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Mécanismes d’Activation du Transfert des éléments Intégratifs Conjugatifs au sein de l’Ecosystème digestif – MATICE

Mécanismes d’Activation du Transfert des éléments Intégratifs Conjugatifs au sein de l’Ecosystème digestif (MATICE)

Le microbiote intestinal joue un rôle majeur dans la santé humaine. Des flux de gènes (résistance aux antibiotiques, nouvelles propriétés cataboliques…) entre bactéries issues de l’alimentation et flore digestive peuvent perturber son équilibre. La conjugaison, mécanisme principal de transfert de gènes, est codée par différents éléments génétiques mobiles et en particulier par des éléments intégratifs conjugatifs chromosomiques (ICEs), très répandus mais encore peu connus.

Rôle des ICE dans les flux de gènes entre bactéries issues de l’alimentation et bactéries commensales digestives

Ce projet vise à évaluer les flux de gènes entre bactéries issues de l’alimentation et bactéries commensales digestives. Le travail se focalise sur les transferts de gènes au sein du genre Streptococcus qui regroupe diverses espèces en transit ou vivant au sein du tractus gastrointestinal (commensales i.e. Streptococcus salivarius, pathogène ou utilisé en industrie laitière i.e. Streptococcus thermophilus) mais également avec Enterococcus faecalis, composant majeur de la flore digestive. <br />En utilisant comme modèle les ICE de la famille ICESt3, les objectifs sont de : (i) caractériser les stimuli environnementaux et les contacts cellulaires (rôle des molécules de surface, impact du biofilm) nécessaires pour initier le transfert des ICE, (ii) élucider les mécanismes moléculaires de régulation et (iii) évaluer les transferts au sein de l’écosystème digestif. Ce projet permettra de proposer des stratégies de lutte contre les transferts de gènes par conjugaison. <br />

Le transfert des ICE sera étudié dans différentes conditions: (i) in vitro sur filtre, (ii) in situ au sein de biofilm, (iii) in vitro en digesteur artificiel pour intégrer des paramètres physiques et biochimiques rencontrés dans l’estomac et l’intestin grêle et dans des conditions plus proches de celles rencontrées par la bactérie dans son écosystème, (iv) en côlon artificiel maintenant un microbiote complexe et (iv) in vivo chez la souris. Nous éluciderons les voies de de régulation (interactions entre régulateurs, contrôle par un anti-répresseur) contrôlant l’excision et le transfert des ICE dans des conditions inductrices ou non inductrices. Les approches utilisées seront la construction de mutants, l’utilisation de fusions transcriptionnelles, l’expression des protéines régulatrices et l’analyse des interactions ADN-protéines et protéines-protéines. Nous caractériserons également les molécules de surface impliquées dans le contact cellule-cellule nécessaire au transport d’ADN dans la cellule réceptrice. Enfin, nous évaluerons l’impact du biofilm sur la fréquence de transfert des ICE et explorerons le transfert en 4D grâce au développement d’un outil de fluorescence.

Nous avons mis en évidence un transfert autonome d’ICE de Streptococcus salivarius vers d’autres souches de S. salivarius mais aussi vers Streptococcus thermophilus, bactérie utilisée en industrie laitière et vers Enterococcus faecalis, composant de la flore digestive humaine. La fréquence de transfert observée est très faible (<10 8 transconjugants/cellule donatrice) suggérant un contrôle strict de l’excision et du transfert des ICE chez S. salivarius.
La composition de la paroi cellulaire bactérienne (présence de lipoprotéines, d’acides téichoïques et lipotéichoïques et synthèse d’exopolysaccharides) a un impact important sur la fréquence de transfert des ICE. Une large augmentation de la fréquence de transfert est en effet observée en utilisant des cellules réceptrices affectées dans la production de ces molécules de surface. Ce n’est pas le cas avec des cellules donatrices mutées.

Le transfert horizontal de gènes (HGT) contribue à la dissémination de gènes notamment de gènes de résistance aux antibiotiques ce qui pose un problème de santé publique. Il apparait donc urgent de proposer des stratégies préventives pour lutter contre ces transferts de gènes. Les résultats issus de ce projet permettront d’explorer différentes stratégies de lutte contre le HGT : (i) utilisation de flore probiotique non sujette aux transferts de gènes (déplacement de flore), (ii) blocage de l’activation du transfert des ICE (contrôle de l’induction via le système SOS et cibles dans la cascade de régulation), (iii) blocage du transport d’ADN à travers la membrane en exploitant les défenses bactériennes naturelles contre les transferts de gènes ou en ciblant les molécules de surface impliquées dans l’établissement du pore de conjugaison et (iv) stratégie anti-biofilm pouvant être combinée avec les autres stratégies. Des travaux complémentaires seront nécessaires pour développer et optimiser ces différentes stratégies.

-N. Dahmane, V. Libante, F. Charron-Bourgoin, E. Guédon, G. Guédon, N. Leblond-Bourget and S. Payot (2017). Diversity of integrative and conjugative elements of Streptococcus salivarius and their intra- and interspecies transfer. Appl Environ Microbiol do

La flore bactérienne intestinale est maintenant reconnue comme jouant un rôle important dans la santé humaine en conférant une protection contre les pathogènes et en contribuant à la nutrition. Un déséquilibre de cet écosystème (dysbiose) peut conduire au développement de certaines maladies (maladies inflammatoires de l’intestin, obésité, cancer colorectal). Au cours d’une vie, la consommation totale d’aliments d’un individu atteindra 60 tonnes en moyenne, l’exposant ainsi à une large ingestion de bactéries (bactéries utilisées en industrie agroalimentaire ou bactéries pathogènes). Ces bactéries apportées par les aliments vont pouvoir interagir avec les bactéries symbiotiques et commensales et notamment échanger des gènes (transfert horizontal de gènes) avec celles-ci. Les gènes acquis peuvent conférer de nouvelles propriétés aux bactéries (résistance aux antibiotiques, facteurs de colonisation, nouvelles capacités métaboliques, synthèse de bactériocine, réponse aux stress…). Cela peut entrainer une modification de l’équilibre du microbiote digestif ou permettre l’émergence de nouveaux pathogènes. La conjugaison est le mécanisme majoritaire d’acquisition de gènes et permet l’échange de gènes entre souches de la même espèce mais également entre bactéries très éloignées. Plusieurs types d’éléments génétiques mobiles se transfèrent par conjugaison, en particulier une classe très répandue mais mal connue d’éléments chromosomiques appelés éléments intégratifs conjugatifs ou ICE. Ce projet vise à évaluer les transferts de gènes entre bactéries alimentaires et bactéries commensales du tractus digestif via des ICE. Le travail portera essentiellement sur les transferts de gènes chez les streptocoques, un genre bactérien intéressant car il inclut des espèces variées qui colonisent ou sont en transit dans le tractus gastro-intestinal (bactéries commensales, pathogènes ou alimentaires). Les objectifs du projet sont de caractériser les facteurs et les mécanismes d’induction du transfert d’ICE et d’acquérir des premières données sur l’incidence de ces transferts dans l’écosystème digestif. Les approches incluront des analyses in vitro, des études in vitro en digesteur artificiel et en côlon artificiel avec microbiote digestif humain et des expériences menées in vivo (souris axéniques inoculées avec les souches d’intérêt). Ce projet permettra de proposer des stratégies de lutte contre les transferts de gènes bactériens par conjugaison.

Coordinateur du projet

Madame Sophie PAYOT-LACROIX (UMR1128 Dynamique des génomes et adaptation microbienne)

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

EA CIDAM Equipe d'Accueil Conception, Ingénierie et Développement de l'Aliment et du Médicament
UMR1319 MICALIS UMR1319 Microbiologie de l’Alimentation au service de la Santé
UMR1128 DynAMic UMR1128 Dynamique des génomes et adaptation microbienne

Aide de l'ANR 438 062 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2015 - 36 Mois

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