Microbiote ancien versus microbiote contemporain : analyses culturomics, métagénomique et comparaisons génomiques

Ancient microbiota versus contemporary microbiota : culturomics, metagenomics analyzes and genomic comparisons

• Auteur / Autrice : Pamela Afouda
• Direction : Didier Raoult
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 21/11/2019
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Mephi (Marseille) - Méditerranée Infection
• Jury : Président / Présidente : Valérie Moal
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valérie Moal, Ziad Daoud, Max Maurin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ziad Daoud, Max Maurin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transplantation de microbiote fécal

Génome

Microbiote

Microflore

Mots clés libres

Microbiote ancien

Microbiote contemporain

Culturomics

Résistances aux antibiotiques

Génomes

Nouvelles espèces

Bactériothérapie

Ancient microbiota

Contemporary microbiota

Culturomics

Antibiotics' resistance

Genomes

New species

Bacteriotherapy

Résumé

L’exploration du microbiote humain a connu un tournant ces dernières années avec l’apport significatif de l'approche « microbial culturomics », qui a permis d’augmenter de façon considérable le répertoire de microbes humain cultivables. Mais cette approche n’a jamais été appliquée à l’étude d’écosystèmes anciens. Dans cette thèse, nous avons associé culturomics et métagénomique pour explorer la composition bactérienne d’un échantillon environnemental ancien vieux de 2,7 millions d’années : le permafrost sibérien. Nous avons identifié 28 espèces bactériennes que nous avons séquencées puis comparer à leurs homologues contemporaines en analysant leurs profils de résistances et en étudiant leurs évolutions génomiques principalement par détermination de la composition en SNPs dans les génomes. Les souches du permafrost hébergeaient de 2-51 gènes de résistances appartenant à 20 classes d’antibiotiques différentes et étaient phénotypiquement résistantes à 2-8 classes d’antibiotiques différentes. L’étude génomique montre que la contenance génomique des souches contemporaines et anciennes étaient similaires mettant ainsi en évidence une évolution moléculaire réduite pendant 2,7 millions d’années.Dans un second travail, nous avons évalué l’impact de « la désinfection à l’éthanol » sur la composition du microbiote intestinal pouvant servir de bactériothérapie. L’application de 22 conditions de culture sur 11 selles de donneurs de greffes fécales désinfectées à l’éthanol a identifié 254 espèces bactériennes majoritairement anaérobies. Parmi elles, 242 n’avaient jamais été signalées en essais de bactériothérapie et représentent des candidats potentiels pour des études futures.

The exploration of the human microbiota has been a turning point in recent years with the significant contribution of the « microbial culturomics » a high throughput culture technique that has significantly increased the repertoire of cultivable human microbes. But this approach has never been applied to the study of ancient ecosystems. To start, we have combined culturomics approach with metagenomics to explore the bacterial composition of an ancient environmental sample dated to 2.7 million years old: Siberian permafrost. We identified 28 bacterial species that we have sequenced and then compared to their contemporary counterparts by analyzing their resistance patterns and studying their genomic evolution mainly by determining the single nucleotide polymorphism (SNPs) composition in the genomes. We found that permafrost strains harbored two to fifty-one antibiotic resistance genes belonging to twenty different antibiotic class and were phenotypically resistant to 2-8 different antibiotic class. Genomics studies show that contemporary genomes and ancient strains were quite similar, thus revealing a reduced molecular evolution for 2.7 million years.Secondly, we evaluated the impact of "ethanol disinfection" on the intestinal microbiota's composition that can be used as bacteriotherapy, particularly to treat Clostridium difficile infections. The application of twenty-two culture conditions on 11 stools of faecal graft donors previously disinfected with ethanol allowed the isolation of 254 predominantly anaerobic bacterial species. Among these, 242 had never been reported in bacteriotherapy trials and represent potential candidates for future studies.