Analyse de la plasticité génomique des bactéries de la famille des Anaplasmataceae en lien avec les effecteurs du système de secretion de Type IV

Noroy Christophe. 2018. Analyse de la plasticité génomique des bactéries de la famille des Anaplasmataceae en lien avec les effecteurs du système de secretion de Type IV. Pointe-à-Pitre : Université des Antilles, 170 p. Thèse de doctorat : Bio-informatique : Université des Antilles

Encadrement : Gros, Olivier ; Meyer, Damien

Résumé : Identifier les effecteurs du système de sécrétion de type IV (SST4) des Anaplasmataceae, et élucider leurs fonctions à l'intérieur de la cellule hôte pour manipuler les voies de signalisation et l'immunité de l'hôte, est crucial pour concevoir des alternatives thérapeutiques contre ces bactéries zoonotiques. De même la plasticité génomique des bactéries intracellulaires obligatoires, via les transferts géniques horizontaux ou des évènements de recombinaison, semble jouer un rôle majeur dans l'évolution de cette bactérie, son adaptation à des conditions environnementales changeantes et la colonisation de nouvelles niches écologiques (hôtes). En utilisant les outils déjà disponibles et en développant de nouvelles méthodes analytiques, l'objectif de cette thèse a été de mieux comprendre quels sont les facteurs génomiques associés à la virulence bactérienne mais aussi à la spécificité d'hôte. Plusieurs approches menées en parallèle ont permis i) de prédire les effecteurs du systéme de sécrétion de type IV (SST4) chez les bactéries, ii) d'identifier les répertoires d'effecteurs en lien avec la virulence bactérienne au sein de l'espèce Ehrlichia chaffeensis, iii) d'identifier les répertoires d'effecteurs en lien avec la spécificité d'hôte au sein du genre Ehrlichia et iv) de développer de nouvelles méthodes d'analyse de l'évolution de l'architecture des génomes et mieux comprendre le concept de plasticité génomique. Nous avons développé une seconde version (S4TE 2.0) du logiciel S4TE (Searching Algorithm for Type 4 secretion system Effectors) qui a consisté en la création d'une interface web et de nouveaux programmes, la construction de plusieurs bases de données et la gestion de leurs interactions entre elles, le site web, et le cluster de calcul. Ce logiciel permet des prédictions de qualité des effecteurs du SST4 mais comporte aussi des outils de génomique comparative. Le travail a ensuite consisté en l'identification des répertoires d'effecteurs chez Ehrlichia chaffeensis, dont les souches présentent des niveaux de virulence différents alors que ces souches sont très conservées au niveau génomique. Grâce au logiciel S4TE2.0, nous avons pu prédire les répertoires d'effecteurs pour chaque souche d'E. chaffeensis et mettre en évidence la présence d'un effecteur spécifique d'une souche (Liberty), qui pourrait avoir un lien avec la virulence accrue observée chez cette souche. En confrontant la liste des effecteurs d'E. chaffeensis à une base de données (HPIDB) pour prédire l'interaction avec certaines protéines de la cellule hôte ainsi que leur localisation subcellulaire (CELLO2GO), nous avons mis en évidence que la plupart des effecteurs avec des domaines de localisation nucléaires (NLS) prédits par S4TE 2.0 présentaient des cibles ayant une localisation nucléaire. De nombreuses cibles d'effecteurs semblent avoir un lien direct avec la manipulation de la cellule hôte. Dans un troisième volet visant à étudier la spécificité d'hôte du genre Ehrlichia, nous avons comparé les effectomes des différentes espèces du genre Ehrlichia. Nous avons prédit les effecteurs en utilisant le logiciel S4TE2.0 puis utilisé de nouveaux outils d'analyse de données complexes pour explorer les relations synténiques entre gènes (logiciel Circos) et visualiser les réseaux de manière rationnelle (logiciel Hive plots). L'ensemble de ce travail a permis de comparer les répertoires d'effecteurs du SST4 entre différentes souches d'Ehrlichia et de suggérer quels effecteurs spécifiques de chaque souche pourraient être liés à la spécificité d'hôte. Nos résultats mettent en lumière l'impact de la plasticité génomique liée aux répertoires d'effecteurs conservés et accessoires dans le pouvoir pathogène et l'histoire évolutive des bactéries pathogènes intracellulaires de la famille des Anaplasmataceae. Enfin, nous avons exploré l'utilisation de méthodes d'écologie spatiale pour l'étude de la plasticité génomique en prenant la famille de gènes " effecteurs " comme modèle. Nous avons mis en évidence que certaines familles de gènes semblent être associées entre elles et semblent avoir des préférences d'habitat. L'écologie spatiale des génomes pourrait constituer un nouveau champ de recherches et permettre une nouvelle définition de la plasticité génomique.

Mots-clés libres : Ehrlichia, Anaplasma, Plasticité génomique, Système de sécrétion de type IV, Prédiction d’effecteurs

Classification Agris : L73 - Maladies des animaux
L10 - Génétique et amélioration des animaux

Champ stratégique Cirad : Axe 4 (2014-2018) - Santé des animaux et des plantes

Auteurs et affiliations

• Noroy Christophe, CIRAD-BIOS-UMR ASTRE (GLP)

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/591267/)

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