Conception de puces à ADN permettant d'observer la biodiversité bactérienne dans un échantillon environnemental

DNA chip design to observe bacterial biodiversity in an environmental sample

• Auteur / Autrice : Michaël Lamarre
• Direction : Richard Christen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Bio-informatique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Filtres à ADN

Biodiversité

Bactéries

Résumé

L'estimation de la biodiversité bactérienne est généralement effectuée par PCR, clonage et séquençage d'un grand nombre de séquences d'ADN ribosomique 16S (ADNr 16S). L'abondance de ces séquences dans les bases de données publiques permet désormais d'envisager la réalisation d'une puce à ADN qui rendrait de telles études beaucoup plus rapide. De plus, l'ADNr 16S étant constitué d'une succession de domaines dont les vitesses d'évolution sont très variables, de relativement élevée à presque nulle, il constitue un candidat idéal pour déterminer des rapporteurs permettant l'identification des bactéries à différents niveaux taxonomiques. De telles séquences constitueraient d'excellents rapporteurs, capables de détecter des bactéries jusqu'ici inconnues. Couplés à des rapporteurs spécifiques de chaque espèce connue, ceux-ci permettraient de réaliser une puce à ADN capable d'identifier une bactérie isolée mais aussi d'estimer la diversité bactérienne à des échelles supérieures à celle de l'espèce. Mon projet de thèse a consisté à vérifier la faisabilité d'une telle puce à ADN. Ce projet a nécessité la création d'EmblEx (Perl / HTML), un outil de collecte de séquences à partir des bases de données publiques, plus spécifique et plus précis que les outils disponibles jusqu'ici. Les séquences rapatriées ont alors été réparties en classes, sans alignement préalable. En effet, l'analyse des résultats de BLAST permet de créer une matrice de distances directement utilisable par un algorithme de partitionnement. Chaque classe a ensuite été mise en relation avec la taxonomie existante pour vérification. Des rapporteurs spécifiques à chaque classe peuvent alors être identifiés. Ainsi, un rapporteur permettra d'identifier un ordre donné alors qu'un autre identifiera une classe.

Estimating bacterial biodiversity is often carried out after PCR, cloning and sequencing of a large number of 16S ribosomal RNA gene sequences (16S rDNA). The large number of such sequences in the public databases makes it now possible to consider a DNA chip to study bacterial diversity. 16S rDNA which is composed of a succession of domains of relatively high to very low rates of divergence is an ideal candidate to design probes allowing bacterial identification at various taxonomic levels. Having species-specific and high level probes on a chip would make it possible to identify known species or to characterize an environment at the genus, family or phylum level. The work of this thesis consisted in checking the feasibility of such a DNA chip. This project required the creation of EmblEx (Perl/HTML), a tool for the retrieval of every sequence of interest from the public databases, in a more specific and more precise manner than using current tools. Sequences are then classified without alignment, a new method of analysing the results of a BLAST search makes it possible to directly compute a distance matrix then used by a partitioning algorithm. Each class is then compared to existing taxonomy. Probes specific to each class could be identified, providing genus- or class-specific probes.