Etude de l'émergence de la diversité d'Escherichia coli in vivo par séquençage de génomes complets

Study of the emergence of the diversity of Escherichia coli in vivo by whole genome sequencing

• Auteur / Autrice : Adrien Launay
• Direction : Olivier Tenaillon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Complexité du Vivant
• Date : Soutenance le 27/10/2016
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Infection, anti-microbien, modélisation, évolution (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Glaser
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Achaz, Luce Landraud, Colin Tinsley
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Agnès Jacques, Sandra Da Re

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génomique

Mutation (biologie)

Escherichia coli

Mots clés libres

Escherichia coli

Évolution expérimentale

Modèle souris de colonisation de l'intestin

Infection aiguë

Souches mutatrices

Séquençage de génomes complets

Escherichia coli

Whole genome sequencing

Acute infections

Résumé

Escherichia coli est une espèce commensale du tube digestif, mais elle peut aussi se révéler être un dangereux pathogène intra ou extra intestinal. Un même clone pouvant passer d'un état commensal à pathogène, la compréhension des mécanismes impliqués dans la diversification d'E. coli dans ces deux habitats représente un enjeu majeur de santé publique. Des expériences d'évolution expérimentale utilisant E. coli ont permis de révéler différentes facettes de l'adaptation bactérienne. Cependant, ces expériences de laboratoire utilisant des conditions artificielles, on peut s'interroger sur la pertinence des observations qui en découlent en milieu naturel et plus globalement s’interroger sur la part de la sélection naturelle dans la diversification de E. coli dans la nature. Pour répondre à ces questions, j'ai analysé les profils génomiques de diversification de E. coli au cours (1) d’une adaptation au tube digestif de souris ou (2) dans des infections extra-intestinales. Dans les deux cas, j’ai pu montrer une importante convergence au niveau du gène : un même gène étant muté plusieurs fois indépendamment, un signe que l’adaptation est active. Dans les infections aigues, des mutations touchant des régulateurs globaux ont été retrouvées, alors que dans le tube digestif les cibles de l’adaptation semblaient plus spécifiques. Enfin, les échantillons issus des infections incluant des souches a fort taux de mutation dites mutatrices, j'ai pu documenter pour la première fois la génomique de l'émergence de bactéries mutatrices en milieu naturel.En conclusion, mes travaux montrent que l’adaptation joue un rôle important dans la diversification de E. coli en milieu naturel et que ce processus s’apparente à celui observé dans des milieux artificiels de laboratoire. L’adaptation semble néanmoins plus active en conditions d’infections aigues que dans le tube digestif de souris.

Escherichia coli is a commensal species living in the digestive tract of vertebrates, but can also be a harmful pathogen involved in both intra and extraintestinal diseases. As clones can behave both as commensals and pathogens, the comprehension of the mechanisms involved in the diversification of E. coli in those two habitats represents a major public health concern. In vitro experimental evolution studies using E. coli have unraveled the different faces of bacterial adaptation. However, as those experiments used artificial conditions, the relevance of these observations and more generally the contribution of adaptation to the diversification of E. coli in the wild remain questionable. To answer these questions, I analyzed the genomic profiles of diversification of E. coli during (1) adaptation to the mice digestive tract or (2) during acute extraintestinal infections. In both cases, I found a strong convergence at the gene level, i.e. observation of several impendent mutations in the same gene, suggesting a dynamic adaptation. In acute infections, mutations in global regulators were recovered, while more specific genes were recruited in the mice gut. Finally, the existence of clones with high mutation rate in the infections, allowed me to document for the first time the genomics of mutator emergence in the wild. In conclusion, my work shows that adaptation is playing an important role in the diversification of E. coli, and that this process is fairly similar to the one observed in the laboratory. Nevertheless, adaptation seems more active during infections than in the mice gut.