Adaptation et spécialisation des bactéries environnementales à l'infection humaine : étude des genres Ochrobactrum et Agrobacterium

par Fabien Aujoulat

Thèse de doctorat en Microbiologie/Parasitologie - UM2

Sous la direction de Estelle Bilak et de Corinne Teyssier.

Soutenue le 16-01-2012

à Montpellier 1 , dans le cadre de Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015) , en partenariat avec Laboratoire de Bactériologie-Virologie et Contrôle Microbiologique (laboratoire) .

Le président du jury était Hélène Marchandin.

Le jury était composé de Estelle Bilak, Corinne Teyssier, Stephan Köhler.

Les rapporteurs étaient Christiane Forestier, Benoît Cournoyer.


  • Résumé

    Les bactéries pathogènes opportunistes (BPO) sont responsables d'une grande part de la pathologie infectieuse bactérienne. Les BPO d'origine environnementale doivent subir des changements profonds de mode de vie pour s'adapter et coloniser l'homme. Comprendre les conditions de cette adaptation permettra de préciser la notion d'opportunisme infectieux et le rôle des BPO environnementales dans l'émergence des pathogènes.Les genres Ochrobactrum et Agrobacterium regroupent des bactéries présentant une grande variété de modes de vie et établissant différentes relations avec la cellule eucaryote. Ces bactéries connues pour vivre dans l'environnement sont par ailleurs des pathogènes opportunistes de l'homme principalement responsables d'infections chez les individus immunodéprimés. Dans le cadre de ce travail nous avons entrepris une étude populationnelle par une approche de génétique multilocus sur des collections de souches cliniques et environnementales de différentes origines géographiques. Les structures de population obtenues ont été confrontées à divers caractères phénotypiques reliés à la virulence et/ou l'adaptation chez l'homme, la température de croissance, la formation de biofilm et la virulence vis-à-vis des modèles Caenorhabditis elegans et macrophages humains.Ochrobactrum anthropi et Ochrobactrum intermedium sont les deux principales espèces d'intérêt médical du genre Ochrobactrum. La population d'O. anthropi est de type épidémique qui s'organise en deux complexes clonaux (CCs). Si le CC1 regroupe à la fois des souches de diverses origines, le CC4 ne contient que des souches cliniques. Cette sous-population apparait associée à l'homme même si les caractères phénotypiques étudiés ne révèlent pas de différences entre ces deux sous populations. De la même façon, ces deux CCs ne se distinguent pas par leur comportement en modèle macrophage ou par leur diversité génomique. O. intermedium, tout comme O. anthropi, présente une forte diversité génétique toutefois, aucun regroupement des souches en fonction de leur origine n'est mis en évidence pour cette espèce. La diversité des souches cliniques apparait aussi importante que celle de l'ensemble de la population. Plusieurs arguments suggèrent une niche étroite pour cette espèce, notamment une faible diversité génomique. Par ailleurs, le faible nombre de souches environnementales associé à une meilleure croissance planctonique à 37°C qu'à 25°C et 30°C suggèrent que l'homme pourrait constituer cette niche. L'étude de la virulence d'O. intermedium en modèle macrophage ou C. elegans met en évidence différents comportements, pour autant ceux-ci ne semblent pas liés à la structure de population. Certaines souches sont capables de se multiplier dans le modèle macrophage.L'étude du genre Agrobacterium par une approche multilocus sur une collection représentative des différents modes de vie de ces bactéries met en évidence, tout comme pour O. anthropi, une sous population clinique qui regroupe près de 80% des souches de cette origine. D'autres arguments tels que la croissance à 42°C confirment que le génovar A7 peut correspondre à une sous-population associée à l'homme. Les données obtenues seront confrontées aux connaissances sur d'autres bactéries pathogènes opportunistes d'origine environnementale comme Pseudomonas aeruginosa, Stenotrophomonas maltophilia et les bactéries du complexe Burkholderia cepacia qui présentent également des sous populations associées à l'homme et/ou à certaines pathologies humaines. L'existence de ces sous populations suggère une spécialisation qui sera discutée dans le contexte de la spéciation des bactéries pathogènes afin de revisiter le concept d'opportunisme infectieux.

  • Titre traduit

    Adaptation and specialization of environmental bacteria to human infection : study of the genus Agrobacterium and Ochrobactrum


  • Résumé

    The opportunistic bacterial pathogens (OBP) cause the main part of bacterial infectious diseases. Environmental-borne OBP should encounter dramatic changes in lifestyle in order to colonize human beings. The conditions of this adaptation should precise concepts about OBP and emerging pathogens.The genera Ochrobactrum and Agrobacterium groups bacteria with versatile lifestyles that establish diverse relationships with the eukaryotic cells. These environmental-borne OBP caused diverse infectious diseases in immune-compromised patients. In this study, we undertook an approach of multilocus genetic on large population of environmental and clinical strains of Ochrobactrum and Agrobacterium. The population structures were compared to phenotypic traits related to adaptation and virulence in man, such as growth temperature, biofilm formation and virulence tested in Caenorhabditis elegans and human macrophages models.Ochrobactrum anthropi and Ochrobactrum intermedium are the two main Ochrobactrum species to be involved in human diseases. O. anthropi displays an epidemic population structure organized in two large clonal complexes (CCs). CC4 groups only human associated strains whereas CC1 contain environmental and clinical strains. Population genetics suggested that CC4 is a human-associated clone although phenotypic, genomic and virulence traits do not differ between CC1 and CC4 strains.As O. anthropi, O. intermedium displays a high genetic diversity without correlation between the genetic structure and the origin of strains. The level of genetic diversity among clinical strains appears as high as observed in the whole population. Several data such as a low level of genomic diversity suggested that O. intermedium is associated to a narrow ecological niche. The low number of environmental strains described for this species as well as an optimal growth at 37°C suggested that human beings could be the main niche for O. intermedium. Virulence in macrophage and C. elegans models showed diverse behaviour whereas some strains are able to survive and multiply in macrophages model.Multilocus genetics in a population of Agrobacterium spp. that displays diverse lifestyles, revealed a human associated population as observed for O. anthropi. The clinical genovar A7 groups 80% of the clinical strains included in the study, this strains growing at 42°C. Data obtained in this study will be confronted to the knowledge about other environmental-borne OBP such as Pseudomonas aeruginosa, Stenotrophomonas maltophilia and bacteria belonging to the species complex Burkholderia cepacia. All these bacteria displayed sub-populations associated to man or to a particular human disease. These sub-populations suggest a specialization process that will be described in the context of the speciation of bacterial pathogen in order to revisite the concept of « opportunisme infectieux ».


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