Maintenance du génome chez les bactéries persistantes – Persist3Rs

La persistance bactérienne est un état dans lequel les bactéries ne se divisent plus, tout en restant capables de reprendre une croissance ultérieure. Dans cet état, elles tolèrent les traitements antibiotiques, et pullulent dès qu’il cesse. On suspecte la persistance d’être responsable de cas d’infections chroniques et d’échecs de traitements. Plusieurs signaux environnementaux stressants induisent l’entrée en persistance par des voies encore peu connues, et on ignore comment l’ADN génomique est maintenu intact dans cet état physiologique. Enfin, les prophages, qui sont des virus bactériens intégrés au génome de leur hôte à l’état dormant, pourraient contribuer positivement ou négativement à l’état persistant, mais très peu de choses sont connues à ce sujet.

Nos travaux sur la souche d’Escherichia coli LF82, porteuse de 5 prophages, montrent que lors de l’infection de macrophages, 10-20% des bactéries entrent dans l’état persistant. De plus, l’ADN bactérien est probablement endommagé, car divers gènes de la réponse aux dommages d’ADN sont induits. Enfin, des gènes de réparation de l’ADN codés par un des prophages sont transcrits, qui pourraient fournir une voie de réparation par jonction d’extrêmités (NHEJ).

Persist3Rs a pour objectif d’appréhender comment l’intégrité du génome bactérien est maintenue lors de la persistance d’Escherichia coli. Pour ce faire, nous ferons d’abord porter l’effort sur la méthode de séparation des sous-populations persistantes. En effet, il se pourrait que diverses voies d’entrée en persistance cohabitent dans une population, si bien qu’au moment d’analyser l’ensemble des bactéries persistantes, divers signaux se confondent. Pour faciliter cette analyse, des traitements connus pour enrichir la fraction de bactéries persistantes – et pertinents d’un point de vue clinique – seront appliqués : incubation avec de faibles doses d’antibiotiques et survie en macrophages. Enfin, l’espèce E. coli étant diversifiée, deux souches seront analysées, une commensale qui n’héberge aucun prophage, MG1655, l’autre pathogène qui en héberge cinq, la souche adhésive invasive (AIEC) LF82.

Le projet est structuré autour de trois axes. (1) Dans le but de séparer les diverses populations de bactéries persistantes, des souches contenant une série de fusions transcriptionnelles fluorescentes à des promoteurs induits à différents stades de croissance, ou suite à différents stress, seront construites. Le taux de persistantes, parmi ces sous-populations où un promoteur donné est induit, sera mesuré par tri cellulaire. (2) Puis le transcriptome de chaque sous-population sera déterminé. Nous voulons également repérer les messagers activement transcrits (par Nascent RNA-seq), et ceux activement traduits (par Ribo-seq). Ceci permettra d’accéder aux fonctions clés nécessaires à la survie des persistantes. (3) Enfin, une combinaison d’approches en cellule unique, de génétique, et de biochimie permettra d’appréhender comment l’ADN est lésé, et éventuellement réparé ou muté, et quelles fonctions codées par les prophages contribuent à la réparation de l’ADN.

Au terme du projet, nous serons en mesure de décrire s’il existe une ou plusieurs voies d’entrée en persistance chez E. coli, et de quantifier l’abondance de bactéries persistantes selon le stress appliqué. La comparaison de deux souches distinctes nous permettra de généraliser ou non les observations. De plus, l’état de l’ADN au sein de ces bactéries, et leur besoin spécifique en fonctions de réparation sera appréhendé. Enfin, nous nous attendons à découvrir une interaction insoupçonnée entre la bactérie et ses prophages au cours de l’état persistant, ces derniers apportant des fonctions novatrices permettant de réparer l’ADN en absence de chromatide sœur. Ce coup de projecteur sur une face cachée de la persistance pourra déboucher à long terme sur de nouvelles stratégies de lutte contre les infections récalcitrantes.