Dynamique des génomes de bactériophages – DYNAMOPHAGE

L'évolution des bactériophages étant accélérée par rapport à celle des bactéries, il est souvent difficile de trouver des indices de ressemblance entre gènes de phages ayant pourtant la même fonction. Nous développons un outil permettant de détecter une homologie lointaine entre gènes de fonction connue et inconnue . Par ailleurs, nous comparons l'efficacité de l'évolution par recombinaison homologue chez les bactéries et les bactériophages.

Nous avons construit une interface permettant de visualiser le contexte génétique autour de gènes de différents bactériophages suspectés avoir la même fonction (voir figure 1). Lorsque ce voisinage est conservé, nous concluons que la prédiction est fiable.
Par ailleurs, nous avons observé que la recombinaison homologue effectuée par les phages s'effectue par un mécanisme différent, qu'elle est plus efficace, et tolère la présence de mésappariements.

Nous voulons maintenant comprendre comment les phages évoluent et acquièrent de nouveaux gènes, sur le plan mécanistique et par une approche de génomique comparée.

Conférence internationale
Viruses of microbes, Bruxelles, Juillet 2012
Marianne de Paepe « Horizontal transfer mediated by bacteriophages in the mouse gut »

Conférence nationale
Colloque SFM, Institut Pasteur, Décembre 2012
Marie-Agnès Petit « bacteriophage mediated transfer of resistance genes »

Les bacteriophages (ou phages) sont omniprésents dans l’environnement, et l’on est de plus en plus conscients de leurs profonds effets sur l’équilibre entre espèces bactériennes dans un écosystème donné. En particulier, les phages tempérés, un fois intégrés dans le génome de leur hôte bactérien, se mettent souvent à exprimer des fonctions qui contribuent à avantager leur hôte dans certains environnements (par exemple en rendant la bactérie plus résistante au sérum, ou à la bile). On appelle collectivement ces gènes des morons. Comment ces morons sont acquis par les phages est inconnu. Cependant, nos études récentes sur les particularités d’une enzyme de recombinaison phagique nous suggèrent une explication : il se pourrait que la fidélité relâchée de la recombinaison homologue favorise les remaniements de gènes sur le génome du phage, et par là donne naissance aux morons.

Les trois équipes qui défendent ce projet veulent mettre en commun leurs expertises pour approfondir la connaissance de la dynamique des génomes de phages, en combinant et en alternant les approches expérimentales et prédictives. Deux des équipes ont déjà initié un travail sur ce sujet, et découvert trois grandes super-familles de recombinases phagiques, insoupçonnées jusque là.

A partir de ces données, le projet DYNAMOPHAGE consistera à étudier en détail un représentant de chacune des trois familles de recombinases découvertes, en se centrant sur la question de la fidélité de la recombinaison, pour savoir jusqu’à quel point des séquences apparentées mais non strictement homologues peuvent être échangées par ces recombinases. Un deuxième axe du projet consistera à faire l’étude collective des morons par une approche bio-informatique, afin de déceler les caractéristiques de composition/positionnement de ces gènes dans les génomes permettant de suggérer un mode d’acquisition possible. Les hypothèses émises pourront ensuite être testées expérimentalement avec chacune des recombinases étudiées dans le premier volet. Le troisième axe du projet est plus ambitieux et vise à appliquer systématiquement la démarche qui nous a permis d’identifier de nouvelles recombinases phagiques à tous les gènes inconnus de phages. L’approche choisie combinera la prédiction d’homologies lointaines et l’analyse contextuelle des gènes. Les résultats obtenus seront intégrés à la base de donnée publique dédiée aux phages, ACLAME (un des trois partenaires est le concepteur de cette base). Cette approche débouchera éventuellement sur l’identification de nouvelles super-familles de recombinases, ou de leurs co-facteurs, qui seront alors étudiés expérimentalement, conjointement aux trois premières. De plus, la base de données ACLAME sera étendue à tous les virus. Enfin, une des trois super-familles de recombinases phagiques contient des membres homologues à RecA « pleine taille », et d’autres, surtout chez les phages tempérés, qui sont des RecA tronquées, auxquelles il manque un domaine C-terminal. Un dernier volet de ce projet, plus exploratoire, consistera à tester le rôle de ce domaine manquant dans une expérience d’évolution in vitro. Un phage tempéré contenant un gène recA « pleine taille » à la place de sa recombinase native sera construit, et ce phage sera propagé en laboratoire pendant quelques milliers de générations, dans le but de voir évoluer recA.

Au-delà de la connaissance approfondie de la dynamique des génomes de phages, ce projet a la volonté affirmée de fournir à la communauté scientifique travaillant sur les virus une base de données intégrée de haute qualité permettant l’annotation des génomes de phages, qui reste jusqu’ici un réel défi.