Analyse des bases génétiques et cellulaires, de l'interaction entre les espèces de Burkholderia de différentes niches écologiques, et les poissons zèbres.

par Johan Gigan

Projet de thèse en Biologie Santé

Sous la direction de Annette Vergunst.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé , en partenariat avec VBIC- Virulence Bactérienne et Infections Chroniques (laboratoire) et de Bacterial virulence and infectious disease (equipe de recherche) depuis le 01-10-2019 .


  • Résumé

    Le genre Burkholderia est composé de bactéries environnementales avec une extraordinaire capacité d'adaptation aux différentes niches et stress écologiques. De nombreuses espèces de ce genre sont bien connues pour leurs propriétés bénéfiques pour les plantes comme les rhizobactéries favorisant la croissance des plantes (PGPR) et leur grand potentiel en tant que bio stimulants et bio pesticides, tandis que d'autres membres du genre sont prometteurs pour la bioremédiation des sols contaminés. Cependant, l'utilisation de ces souches bénéfiques dans des applications biotechnologiques et agroécologiques est bloquée en raison de la présence d'agents pathogènes humains opportunistes dans le genre. Les bactéries du complexe Burkholderia cepacia (Bcc), qui contient actuellement 22 espèces, sont des agents pathogènes redoutables chez les patients atteints de mucoviscidose, où elles peuvent causer des infections pulmonaires chroniques à long terme souvent associées à des exacerbations aiguës qui peuvent rapidement devenir mortelles. De plus, ces bactéries peuvent causer des infections mortelles chez les patients immunodéficients et ont été trouvées comme sources de contamination dans des applications médicales par exemple. Ce projet de thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet ANR (BURKADAPT) avec 3 Instituts partenaires, coordonné par l'IRD, dont l'objectif majeur est d'explorer les frontières entre les différents états écologiques de Burkholderia et de découvrir les bases génétiques qui peuvent sous-tendre les différences ou communalités entre le mutualisme (symbiotes végétaux ou insectes) et la pathogénicité chez différents hôtes. Ce projet vise à déterminer s'il est possible de déterminer, pour un Burkholderia donné, s'il est possible d'isoler son danger potentiel pour la santé humaine et animale. Dans un premier objectif, ce projet de thèse se concentrera sur l'analyse d'un panel de souches sélectionnées de Burkholderia, isolées à partir de plants de riz, de boyaux d'insectes et d'infections humaines, pour évaluer leur capacité à provoquer la virulence chez les embryons de poissons zèbres et les lignées cellulaires de macrophages humains. Un score de virulence, basé sur la survie de l'hôte, l'indice de multiplication bactérienne et la capacité de survie intracellulaire (analyse en temps réel), sera attribué à chaque souche. Les souches seront classées : celles qui peuvent causer une infection aiguë, une infection non inflammatoire persistante ou qui sont a-virulentes et éliminées par le système immunitaire de l'hôte. Dans le but d'identifier les gènes bactériens qui sont régulés de façon différentielle et qui procurent des avantages sur le plan de la condition physique au cours de leur interaction avec l'hôte, nous effectuerons des tests transcriptomiques (ARN-seq) et génétiques (Tn-Seq) à haut débit, respectivement, sur certaines souches Burkholderia pendant les infections fr poisson zébre. Le laboratoire possède une vaste expérience de l'analyse TnSeq et RNAseq de l'hôte, et les résultats devraient fournir un ensemble de gènes bactériens présumés liés à une infection. Ces résultats seront comparés aux résultats obtenus par les laboratoires partenaires qui étudient les interactions plantes (symbiotiques/pathogènes) et insectes avec le même panel de souches afin de déterminer les mécanismes d'interaction hôte- hôte communs ou différents. En utilisant une souche de B. cenocepacia modèle connue pour causer une infection aiguë mortelle chez les larves de poissons zèbres, le deuxième objectif répond à l'hypothèse actuelle établie en laboratoire que le composé bactérien AFC, un lipopeptide à activité antifongique et produit dans différentes conditions/signaux entre différentes espèces Burkholderia, est responsable de l'induction de la signalisation pro-inflammatoire et de l'autophagie. Notre constatation récente que l'absence d'afc élimine complètement la capacité de B. cenocepacia à causer une infection aiguë est extraordinaire (Gomes et al Plos Pathogens 2018), et montre qu'une propriété antifongique bénéfique peut être un facteur de virulence important pendant l'infection chez les vertébrés. Il est important de savoir comment l'AFC provoque une transition persistante à aiguë pour orienter la mise au point de nouveaux traitements antimicrobiens afin d'éviter une infection pro-inflammatoire excessive et mortelle. Ce projet contribuera à une meilleure connaissance des facteurs de risque potentiels pour la santé humaine au sein du genre Burkholderia, et contribuera à la connaissance du rôle du lipopeptide AFC dans la virulence aiguë. Traduit avec www.DeepL.com/Translator

  • Titre traduit

    Analysis of the genetic and cellular basis, of the interaction between Burkholderia species from different ecological niches, and zebrafish.


  • Résumé

    The genus Burkholderia is composed of environmental bacteria with an extraordinary ability to adapt to different ecological niches and stresses. Many species of this genus are well-known for their plant beneficial properties as Plant-Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR) and their large potential as biostimulants and biopesticides, while other members of the genus are promising for bioremediation of polluted soils. However, utilization of theses beneficial strains in biotechnological and agro-ecological applications is blocked due to the presence of opportunistic human pathogens in the genus. Especially bacteria of the Burkholderia cepacia complex (Bcc), currently containing 22 species, are feared pathogens of cystic fibrosis patients, where these bacteria can cause long term chronic lung infections often associated with acute exacerbations that can rapidly become fatal. In addition, these bacteria can cause fatal infections in immune compromised patients, and have been found as contaminating sources in for instance medical applications. This thesis project is part of an ANR project (BURKADAPT) with 3 partner Institutes, coordinated by the IRD, with as major aim to explore the boundaries between the different ecological states of Burkholderia and uncover the genetic bases that may underlie the differences or communalities between mutualism (plant or insect symbionts) and pathogenicity in different hosts. This project further explores whether it is feasible to determine for any given Burkholderia isolate its potential hazard for human and animal health. In a first objective, this thesis project will focus on the analysis of a panel of selected Burkholderia strains, isolated from rice plants, insect guts and human infections, to evaluate their capacity to cause virulence in zebrafish embryos and human macrophage cell lines. A virulence score, based on host survival, bacterial multiplication index, and ability to survive intracellularly (real time analysis), will be given to each strain. Strains will be classified in those that can cause acute infection, persistent non-inflammatory infection or that are a-virulent and cleared by the host's immune system. With the aim to identify bacterial genes that are differentially regulated and provide fitness benefit during their interaction with the host, we will perform high-throughput transcriptomics (RNA-seq) and genetic screens (Tn-Seq), respectively, on selected Burkholderia strains during zebrafish infections. The laboratory has ample experience with TnSeq and RNAseq analysis of the host, and results are expected to deliver a set of putative infection-related bacterial genes. These results will be compared to results obtained from the partner laboratories studying plant (symbiotic/pathogenic) and insect interactions with the same panel of strains to determine common/different host-interaction mechanisms. Using a model B. cenocepacia strain known for causing acute fatal infection in zebrafish larvae, the second objective addresses the current hypothesis established in the laboratory that the bacterial compound AFC, a lipopeptide with antifungal activity and produced under different conditions/signaling between different Burkholderia species, is responsible for induction of pro-inflammatory signaling and induction of autophagy. Our recent finding that the absence of afc completely removes the ability of B. cenocepacia to cause acute infection is extraordinary (Gomes et al Plos Pathogens 2018), and shows that a beneficial antifungal property can be an important virulence factor during infection in vertebrates. Knowing how AFC causes persistent to acute transition is important to give direction to development of new antimicrobial therapies to avoid excessive pro-inflammatory and fatal infection. This project will contribute to a better knowledge of potential risk factors for human health within the Burkholderia genus, and contribute to knowledge about the role of the AFC lipopeptide in acute virulence.