Génomique comparative de faecalibacterium spp.

Comparative Genomics of Faecalibacterium spp.

• Auteur / Autrice : Leandro Benevides
• Direction : Philippe Langella, Vasco Azevedo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 24/05/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE) en cotutelle avec Universidade Federal de Minas Gerais
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Microbiologie de l'Alimentation au Service de la Santé humaine (Jouy-en-Josas)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marc Chatel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Langella, Vasco Azevedo, Gabriel Fernandes, Gwenaël Jan, Siomar Soares, Aristoteles Neto
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gabriel Fernandes, Gwenaël Jan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Probiotiques

Diversité des espèces

Phylogénie moléculaire

Mots clés libres

Faecalibacterium

Analyse phylogénomique

Nouvelles espèces

Probiotiques

Faecalibacterium

Phylogenomic

New species

Probiotics

Safety aspect

Résumé

Dans le côlon humain, le genre Faecalibacterium est le membre principal du groupe Clostridium leptum et comprend le deuxième genre représentatif le plus commun dans les échantillons fécaux, après Clostridium coccoides. Il a été reconnu comme une bactérie importante favorisant la santé intestinale et est aujourd'hui considéré comme un probiotique de prochaine génération. Jusqu'à récemment, on croyait qu'il n'y avait qu'une seule espèce dans ce genre, mais depuis 2012, certaines études ont commencé à suggérer l'existence de deux phylogroupes dans le genre. Cette nouvelle proposition de reclassification dans ce genre augmente l'importance de nouvelles études, toutes souches confondues, pour mieux comprendre la diversité, les interactions avec l'hôte et les aspects sécuritaires dans son utilisation comme probiotique. Brièvement, dans ce travail, nous introduisons les analyses de génomique comparative au genre Faecalibacterium en effectuant une étude phylogénétique profonde et en évaluant les aspects de sécurité pour son utilisation comme probiotique. Les analyses phylogénétiques comprenaient non seulement l'utilisation classique du gène de l'ARNr 16S, mais aussi l'utilisation de 17 génomes et techniques complets comme le typage de séquence multi-locus (wgMLST), l'identité nucléotidique moyenne (ANI), le synténie génique et le pangénome. C'est aussi le premier travail à combiner une analyse du développement du pangénome avec l'analyse ANI afin de corroborer l'attribution de souches à de nouvelles espèces. Les analyses phylogénétiques ont confirmé l'existence de plus d'une espèce dans le genre Faecalibacterium. De plus, l'évaluation de la sécurité impliquait (1) la prédiction des régions acquises horizontalement (îlots de résistance aux antibiotiques, îlots métaboliques et régions phagiques), (2) la prédiction des voies métaboliques, (3) la recherche de gènes liés à la résistance aux antibiotiques et des bactériocines. Ces analyses ont identifié des îlots génomiques dans tous les génomes, mais aucun d'entre eux n'est exclusif à une souche ou à une génospécie. En outre, ont été identifiés 8 gènes liés aux mécanismes de résistance aux antibiotiques répartis entre les génomes. 126 voies métaboliques ont été prédites et parmi certaines ont été mises en évidence: la dégradation du bisphénol A, le métabolisme du butanoate et la biosynthèse de la streptomycine. En outre, nous avons étudié le contexte génomique d'une protéine (molécule anti-inflammatoire microbienne - MAM) décrite pour la première fois par notre groupe. Cette recherche montre que la MAM apparaît proche des gènes liés au processus de sporulation et, dans certaines souches, proche d'un transporteur ABC.

Within the human colon, the genus Faecalibacterium is the main member of the Clostridium leptum cluster and comprises the second-most common representative genus in fecal samples, after Clostridium coccoides. It has been recognized as an important bacterium promoting the intestinal health and today is considered as a potential next generation probiotic. Until recently, it was believed that there was only one species in this genus, but since 2012, some studies have begun to suggest the existence of two phylogroups into the genus. This new proposition of reclassification into this genus increases the importance of new studies, with all strains, to better understand the diversity, the interactions with the host and the safety aspects in its use as probiotic. Briefly, in this work we introduce the comparative genomics analyzes to the genus Faecalibacterium performing a deep phylogenetic study and evaluating the safety aspects for its use as a probiotic. The phylogenetic analyzes included not only the classical use of 16S rRNA gene, but also the utilization of 17 complete genomes and techniques like whole genome Multi-Locus Sequence Typing (wgMLST), Average Nucleotide Identity (ANI), gene synteny, and pangenome. Also, this is the first work to combine an analysis of pangenome development with ANI analysis in order to corroborate the assignment of strains to new species. The phylogenetic analyzes confirmed the existence of more than one species into the genus Faecalibacterium. Moreover, the safety assessment involved the (1) prediction of horizontally acquired regions (Antibiotic resistance islands, Metabolic islands and phage regions), (2) prediction of metabolic pathways, (3) search of genes related to antibiotic resistance and (4) search of bacteriocins. These analyzes identified genomic islands in all genomes, but none of than are exclusive to one strain or genospecies. Also, were identified 8 genes related to antibiotic resistance mechanisms distributed among the genomes. 126 metabolic pathways were predicted and among than some were highlighted: Bisphenol A degradation, Butanoate metabolism and Streptomycin biosynthesis. In addition, we studied the genomic context of one protein (Microbial Anti-inflammatory Molecule - MAM) first described by our group. This investigation shows that MAM appears close to genes related to sporulation process and, in some strains, close to an ABC-transporter.