Investigating proteostasis and ageing of Escherichia coli using spatio-temporal algorithms

par Alice Démarez

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Lionel Moisan et de Ariel Lindner.

Le président du jury était Miroslav Radman.

Le jury était composé de Lionel Moisan, Ariel Lindner, Miroslav Radman, Rafael Giraldo, Hugues Berry, Reiner A. Veitia, Ivo F. Sbalzarini.

Les rapporteurs étaient Rafael Giraldo, Hugues Berry.

  • Titre traduit

    Étude de la protéostasie et du vieillissement chez Escherichia coli par l’utilisation d’algorithmes spatio-temporelle


  • Résumé

    L’accroissement de la mortalité et la décroissance du nombre de descendants avec l’âge (tous deux conduisant à une diminution de la valeur sélective) sont les signatures du vieillissement dans les organismes vivants. Il a été montré que la bactérie Escherichia coli, bien que se divisant de façon symétrique, vieillie. Expérimentalement, ces questions sont étudiées en réalisant des films au cours du temps qui permettent de suivre l’évolution et l’histoire des bactéries et produisant une très importante quantité d’images. J’ai mis au point une nouvelle méthode d'analyse d'image qui permet de réaliser la segmentation et le suivie en une seule étape. L’utilisation d’un algorithme spatio-temporelle ayant l’avantage d’utiliser la redondance présente dans le jeu d’image, contrairement aux méthodes classiques basées sur deux étapes consécutives et indépendantes. J’ai appliqué les outils d’analyse d’image pour étudier le rôle de l’agrégation des protéines mal repliées pour les cellules. Nous avons pu mettre en évidence, entre autre, que 40% de la diminution du taux de croissance observée précédemment est causé par la présence des agrégats. Ce travail a permis de mettre en place une nouvelle méthodologie d’analyse d’image améliorant la vitesse, la précision et la fiabilité des résultats d’une part et d’augmenter les connaissances sur la dynamique et sur les effets des agrégats naturellement présents sur le vieillissement bactérien d’autre part.


  • Résumé

    An increase in the probability of death and a decrease in the reproduction rate (both accounting for decrease of the fitness) are signatures of ageing in living organisms. Using a morphological criteria, allowed to demonstrate that Escherichia coli a symmetrically dividing micro-organism is subject to ageing. Ageing is studied by using time-lapse movie of growth of microcolonies emanating from a single cells. This result in a huge amount of images to analyse. The duration of semi- or non-automated analyses of those images brings a serious limit to the rate of data available for statistical and biological analysis. Hence, the processing of images had to be automated to speed up the process and make possible the studies of large data set. To address this key issue, I developed a new approach based on one main idea: considering segmentation and tracking at the same time, whereby the spatio-temporal segmentation uses the advantage of the large time redundancy of data, contrary to existing methods relying on successive spatial segmentation and tracking. Specifically, I applied the image analysis tools to address the role of protein aggregation in bacterial ageing. We were able to show, among other things, that protein aggregation is associated with the decrease of growth rate associated with ageing in E. Coli. In conclusion in this work I developed new image analysis methodologies that improved speed, accuracy and reliability of the results on one hand, and shed light on the dynamics and effects of natural aggregates in bacterial ageing on the other hand.

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  • Détails : 1 vol. (219 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 422 réf.

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