CE12 - Génétique, génomique et ARN

Etude de l'impact des intégrons chromosiques sur l'évolution des bactéries – Chromintevol

Résumé de soumission

Les bactéries échangent constamment du matériel génétique favorisant leur adaptation à de nouveaux stress. L’apparition rapide de bactéries multi-résistantes suite à l’utilisation massive d’antibiotiques en est un exemple criant. Les intégrons sont largement impliqués dans ce phénomène. Ce sont des éléments génétiques capables de stocker, de réarranger, d’exprimer et de disséminer des cassettes de gènes codant de nouvelles fonctions. Les intégrons peuvent être portés par des plasmides conjugatifs, ce qui leur confère une grande capacité de transfert entre bactéries. Ces Intégrons dit « Mobiles » (IMs) ont largement disséminé dans de nombreux environnements notamment cliniques. Les IMs sont relativement petits et ne contiennent jamais plus de 8 cassettes. Mais les cassettes des IMs ne représentent qu’une partie infime de la totalité des cassettes des intégrons. En effet, des intégrons bien plus grands ont été retrouvés insérés dans les génomes de 15% des bactéries séquencées. Certains de ces intégrons chromosomiques (ICs) contiennent plus de 200 cassettes. Les ICs représentent un large réservoir de cassettes disponibles pour les IMs et le succès du système intégron est en partie dû à cette coopération entre les ICs et les IMs. Malgré l’importance des ICs dans le système intégron, ce type d’intégrons reste très peu étudié. Le rôle biologique que peuvent avoir les ICs sur la bactérie et les fonctions des milliers de cassettes de gènes qu’ils portent restent inconnus. Ces fonctions s’étendent probablement bien au-delà de l’antibiorésistance et pourraient être liées à la réponse adaptative des bactéries lorsqu’elles sont soumises à divers stress tels que l’utilisation d’antibiotiques ou la prédation par les phages. Le premier objectif de ce projet sera de déterminer le rôle biologique et les fonctions des cassettes de l’IC de Vibrio cholerae.
Nous ignorons également comment de telles structures peuvent accumulées autant de cassettes tout en restant évolutivement stables. Le deuxième objectif de ce projet sera donc de comprendre comment les ICs, véritables réservoirs de gènes, sont maintenues dans la cellule sans que cela ne lui soit dommageable. Nos récentes analyses in silico montrent un biais d’orientation de 83% des ICs en fonction de la direction de la réplication. Les quelques ICs qui présentent une orientation inverse ont des matrices de cassettes bien plus petites. Nous pensons que l’orientation est un facteur clé pour la maintenance de larges intégrons et pour limiter l’excision excessive de cassettes. Nous étudierons l’influence de l’orientation de l’IC de V. cholerae sur le taux d’excision de cassettes. Ces études constitueront un exemple de connexion entre l’organisation des génomes et leur stabilité.
Enfin, le troisième objectif sera de déterminer quelles sont les contraintes cellulaires qui ont permis de sélectionner une telle orientation au cours de l’évolution des bactéries.

D’un point de vue expérimental, nous procèderons à l’inversion, la relocalisation, la délétion et l’édition de l’IC de V. cholerae. Nous utiliserons des approches génétiques couramment utilisées au laboratoire et, en parallèle, nous développerons de nouvelles approches basées sur la technologie CRISPR-Cas9. Nous analyserons les conséquences de tous ces réarrangements en utilisant des technologies de pointes associées à de la biologie computationnelle (approches dites « Omics »), de la microscopie en temps réel et aussi des approches plus classiques.

Ces études permettront de mieux appréhender l’histoire évolutive des intégrons à la base de leur succès et de déterminer leur impact sur l’évolution des bactéries. La compréhension du fort potentiel évolutif des bactéries pathogènes humaines est cruciale dans la lutte contre les maladies infectieuses et l’antibiorésistance.

Coordination du projet

Céline Loot (Unité Plasticité du Génome bactérien)

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

IP Groupe à 5 ans Biologie de Synthèse
IP Unité Plasticité du Génome bactérien

Aide de l'ANR 400 827 euros
Début et durée du projet scientifique : mars 2022 - 42 Mois

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