Human RNA bait library depletion for human (viral) pathogen discovery using shotgun metagenomic sequencing

par Maxime Gaudin

Thèse de doctorat en Pathologie humaine. Maladies infectieuses

Sous la direction de Christelle Desnues.

Soutenue le 23-11-2018

à Aix-Marseille , dans le cadre de Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille) , en partenariat avec Mephi (Marseille) (laboratoire) .

Le président du jury était Philippe Colson.

Le jury était composé de Philippe Colson.

Les rapporteurs étaient Philippe Roumagnac, Bruno Pozzetto.

  • Titre traduit

    Déplétion de la contamination de l'hôte utilisant la technique de capture par hybridation sur sondes spécifiques pour l'identification de pathogènes humains par métagénomique en séquençage direct


  • Résumé

    La métagénomique virale est une approche prometteuse pour la détection et l’identification sans a priori de potentiels nouveaux pathogènes.Cependant, son utilisation reste encore marginale en raison de l’importante contamination des viromes par les séquences nucléiques de l’hôte.L'objectif de cette thèse était d’améliorer l’approche de métagénomique pour le diagnostic clinique de maladies infectieuses virales en augmentant le ratio de séquences pathogène/hôte par déplétion des acides nucléiques humains.Le premier chapitre consiste en une synthèse bibliographique des approches de métagénomique virale en recherche clinique et des challenges à relever dans ce domaine. Elle inclut également une revue sur les approches de capture/séquençage ciblées de certains pathogènes dans le domaine des maladies infectieuses humaines.Le deuxième chapitre propose une mise au point méthodologique permettant d’enrichir les métagénomes en séquences non-humaines basée sur l’hybridation et la capture de l’ensemble des acides nucléiques de l’hôte après hybridation avec des sondes ARN humaines biotinylées.Le troisième chapitre est divisé en deux sous-chapitres qui proposent l’application de ce protocole à la détection d’agents potentiellement impliqués (1) dans un cas fatal d’encéphalite et (2) dans un cas énigmatique d’endocardite infectieuse à hémoculture négative.Dans un quatrième chapitre, l’approche méthodologique que nous avons développée est discutée et les résultats sont replacés dans un contexte élargi d’émergence des maladies infectieuses et de lien de causalité entre l’agent détecté et la pathologie observée.


  • Résumé

    Viral metagenomics, which is based on the random shotgun sequencing of all viral genomes present in a sample, is a promising approach for blind detection and identification of potential new pathogens. Its use is however still marginal because of the large proportion of human nucleic sequences. In this context, this thesis work aims at improving the metagenomic approach for the clinical diagnosis of viral infectious diseases by increasing the ratio of pathogen-to-host sequences trough depletion of human nucleic acids from the samples. The first chapter of this thesis consists in a bibliographic synthesis of viral metagenomic approaches in clinical research and the challenges we faced in this field. This bibliographic overview also includes a review article on targeted-enrichment sequencing approaches for pathogen detection in the field of human infectious diseases. The second chapter proposes a methodological development allowing the enrichment of non-human sequences from metagenomes through hybridization and capture of human nucleic acids with biotinylated human RNA probes. The third chapter is divided into two sub-chapters that propose the application of this protocol to the detection of putative pathogens in (1) a fatal case of encephalitis and (2) an enigmatic case of blood-culture negative infectious endocarditis. The methodological approach developed during this work is finally discussed in a fourth chapter, which also replaces the results obtained in the broader context of emerging infectious diseases and validation of the causal link between the agent detected and the observed pathology.


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