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Le but de cette thèse a été d'analyser, en relation avec la virulence, le polymorphisme du contenu en gènes et du patron d'expression des gènes chez les isolats naturels de l'espèce bactérienne E. coli / Shigella. Cette espèce est présente en situation commensale dans le tube digestif des vertébrés, dont l'homme, mais elle est aussi impliquée dans un large spectre d'infections intestinales et extraintestinales. De plus, E. coli présente les avantages d'être extrêmement étudiée sur le plan fondamental (bactérie modèle en biologie moléculaire, nombreux projets génome aboutis ou en cours), d'avoir une structure de population et une phylogénie connues et d'être représentée par une collection de souches de référence pour lesquelles de nombreuses données sont disponibles.

Un premier travail s'est intéressé à la régulation de l'expression des gènes portés par le plasmide de virulence des Shigella. Les patrons d'expression de la majorité des gènes de ce plasmide (à l’exception des séquences d’insertion) ont été établis à l’aide de membranes à haute densité d’échantillons ("macro-arrays") pour différents mutants des 4 régulateurs transcriptionnels codés par ce plasmide.

Cette étude a permis de (i) confirmer par une approche alternative les schémas établis par d'autres auteurs, (ii) fournir une vision exhaustive de la régulation d'expression des gènes plasmidiques sous contrôle des 4 régulateurs transcriptionnels et (iii) distinguer 3 catégories de substrats de l’appareil de sécrétion de type III.

Un deuxième travail a eu pour but (i) de rechercher l’existence d’un polymorphisme d’expression au sein de l’espèce E. coli / Shigella et (ii) de savoir si celui ci est soumis ou non à sélection. Sur un panel de 11 souches représentatives de la diversité génétique et écologique de l’espèce, nous avons identifié dans un premier temps un ensemble de 2880 gènes communs aux souches choisies à l’aide de "macro-arrays" comprenant les 4290 gènes de la souche de référence K12-MG1655. En considérant ce squelette génomique commun, nous mettons en évidence en croissance exponentielle in vitro, un polymorphisme d’expression pour de nombreux gènes. La comparaison de l’histoire évolutive des souches avec l’analyse phylogénétique des profils d’expression montre une convergence évolutive du transcriptome chez les souches de Shigella et E. coli entéroinvasive (EIEC). De plus, cette convergence concerne un ensemble de gènes à fonction biologiquement cohérente, tel le processus d’acquisition du fer. Ces données constituent des arguments forts en faveur d’une évolution adaptative de l’abondance des transcrits chez les pathogènes obligatoires intra-cellulaires que sont les Shigella/EIEC. Nous avons confirmé par PCR en temps réel l’expression d’un certain nombre de ces gènes dans un modèle d’infection de cellules intestinales humaines. Par conséquent, dans l’espèce E. coli/Shigella, des souches ayant un style de vie particulier et de ce fait faisant face à des pressions de sélection particulières, ont convergées vers un patron d’expression génique spécifique dans un sous ensemble de gènes commun à l’espèce, révélant ainsi le rôle de la sélection dans le façonnement du polymorphisme du transcriptome.

Dans un dernier travail, nous avons recherché à l’aide de "macro-arrays" dans une collection de 59 souches appartenant essentiellement au groupe phylogénétique B2, la présence de plus de 1000 gènes spécifiques de ce groupe. Nous montrons qu'il existe un haut degré de polymorphisme du contenu génique chez les souches du groupe B2 en relative corrélation avec l'histoire évolutive et la virulence extra-intestinale intrinsèque des souches.





Analyse du polymorphisme du contenu génique et du profil d’expression chez l’espèce Escherichia coli/Shigella : relation avec la virulence Tony LE GALL Le but de cette thèse a été d'analyser, en relation avec la virulence, le polymorphisme du contenu en gènes et du patron d'expression des gènes chez les isolats naturels de l'espèce bactérienne E. coli / Shigella. Cette espèce est présente en situation commensale dans le tube digestif des vertébrés, dont l'homme, mais elle est aussi impliquée dans un large spectre d'infections intestinales et extraintestinales. De plus, E. coli présente les avantages d'être extrêmement étudiée sur le plan fondamental (bactérie modèle en biologie moléculaire, nombreux projets génome aboutis ou en cours), d'avoir une structure de population et une phylogénie connues et d'être représentée par une collection de souches de référence pour lesquelles de nombreuses données sont disponibles. Un premier travail s'est intéressé à la régulation de l'expression des gènes portés par le plasmide de virulence des Shigella. Les patrons d'expression de la majorité des gènes de ce plasmide (à l’exception des séquences d’insertion) ont été établis à l’aide de membranes à haute densité d’échantillons ("macro-arrays") pour différents mutants des 4 régulateurs transcriptionnels codés par ce plasmide. Cette étude a permis de (i) confirmer par une approche alternative les schémas établis par d'autres auteurs, (ii) fournir une vision exhaustive de la régulation d'expression des gènes plasmidiques sous contrôle des 4 régulateurs transcriptionnels et (iii) distinguer 3 catégories de substrats de l’appareil de sécrétion de type III. Un deuxième travail a eu pour but (i) de rechercher l’existence d’un polymorphisme d’expression au sein de l’espèce E. coli / Shigella et (ii) de savoir si celui ci est soumis ou non à sélection. Sur un panel de 11 souches représentatives de la diversité génétique et écologique de l’espèce, nous avons identifié dans un premier temps un ensemble de 2880 gènes communs aux souches choisies à l’aide de "macro-arrays" comprenant les 4290 gènes de la souche de référence K12-MG1655. En considérant ce squelette génomique commun, nous mettons en évidence en croissance exponentielle in vitro, un polymorphisme d’expression pour de nombreux gènes. La comparaison de l’histoire évolutive des souches avec l’analyse phylogénétique des profils d’expression montre une convergence évolutive du transcriptome chez les souches de Shigella et E. coli entéroinvasive (EIEC). De plus, cette convergence concerne un ensemble de gènes à fonction biologiquement cohérente, tel le processus d’acquisition du fer. Ces données constituent des arguments forts en faveur d’une évolution adaptative de l’abondance des transcrits chez les pathogènes obligatoires intra-cellulaires que sont les Shigella/EIEC. Nous avons confirmé par PCR en temps réel l’expression d’un certain nombre de ces gènes dans un modèle d’infection de cellules intestinales humaines. Par conséquent, dans l’espèce E. coli/Shigella, des souches ayant un style de vie particulier et de ce fait faisant face à des pressions de sélection particulières, ont convergées vers un patron d’expression génique spécifique dans un sous ensemble de gènes commun à l’espèce, révélant ainsi le rôle de la sélection dans le façonnement du polymorphisme du transcriptome. Dans un dernier travail, nous avons recherché à l’aide de "macro-arrays" dans une collection de 59 souches appartenant essentiellement au groupe phylogénétique B2, la présence de plus de 1000 gènes spécifiques de ce groupe. Nous montrons qu'il existe un haut degré de polymorphisme du contenu génique chez les souches du groupe B2 en relative corrélation avec l'histoire évolutive et la virulence extra-intestinale intrinsèque des souches. Mots clés : Escherichia coli / Shigella, phylogénie, virulence, polymorphisme, génome, transcriptome,"macro-arrays".