtes répétitions de 32 acides aminés (Cucarella et al., 2001 ; Arrizubieta et al., 2004 ; Tormo et al., 2005). La région B (acides aminés 361 à 818) présente une grande similitude avec la protéine de surface Esp d’Enterococcus faecalis, responsable de la formation de biofilm chez cette espèce (Tendolkar et al., 2004). Les deux régions A et B, ont des domaines de dimérisation permettant l’interaction entre deux molécules Bap, ceci permet aux bactéries d’adhérer entres elles. La protéine Bap agit ainsi à la fois comme récepteur et ligand. Dans ces régions,
on trouve aussi trois motifs de liaison au calcium « EF-hand like » (EF1, EF2-3), un quatrième se trouvant près du motif LPXTG d’ancrage à la membrane (EF4) (Cucarella et
al., 2002 ; Arrizubieta et al., 2004). La protéine Bap peut agir comme une lectine et donc lie
de manière « calcium dépendante » les sucres des exopolysaccharides des cellules voisines. La région centrale de Bap, ou région C, commence par une région espaceur (819 à 947 acides aminés) chez S. aureus (Cucarella et al., 2001). La région entourant les résidus 948 à 2139 est composée d’un nombre variable de répétitions en tandem de 86 acides aminés. Il y a 13 répétitions pour S. aureus et 24 pour S. xylosus (Tormo et al., 2005). La variation du nombre de répétitions entre les différentes espèces de staphylocoque est probablement le résultat de recombinaison homologue, mais n’affecte vraisemblablement pas la fonctionnalité de la protéine Bap (Cucarella et al., 2001 ; Cucarella et al., 2004). Cependant, cette variation de nombre de répétitions pourrait être associée à une évolution visant à échapper à la réponse immunitaire de l’hôte, comme observée chez les streptocoques du groupe B avec la protéine alpha C (Madoff et al., 1996). Cucarella et al. (2001) émettent l’hypothèse que la région C servirait à projeter, à la surface, la partie N-terminale qui interagirait avec les surfaces abiotiques.
145 361 819 2148
2209 2276
EF1 EF2-3 EF4
S A B C-Région répétée DWM 145 361 819 2148 2209 2276 145 361 819 2148 2209 2276
EF1 EF2-3 EF4
S A B C-Région répétée DWM
Figure 17 : Organisation structurale de la protéine Bap et localisation des domaines « EF-hand-like » (Arrizubieta et al., 2004)
La région C de Bap est suivie de la région D composée de courtes répétitions de 18 acides aminés, dont le nombre varie en fonction de l’espèce. Trois répétitions sont observées pour la protéine Bap de S. aureus et 9 pour celle de S. xylosus. Elles sont suivies d’une répétition incomplète de 7 acides aminés. Cette séquence en acides aminés est riche en résidus sérine et acide aspartique, ressemblant aux répétitions SD de la famille Sdr (répétitions sérine-asparagine) des protéines de surface des staphylocoques (Josefsson et al., 1998). Chez
S. xylosus, la séquence et la taille des répétitions de la région D dans la protéine Bap sont très
région D, la région C-terminale de Bap contient des motifs d'ancrage à la paroi (W), un domaine qui s’étend dans la membrane (M) et une queue de résidus positivement chargés (Figure 17).
Le gène bap a été identifié pour la première fois chez S. aureus, grâce à l’étude d’un mutant obtenu par insertion du transposon Tn917 (Cucarella et al., 2001). Le gène bap est contenu dans un îlot de pathogénicité chez S. aureus (SaPIbov2 pour « Staphylococcal Pathogenicity Island Bovine 2 ») qui contient également un gène codant un ABC transporteur et un gène codant une transposase Sip pour « Staphylococcal Integrase Protein » ayant un rôle dans l’excision-intégration (Ubeda et al., 2003). Le gène bap des espèces S. epidermidis,
S. chromogenes, S. xylosus, S. simulans et S. hyicus ne semble pas être contenu dans un îlot
de pathogénicité (Cucarella et al., 2002 ; Rabello et al., 2005).
Les souches de S. aureus hébergeant la protéine Bap sont très adhérentes à des surfaces abiotiques et fortement productrices de biofilms (Cucarella et al., 2001). Cette protéine est impliquée à la fois dans l’adhésion intercellulaire mais aussi dans l’attachement primaire à une surface abiotique. Des expériences d’infection de glandes mammaires bovines ont montré que la colonisation bactérienne augmente quand l’infection est causée par des souches de S. aureus mucoïdes, porteuses des gènes icaABCD et du gène bap (Cucarella et
al., 2004). Il a été montré que la protéine Bap subit fréquemment des changements dans le
nombre de répétitions de la région C-terminale. Mais, aucune relation n’a été établie entre le nombre de répétitions et la formation de biofilm dans les isolats bap positifs (Cucarella et
al., 2004). Tous les isolats bap positifs étaient aussi ica positifs, mais en absence d’ica, Bap
est suffisante pour induire la formation de biofilm sur les surfaces abiotiques chez S. aureus (Cucarella et al., 2004). La présence des cations Ca2+ ou Mn2+ inhibe la formation de biofilm induite par Bap chez S. aureus, tandis que le Mg2+ n’a aucun effet (Arrizubieta et al., 2004). Le calcium affecterait l’attachement primaire de S. aureus. Les domaines EF2 et EF3 de Bap se lient au calcium entraînant un changement de conformation de Bap, la rendant ainsi incapable d’agrégation intercellulaire. Le calcium agit comme un régulateur de biofilm à travers son interaction avec la protéine de surface Bap (Tormo et al., 2005).
Bap constitue une nouvelle famille de protéines qui joue un rôle clef dans la formation de biofilm chez les bactéries à Gram positif et à Gram négatif, dans la mesure où cette protéine a été retrouvée chez S. epidermidis (Bhp pour «Bap Homolog Protein»), Enterococcus
faecalis (Esp), Salmonella enterica (Stm2689) et Pseudomonas putida (Mus20) (Cucarella et al., 2004 ; Tormo et al., 2005 ; Lasa & Penades, 2006).