Projet ANR-12-ADAP-0018 – PathoBactEvol : Evolution du pouvoir pathogène d'une bactérie opportuniste sporulante dans l'environnement
Programme : Adaptation - des gènes aux populations.Génétique et biologie de l'adaptation aux stress et aux perturbations (BIOADAPT)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Vincent SANCHIS (INRA, UMR1319 MICALIS, Equipe Génétique Microbienne et Environnement)
Partenaires : Microbiologie de l'Alimentation au Service de la Santé Humaine; Microbiologie de l'Alimentation au Service de la Santé Humaine; Microbiologie de l'Alimentation au Service de la Santé Humaine; Mathématique, Informatique et Génome; Sécurité et Qualité des Produits d'Origine Végétale; Évolution et Diversité Biologique
Montant : 485507.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 36 mois
Résumé : Comprendre les mécanismes d'évolution des bactéries dans l'environnement.L’interaction d'une bactérie opportuniste de l'environnement avec l'un de ses hôtes naturels est génératrice de biodiversité. Le projet PathoBactEvol vise à identifier les mécanismes moléculaires à l’origine de cette évolution et si cela peut conduire à l’émergence de nouveaux pathogènes humains.
Adaptation et évolution de Bacillus cereus dans l'hôte et à basse températureUn certain nombre d'études récentes semblent indiquer que, dans la nature, la colonisation d'invertébrés par des bactéries de l'environnement, pourrait accélérer l'émergence de nouveaux pathogènes de mammifère. Cependant, les mécanismes moléculaires d'une telle adaptation ne sont pas connus. En utilisant B. cereus nous examinerons si le passage de la bactérie dans un tube digestif d'un insecte hôte (G. mellonella) peut  conduire à l'apparition de nouveaux pathotypes dans ce groupe bactérien. L’objectif de ce projet est d’identifier les facteurs importants influant sur l'évolution de B. cereus pendant l'interaction avec des larves d'insecte et de comprendre les mécanismes utilisés.  Nous voulons  également estimer la vitesse avec laquelle des variants hautement pathogènes peuvent émerger et dans quelle mesure certains paramètres  environnementaux (tel que la température) peuvent influer sur leur rapidité d'apparition et ceci afin de permettre une estimation du risque.
Un projet combinant évolution expérimentale in vivo et séquençage à haut débit.Notre approche consistera à établir un modèle d'évolution expérimentale hôte-pathogène pour étudier, dans les conditions de laboratoire, la capacité d’adaptation de ces bactéries, et dans lequel les changements génétiques apparus au contact de l’hôte peuvent être suivis. Le protocole d'évolution expérimentale consistera en série de passages de la bactérie dans l'hôte, via de la nourriture contaminée, et où les souches les plus adaptées seront isolés à partir des cadavres d'insectes. Les mutations ou divergences génétiques apparues  au cours des différents passages dans l’hôte seront ensuite cartographiées en utilisant des technologies de séquençage à haut débit. Une analyse bioinformatique des données permettra ensuite de retracer l'évolution du génome au cours du temps, d'identifier les gènes mutés, de détecter le gain ou la perte de gènes (notamment les gènes de virulence) qui pourraient être des marqueurs d’adaptation pour l'apparition de nouveaux pathogènes.
Résumé de la soumission : Le groupe Bacillus cereus sensu lato est composé de bactéries très proches sur le plan génétique, dont certaines possèdent des propriétés phénotypiques distinctes. Présentes de manière ubiquiste dans le sol sous forme de spores, ces bactéries sont capables de se développer dans le système digestif de certains insectes, et un certain nombre d’études récentes indiquent que la colonisation d'invertébrés, comme les insectes ou les vers, pourrait permettre d’accélérer l'émergence de nouveaux pathogènes de mammifère. En effet, plusieurs facteurs d’hôte (tissus et système immunitaire) sont semblables chez les vertébrés et les invertébrés. Cependant, les mécanismes moléculaires et physiologiques d'une telle adaptation ne sont pas connus. En particulier, on ignore dans quelle mesure un environnement hostile, comme le tube digestif d’un insecte, peut influer sur le potentiel d'adaptation des bactéries. Nous déterminerons si le passage de B. cereus dans un tube digestif d'insecte peut accélérer l'évolution des bactéries et conduire à l'apparition de nouveaux pathotypes. L’objectif est de cartographier, en utilisant la méthodologie de séquençage à très grande échelle (plate-forme SOLiD créée récemment dans l’unité MICALIS au CRJ INRA Jouy-en-Josas), les mutations ou divergences génétiques dans les bactéries au cours de leur passage dans l’hôte. Par ailleurs, dans le contexte de recherches sur des bactéries pathogènes d’intérêt potentiel pour les industriels il est également important d’être en mesure de détecter et de caractériser les gènes responsables de phénotypes complexes tels que la capacité des bactéries à se multiplier à basse température (psychrotolérance). L’objectif sera ici de répondre à la  question: comment des bactéries de ce groupe ont-elles été capables de s’adapter pour pouvoir se multiplier au froid? Nous chercherons donc à identifier des mutants de souches ayant acquis une plus grande psychrotolérance afin d’évaluer le potentiel génétique d’adaptation de ces bactéries à des chutes de température. D’autre part, il a été montré que les plasmides et phages présents chez B. cereus pouvaient influencer l'évolution bactérienne et l'adaptation. Un autre objectif de ce projet sera de caractériser les dynamiques de transfert de plasmides de référence au sein du groupe B. cereus dans des contextes génomiques préalablement identifiés. Cette étude sera réalisée dans un microcosme naturel associé à B. cereus : l’insecte hôte. En effet, il a été montré que le transfert des plasmides était plus efficace chez l’insecte que dans des environnements artificiels de laboratoire. Cela suggère que les conditions rencontrées par les bactéries dans l’insecte (tube digestif ou hémocœle) influencent fondamentalement les dynamiques de transfert de plasmides. Différentes conditions environnementales et physiologiques seront testées pour analyser leur effet sur le transfert entre espèces de plasmides de type pXO1 et pXO2 et l'induction de prophages. Nous chercherons également à mettre en évidence et à caractériser d’éventuels comportements différentiels des plasmides en fonction des divers « background » des souches, mais aussi dans des situations de compétitions mutuelles. La recombinaison joue un rôle essentiel parmi les différents types d'événements catalysant des changements dans la structure des génomes bactériens. Les recombinases codées par les plasmides et les phages seront également caractérisées afin d’élucider leur rôle dans la plasticité génomique. La spécificité  de ces recombinases ainsi que l’efficacité de la recombinaison en fonction du niveau de similarité de l’ADN et leurs conséquences sur la transduction sera mesuré. Ce projet vise donc essentiellement à identifier les gènes impliqués dans l'adaptation de bactéries au cours de l'interaction avec l'hôte. Le résultat majeur attendu est la découverte de nouvelles fonctions génétiques, qui pourraient être des marqueurs d’adaptation pour l'apparition de nouveaux pathogènes.
Résultats : Nous avons commencé à mettre en place un  modèle d'évolution expérimentale, en utilisant des larves de l'insecte G. mellonella. Un nouveau protocole d'infection a été mis en place qui permet la multiplication bactérienne dans l'intestin après l'ingestion de la bactérie. Les souches qui seront utilisées pour l'évolution expérimentale ont également été marquées en utilisant des gènes conférant une résistance aux antibiotiques ou des gènes codant pour des protéines fluorescentes  afin d'être en mesure de visualiser et de réisoler les bactéries dans l'intestin de l'insecte.
Perspectives : Les principaux résultats attendus sont: (i) une vision plus claire des schémas d'évolution du groupe B. cereus et des mécanismes génétiques impliqués dans l'adaptation de ce pathogène. (ii) un modèle permettant de décrire l'importance des interactions génotype-environnement dans l'évolution d'un agent pathogène dans l'un de ses réservoirs naturels ainsi que la recherche d'indicateurs permettant de prédire l'émergence de nouvelles souches pathogènes plus virulentes pour les mammifères en réponse à des changements de l'environnement.
Publications et brevets : Aucune pour le moment.