Mode d’évolution et taxonomie au sein du genre Aeromonas : que nous apprend l'étude de la diversité génétique et génomique ?

Mode of evolution and taxonomy within the genus Aeromonas : What do we know the genetic and genomic diversity ?

• Auteur / Autrice : Frédéric Roger
• Direction : Brigitte Lamy, Hélène Marchandin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : MP - Microbiologie/Parasitologie - UM2
• Date : Soutenance le 04/07/2012
• Etablissement(s) : Montpellier 1
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ecosystèmes lagunaires (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Brigitte Lamy, Hélène Marchandin, Angeli Kodjo, Estelle Bilak
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Robert Duran, Fabienne Petit

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bactéries

Sciences naturelles -- Classification

Génomique comparative

Génome bactérien

Bactéries à Gram négatif

Aéromonas

Mots clés libres

Aeromonas

Taxonomie

Mode d'évolution

Diversité génétique

Diversité génomique

ADNr 16S

Aeromonas

Taxonomy

Evolution mode

Genetic diversity

Genomic diversity

ADNr 16S

Résumé

L'étude des bactéries pathogènes opportunistes d'origine environnementale ayant des modes de vie variés, libre et autonome ou contraint à une niche spécifique représentée par l'hôte, présente un intérêt dans la compréhension de l'adaptation des bactéries à leurs hôtes et de l'apparition de nouveaux pathogènes. Le genre Aeromonas regroupe des bactéries communes des milieux aquatiques, principalement des eaux douces. Elles sont capables d'entretenir différents types de relations avec leurs hôtes (parasitisme/symbiose) et peuvent être hébergées par un large spectre d'organismes. Chez l'homme, elles sont la cause d'une large variété d'infections (gastroentérite, bactériémie, infection de la peau et des tissus mous, etc.) mais les difficultés d'identification des souches et une taxonomie confuse engendrent une méconnaissance de la pathogénicité réelle des différentes espèces décrites.Le but de ce travail était d'étudier les mécanismes d'évolution génomique et génétique à l'origine de la remarquable capacité d'adaptation des Aeromonas à leurs hôtes, notamment à l'homme. Une analyse comparative de la diversité génétique et génomique d'une large collection de 195 souches représentative des différentes espèces du genre et d'origines variées (humaine, animale et environnementale) a été menée. La diversité génétique a été appréhendée au moyen d'une approche multilocus incluant l'étude des séquences de 7 gènes de ménage (dnaK, gltA, gyrB, radA, rpoB, tsf, zipA). En parallèle, nous avons étudié la variabilité des copies multiples du gène rrs en explorant leur diversité génétique par une méthode d'électrophorèse en condition dénaturante (PCR-TTGE) et la variabilité du nombre et de la répartition des opérons rrn dans le chromosome de ces bactéries par électrophorèse en champ pulsé.Ces différentes approches nous ont permis de mettre en évidence : i) une diversité très élevée des 7 gènes de ménage analysés ainsi que l'existence de transferts latéraux, ii) l'existence de sous-groupes de souches adaptées à un hôte ou à une localisation anatomique particulière, iii) un nombre important d'opérons rrn (8 à 11), iv) l'existence de profils de distribution chromosomique des opérons rrn spécifique d'espèce ou de groupes d'espèces proches, v) une forte proportion (41,5%) des souches présentant une hétérogénéité de séquences des différentes copies du gène rrs. Nos résultats montrent également la valeur taxonomique de l'étude de la diversité génétique et génomique à l'aide des approches proposées au sein du genre Aeromonas.Nous montrons que : i) l'ARN ribosomique 16S est un marqueur informatif pour étudier les modes d'évolution et conduire des études de taxonomie mixte et consensuelle dans le genre Aeromonas à condition d'étudier la diversité de ses multiples copies, ii) A. caviae présente des caractéristiques génétiques particulières témoignant d'un processus d'adaptation en cours à une niche écologique que nous supposons être l'intestin humain. Nos résultats supportent également un mode d'évolution des bactéries du genre Aeromonas dit en complexes d'espèces accompagné de phénomènes de spéciation pouvant en partie expliquer les difficultés rencontrées pour établir une taxonomie claire du genre Aeromonas.

Abstract :Studying opportunistic pathogenic bacteria with an environmental origin and a wide variety of lifestyles, either free-living or host-adapted, is useful to improve the understanding of bacterial adaptation to hosts and the emergence of novel pathogens. The genus Aeromonas groups water-living bacteria, mainly in freshwater. They are able to support several types of relations with their hosts (parasitism/ symbiosis) and are harbored by a large spectrum of hosts. In human, they are involved in a wide range of infections (gastroenteritis, bacteraemia, wound and soft tissue infection, etc.) but difficulties in identifying strains and a confused taxonomy results in incomplete knowledge of the real strain pathogenicity of each described species.The aim of this work was to study the mechanisms of genomic and genetic evolution related to the outstanding ability of Aeromonas adaptation to host, including human. We led a comparative analysis of the genetic and genomic diversity on a large strain collection (195 strains) representative of the species of the genus and from various sources (human, animal, environmental). We studied the genetic diversity using a 7 housekeeping gene multilocus strain analysis (dnaK, gltA, gyrB, radA, rpoB, tsf, zipA). We also described the variability in the i) rrs multiple gene copies using a PRC-TTGE method and ii) the number and distribution of the rrn operons within the chromosome using a pulse field gel electrophoresis. Our results also showed the taxonomic value of the study of genetic and genomic diversity using the approaches proposed in the genus Aeromonas.These various approaches enabled us to highlight: i) a high genetic diversity in the housekeeping genes together with horizontal gene transfers events, ii) some clusters that were either host-adapted or adapted to particular anatomical locations, iii) a high number of rrn operons (from 8 to 11), iv) the presence of patterns of rrn operon that were either species-specific or specific to groups of closely related species, v) a high frequency (41,5%) of strains harboring sequence heterogeneities between rrs copies. We showed that: i) 16 rRNA is a valuable marker for studying the modes of evolution of aeromonads and the taxonomy within the genus Aeromonas provided that multiple copy diversity is taken into account, ii) A. caviae displays particular genetic characteristic that suggested an ongoing process of adaptation to a niche that we supposed to be human digestive tract. Our results also support an evolution mode in complex of species with some speciation process that could at least in part explain difficulties for determining a clarified taxonomy within the genus Aeromonas.