CE12 - Génétique, génomique et ARN

Apprendre des conflits : inhibition fréquente de la transformation naturelle par les éléments génétiques mobiles – TransfoConflict

Résumé de soumission

L'objectif du projet TransfoConflict est d'étudier à grande échelle les variations de fréquences de transformation de deux espèces de bactéries et afin d'en identfiier, pour la première fois, les causes et conséquences. En interprétant ces résultats à la lumière des interactions antagonistes entre les bactéries et leurs éléments génétiques mobiles (EGM), TransfoConflict permettra de mieux comprendre les conséquences de la transformation naturelle sur l'évolution des bactéries.
Les génomes bactériens évoluent très rapidement grâce à trois mécanismes de transfert horizontal de gènes (THG) : la conjugaison, la transduction et la transformation naturelle. La conjugaison et la transduction impliquent des EGMs parasites contre lesquels les bactéries ont développé de multiples mécanismes de défense. En revanche, la transformation naturelle est un mécanisme de THG sous le contrôle direct des bactéries, qui codent dans leur génome les mécanismes permettant de capturer, d'importer et de recombiner dans leur chromosome de l'ADN exogène. L'observation de grandes variations intraspécifiques de cette capacité de transformation naturelle chez plusieurs espèces est mystérieuse. La transformation naturelle joue un rôle important dans la recombinaison allélique et l'acquisition de nouveaux gènes. Ainsi, ces variations doivent affecter le flux de gènes entre les espèces.
Une hypothèse récente propose que la transformation naturelle soit utilisée par les bactéries pour nettoyer leurs génomes de EGMs par recombinaison avec de d'ADN importé de cellules non infectées. Ce modèle de prédit que les EGMs aient développé des mécanismes pour limiter la transformation de leur hôte. En accord avec cette prédiction, nous avons identifié des EGMs qui inhibent la transformation naturelle. Nous formulons ici l'hypothèse que (1) le conflit transformation/EGM est une cause majeure de variation de la transformation naturelle et (2) que ces variations ont des conséquences importantes en termes d'évolution du génome.
Pour tester ces hypothèses, nous proposons de générer la première analyse des variations de la transformabilité naturelle dans deux pathogènes bactériens parasités par des familles distinctes de EGMs. Pour cela, nous proposons d'assembler, séquencer et analyser deux grandes collections d'isolats représentatifs de la diversité génétique de ces espèces. Nous utiliserons un nouveau test haut débit et quantitatif de la transformation naturelle. Nous utiliserons les génomes associés pour générer une liste exhaustive des EGMs des pangénomes. Grâce à une combinaison de génétique statistique et conventionnelle nous identifierons les EGMs interférant avec la transformation naturelle. Nous décrypterons les mécanismes moléculaires de l'activité d'inhibition de la transformation de certains EGMs, y compris un nouvel EGMs inhibiteur de transformation que nous venons d'identifier et dont le mécanisme d'action est inconnu. Ce décryptage pourrait éclairer des étapes mal caractérisées du processus de transformation (régulation, recombinaison). Enfin, nous exploiterons les fréquences de transformation naturelle déterminées expérimentalement pour comprendre l'évolution de la transformabilité naturelle. Nous déterminerons l'impact des EGMs inhibiteurs de la transformation sur le flux de gènes dans les pathogènes considérés et plus largement chez les protéobactéries.
TransfoConflict mettra en évidence l'importance de considérer les interactions EGM/transformation pour comprendre l'évolution du génome bactérien. Les EGMs et la transformation sont deux acteurs clés de la propagation de la résistance aux antibiotiques et dont les effets ont jusqu'à présent été considérés séparément. Au-delà de sa contribution fondamentale à la compréhension de la dynamique du génome, TransfoConflict pourrait expliquer la dynamique de propagation des gènes de résistance aux antibiotiques dans les pathogènes bactériens et fournir des stratégies pour la ralentir.

Coordination du projet

Xavier Charpentier (CENTRE INTERNATIONAL DE RECHERCHE EN INFECTIOLOGIE)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Institut Pasteur - Unité de Génomique évolutive des microbes
CIRI CENTRE INTERNATIONAL DE RECHERCHE EN INFECTIOLOGIE

Aide de l'ANR 465 038 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2021 - 42 Mois

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