Implication des intégrons dans l’adaptation des communautés bactériennes

par Justine,Marie Abella

Thèse de doctorat en Physiologie et biologie des organismes-populations-interactions Microbiologie

Sous la direction de Christine Cagnon.


  • Résumé

    Les intégrons sont des éléments génétiques bactériens. Découverts récemment dans le contexte clinique, ils sont présents dans le génome d’un certain nombre de bactéries provenant d’environnements très variés. Ils sont composés d’un gène codant une intégrase et d’une succession de cassettes de gènes. L’activité de l’intégrase permet l’acquisition, la perte ou le réarrangement des cassettes. Par ailleurs un promoteur permet l’expression des cadres de lecture contenus dans les cassettes de gène. Ainsi les intégrons sont à la fois des réservoirs de gènes et des systèmes d'expression de ces gènes. Dans le contexte clinique, ils sont connus pour être impliqués dans l'adaptation des bactéries pathogènes. Ils sont en effet capables d'acquérir et de diffuser des gènes conférant un avantage sélectif face à la pression exercée par l’usage des antibiotiques et des biocides, et par ailleurs d’être mobilisés afin d’être transférés horizontalement. Quelques études ont porté sur les intégrons en dehors des environnements cliniques. Elles ont permis de caractériser de nombreuses cassettes de gènes, sans toutefois en atteindre toute la diversité, à partir de bactéries ou de communautés bactériennes issues d’environnements soumis à différents niveaux de contaminations. Cependant, la diversité de l'intégrase a été peu étudiée, car le plus souvent les études se sont limitées aux séquences d’intégrons cliniques. Ainsi, les intégrons environnementaux sont encore mal connus et mal caractérisés. Les objectifs de ma thèse étaient de caractériser la diversité des intégrons environnementaux, avec un focus particulier sur les intégrases, à partir d’environnements soumis à des contaminations chimiques variables, dans le but d’évaluer le rôle possible des intégrons dans l'adaptation des bactéries face à des perturbations environnementales. Au cours de ces travaux, environ 800 séquences d’intégrases différentes, pour la plupart encore inconnues, ont été obtenues à partir de différents sédiments d’eau douce et côtiers. Des études in situ et en microcosmes, d’environnements d’eau douce ou de milieux côtiers, et avec différents types et niveaux de polluants, ont permis de mettre en évidence un impact des contaminations du milieu sur la diversité des intégrons, sur l’intégrase comme sur les cassettes de gène, de manière indépendante à la structure de la communauté bactérienne. Enfin, lors de cette thèse a été réalisée la caractérisation d’un intégron potentiellement adaptatif face à une pollution pétrolière, porteur de la séquence intIOPS mise en évidence et nommée par Lionel Huang lors de sa thèse. Finalement, les résultats obtenus lors de cette thèse ont apporté de nouveaux éléments qui viennent soutenir notre hypothèse principale que les intégrons environnementaux seraient impliqués dans l’adaptation des communautés bactériennes en réponse à la présence de contaminants dans les milieux non cliniques.

  • Titre traduit

    Integron implication into bacterial community adaptation


  • Résumé

    Integrons are bacterial genetic elements. Recently discovered in the clinical context, they are present in the genome of a number of bacteria from a variety of environments. They are composed of a gene encoding an integrase and a succession of gene cassettes. The activity of integrase allows the acquisition, loss or rearrangement of cassettes. Furthermore, a promoter allows expression reading frames contained in the gene cassettes. Thus, integrons are both reservoirs of genes and these gene expression systems. In the clinical context, they are known to be involved in the adaptation of pathogenic bacteria. They are able to acquire and disseminate genes conferring a selective advantage over the pressure exerted by the use of antibiotics and biocides, and also being mobilized to be transferred horizontally. Some studies have focused on integrons outside of clinical environments. They have characterized many gene cassettes, without however reaching the diversity, from bacteria or bacterial communities coming from environments with different levels of contamination. However, the diversity of integrase has been little studied, because the majority of studies are limited to clinical integron sequences. Thus, environmental integrons are still poorly characterized and their diversity are little understood. The objectives of my thesis were to characterize the diversity of environmental integrate with a particular focus on integrase, from environments with varying chemical contamination, to evaluate the possible role of integrating in adapting bacteria face environmental disturbances. In this work, approximately 800 different integrase sequences, mostly unknown, were obtained from various freshwater and coastal water sediments. Field studies and microcosms of freshwater or coastal environments, with different types and levels of pollutants allowed to demonstrate an impact of environmental contaminations on the integron diversity, whether on the integrase or the gene cassettes, independently to the bacterial community structure. Finally, in this thesis the characterization of a potentially adaptive integron facing an oil pollution were performed. This integron carrying the intIOPS sequence highlighted and named by Lionel Huang during his thesis. Finally, the results obtained in this thesis provide further elements which support our main hypothesis that environmental integrons would be involved in the adaptation of bacterial communities in response to the presence of contaminants in non- clinical settings.


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