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  Responsable : Antoine Danchin (adanchin@pasteur.fr)


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La révolution génomique interprète l'hérédité comme la lecture d'un texte écrit dans un alphabet à quatre lettres. Le texte du génome organise l'expression des gènes, mais il est aussi directement lié à l'architecture de la cellule. Deux modèles bactériens servent à cette exploration, le colibacille, et le bacille subtil. Les recherches développées associent l'étude à l'ordinateur des séquences génomiques (analyse in silico) et la validation des prédictions ainsi obtenues in vivo et in vitro. Les objets privilégiés de cette étude concernent le métabolisme du soufre, parce que l'incorporation de cet atome dans tous les organismes vivants semble jouer un rôle clef dans l'organisation de la cellule et pour comprendre le caractère pathogène des bactéries et donc inventer des moyens de lutte adaptés (contre l'agent du charbon, en particulier, utilisé de façon terroriste aux Etats-Unis). L'Unité sert par ailleurs de base arrière à la création du HKU Pasteur Research Centre à Hong Kong, où les mêmes études sont développées, en liaison avec les pathogènes d'intérêt local.



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Une Pierre de Rosette : comparer le texte de génomes apparentés

Pour la première année de son activité, l'Unité de Génétique des Génomes Bactériens a développé l'étude comparative de deux couples de génomes, chacun constitué du génome d'une bactérie de référence et d'une bactérie intéressante comme modèle de maladies. Elle bénéficie d'une nouvelle arrivée au laboratoire, celle de Jean-François Charles, entomologiste et spécialiste du complexe Bacillus cereus/Bacillus thuringiensis, qui apporte avec lui une collection importante de ces organismes.

Deux bactéries modèles ont été utilisés : Escherichia coli, le plus ancien modèle des généticiens et la bactérie la mieux connue, et Bacillus subtilis, bactérie source de nombreux enzymes utilisés en industrie, que l'on trouve souvent collée à la surface des feuilles et sur le sol. Ces bactéries sont comparées respectivement à Photorhabdus luminescens, qui tue les insectes et se propage par l'intermédiaire d'un ver nématode, et le complexe Bacillus anthracis, Bacillus cereus, Bacillus thuringiensis, bactérie sporulante impliquée dans de nombreuses maladies et dont lle dangereux agent du charbon, redevenu hélas célèbre récemment. L'étude porte sur l'identification et la fonction de gènes pivots de l'adaptation globale de la bactérie à son environnement. Un objectif de létude est didentifier des cibles possibles pour des médicaments spécifiques.

La protéine H-NS et la réponse aux transitions métaboliques (Philippe Bertin)

La capacité d'ajuster la disponibilité et l'activité des protéines permet la croissance des cellules et leur adaptation aux changements de l'environnement. La protéine H-NS est impliquée dans de nombreuses fonctions cellulaires et affecte l'expression de gènes régulés par des facteurs de l'environnement (température, pH, osmolarité, ...). Elle modifie l'expression de nombreux gènes, affecte la recombinaison et la transposition et intervient dans la virulence bactérienne, par le contrôle de la motilité et d'un type original de sécrétion.

L'examen en microscopie électronique des bactéries mutées dans le gène hns montre qu'elles ont perdu leurs flagelles. Leur synthèse requiert l'expression d'un grand nombre de gènes, organisée de manière hiérarchique. La surexpression dans un mutant hns des gènes flhDC, lopéron maître de biosynthèse des flagelles, restaure la motilité, ce qui montre que ces gènes constituent une cible préférentielle dH-NS. Le mécanisme de cette action n'est pas entièrement compris. Les travaux de lUnité montrent quil affecte surenroulement de l'ADN.

L'analyse de l'ensemble des produits de la transcription (transcriptome), associée à celle de toutes les protéines de la bactérie séparées par électrophorèse à deux dimensions (protéome), a servi à comparer les souches sauvage et mutante. Cette étude a montré que le niveau d'accumulation de plus de 60 protéines, dont près de la moitié ont été identifiées, était affecté dans un mutant hns. Ces méthodes très puissantes ont mis au jour de grands ensembles régulés (le régulon H-NS compte plus de 250 gènes) de la même manière dans la cellule. L'utilisation des protons est l'un des éléments principaux modulés par la présence ou l'absence d'H-NS.

L'édification des acides aminés contenant du soufre (Isabelle Martin-Verstraete)

Le soufre est essentiel à toutes les cellules. Pourtant très peu est connu de son métabolisme chez les bactéries à Gram-positif. Le travail de l'Unité, qui fait partie du programme BACELL d'analyse fonctionnelle détaillée du génome de Bacillus subtilis financé par l'Union Européenne, a porté sur la caractérisation de gènes impliqués dans la synthèse de la méthionine et la cystéine chez cette bactérie. En dehors de la caractérisation explicite des principaux gènes de ces synthèses, létude a apporté de nouvelles preuves à lhypothèse que la spécification progressive des activités enzymatiques se fait au cours de lévolution à partir dune activité primaire peu spécifique. Cette étude a été complétée, comme dans le cas de l'étude de H-NS, par l'analyse du profil d'expression protéique (analyse du protéome par gels bidimensionnels) et du profil de transcription par hybridation sur membranes (analyse du transcriptome). Ces analyses ont montré un rôle essentiel du métabolisme du soufre (ce qui justifie pleinement le choix de ce thème comme central à l'approche génomique) et ont permis d'identifier un certain nombre d'ensembles co-régulés. Cela a servi à la mise en place d'un traitement statistique des données convivial et original. Plusieurs gènes de fonction inconnue vraisemblablement impliqués dans le métabolisme du soufre ont ainsi été identifiés. Les travaux de l'Unité se sont aussi consacrés à l'identification de gènes de régulation essentiels au métabolisme du soufre. Trois d'entre eux ont été caractérisés. Ils diffèrent notablement de ce qui est connu chez les bactéries à coloration de Gram négative comme Escherichia coli, ce qui donne un sens particulièrement intéressant à cette étude.

La dégradation des composés aromatiques, le fer, et l'oxygène (Francis Biville)

La dégradation des molécules aromatiques joue un rôle clé chez de nombreux organismes. Elle est d'autant plus intéressante qu'elle utilise l'oxygène (souvent sous la forme de molécule de dioxygène) et qu'elle participe donc explicitement au contrôle de la concentration intracellulaire de ce gaz extrêment réactif. À laide des méthodes danalyse informatique, de génétique, de physiologie et danalyse globale (protéome, transcriptome), les travaux de l'Unité, en collaboration avec un laboratoire Japonais, ont permis didentifier des cibles de deux régulateurs structurellement voisins (les activateurs hcaR et yhaJ) dont le niveau dexpression est augmenté au cours de lentrée en phase stationnaire. Linactivation de hcaR affecte fortement le niveau dexpression de sept gènes impliqués dans la réponse à l'oxygène. Cet effet se traduit par une forte diminution de la résistance à certains dérivés réactifs de l'oxygène au cours de la phase stationnaire. Le produit du gène hcaR est aussi un régulateur impliqué dans le contrôle des premières étapes du catabolisme de l'acide 3-phénylpropionique. L'étude des perturbations du métabolisme, créées par l'entrée en phase stationnaire par l'inactivation de hcaR est en cours. Les résultats obtenus avec le régulateur yhaJ montrent que la surexpression de ce gène entraîne une altération du processus de division cellulaire. Lidentification des cibles de ce régulateur, impliquées dans ce phénotype, est en cours. Un troisième régulateur inconnu de type LysR (ygiP) a été identifié comme le régulateur positif de gènes voisins codant pour une activité nécessaire à la croissance sur glycérol et anaérobiose. La méthode danalyse comparative des transcriptomes a permis de proposer lhypothèse que cet activateur module lexpression de gènes impliqués dans la motilité et sa régulation, le transport du fer et le stress acide. Les résultats dexpériences de physiologie ont montré que linactivation de ygiP entraîne une très forte accélération de la formation des biofilms et confirme ainsi les données de transcriptome relatives à laction de ce régulateur sur la régulation de la biosynthèse des flagelles.

 

L'annotation, la gestion des connaissance et l'analyse des données in silico (Ivan Moszer, Eduardo Rocha Paris, Claudine Médigue, Evry)

En raison de la masse très importante de données engendrées par le séquençage des génomes et de la nature énigmatique de beaucoup de gènes découverts à cette occasion, les études expérimentales développées en utilisant les techniques de la génétique moléculaire sont complétées par un ensemble de recherches utilisant les techniques et les concepts de l'informatique, de la statistique et de la mathématique. Une base de données spécialisée sur le génome de Bacillus subtilis, modèle de plusieurs autres est accessible par le World-Wide Web à l' adresse : http://genolist.pasteur.fr/SubtiList/). Elle est actuellement enrichie, tant en terme de schéma conceptuel que de données, par les résultats danalyse du transcriptome issus du programme européen BACELL. Par ailleurs une plateforme d'annotation génomique, Imagene, sert à établir un modèle général d'identification des erreurs dans les séquences génomiques, donnant lieu à une mise à jour majeure de la séquence et des annotations du génome de B. subtilis. Cette plateforme a permis de réannoter l'ensemble des génomes bactériens complets publics et d'y découvrir de nombreuses sources d'erreurs qui se propagent dans les banques de données. Le futur de cette plateforme est développé au sein d'un consortium (Geno*) qui associe l'Unité, un laboratoire de l'INRIA, et les compagnies Hybrigenics et GenomExpress. L'aspect plus biologique et naturaliste des recherches vise à identifier le lien entre les grandes fonctions du vivant et l'architecture cellulaire. L'analyse des génomes a montré que l'ordre des gènes dans le chromosome n'est pas aléatoire, mais correspond à l'architecture de la cellule. L'étude du métabolisme du soufre a permis de proposer que la pression de sélection qui a conduit à ce lien inattendu est sans doute la diffusion de molécules réactives, gaz et radicaux libres. Ces réactions sont dues au produit de nombreux gènes dont la fonction était restée jusqu'à présent incomprise. Ainsi la compartimentation cellulaire est-elle à l'origine d'une caractéristique des gènomes qui avait beaucoup surpris au moment de sa découverte, à savoir la présence de nombreux gènes sans fonction connue.



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BEAUDEUX-LIGNEUL Annie
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DANCHIN Antoine (Professeur, Chef d’Unité Institut Pasteur, Directeur de Recherche (DR1 CNRS) adanchin@pasteur.fr

BERTIN Philippe (C.R. Pasteur) phbertin@pasteur.fr

BIVILLE Francis (C.R. Pasteur) fbiville@pasteur.fr

CHARLES Jean-François (C.L. Pasteur) jcharles@pasteur.fr

DERZELLE Sylvianne (Postdoc, CDD (Contrat Industriel) derzelle@pasteur.fr

GUILLOUARD Isabelle (Postdoc, AR, CDD (Contrat Européen) isag@pasteur.fr

MARTIN-VERSTRAETE Isabelle (MC Paris 7) iverstra@pasteur.fr

MEDIGUE-ROUSSEAU Claudine (C.R. CNRS) Claudine.Medigue@snv.jussieu.fr

Claudine.Medigue@infobiogen.fr

MOSZER Ivan (C.R. Pasteur) moszer@pasteur.fr

PIMENTEL CACHAPUZ ROCHA Eduardo (C.R. CNRS) erocha@pasteur.fr

AUGER Sandrine (3ème année de thèse, Univ. Paris 7) auger@pasteur.fr

MOREIRA Sandrine (2ème année DESS Informatique) moreis02@mail.pasteur.fr

MARISA Laetitia (1ère année DESS Informatique)

SOUTOURINA Olga (3ème année de thèse, Univ. Versailles) olga@botrytis.polytechnique.fr

HOMMAIS Florence (3ème année de thèse, Univ. Paris 7) fhommais@pasteur.fr

KRIN Evelyne (I. CNRS) ekrin@pasteur.fr

FABRY Cécilia (I.E. INRA) cecifabry@mac.com

TURLIN Evelyne (T.S. Pasteur) eturlin@pasteur.fr

NGO Saravuth (A.I., CDD) ngo@pasteur.fr

BRITO Emma (Laboratory technician) Ebrito@pasteur.fr

MARANGHI Laurence (Laboratory assistant)


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