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     Yersinia


  Responsable : Elisabeth Carniel (carniel2@pasteur.fr)


  resume

 

Les activités de recherche de l'Unité Yersinia se sont concentrées en 2004 sur la mobilité d'un îlot de pathogénicité appelé Ilot de Haute Pathogénicité et sur l'évolution du bacille de la peste, Yersinia pestis. Dans ce but, le génome de l'ancêtre récent, Y. pseudotuberculosis, a été séquencé et comparé à celui de Y. pestis. De plus, une combinaison de trois techniques d'analyse de sites génétiques multiples a permis de construire un arbre phylogénétique évolutif et de retracer l'histoire du bacille de la peste depuis son émergence.



  rapport

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L'Unité de Recherche Yersinia a été créée en 2004. Cette Unité étudie les bactéries du genre Yersinia qui comprend trois espèces pathogènes pour l'homme et les animaux : les bactéries entéropathogènes Y. pseudotuberculosis et Y. enterocolitica, et l'agent de la peste, Y. pestis.

Les axes de recherches de l'Unité Yersinia portent en particulier sur :

- la caractérisation d'un îlot de pathogénicité qui confère aux souches qui l'hébergent la capacité de provoquer des infections systémiques chez l'homme et l'animal,

- les bases moléculaires du pouvoir pathogène exceptionnel de Y. pestis, notamment à l'aide d'analyses de génomique fonctionnelle comparative.

- la physiopathologie des infections à Yersinia,

- les mécanismes immunitaires innés et acquis de défense de l'hôte et la mise au point d'un vaccin contre la peste,

- la sensibilité génétique à la peste,

- l'évolution de Y. pestis depuis son apparition récente à partir de Y. pseudotuberculosis,

- la résistance aux antibiotiques des Yersinia pathogènes et l'évaluation de nouveaux traitements,

- la santé publique (Centre National de Référence, Réseau National de surveillance et Centre Collaborateur de l'OMS).

Les principaux travaux de recherche ayant fait l'objet de publications en 2004 sont les suivants :

1. Analyse de la conservation de l'îlot de haute pathogénicité au sein des entérobactéries et de la machinerie d'excision de l'îlot.

Contributeurs : B. Lesic, S. Bach et E. Carniel.

Collaborateurs : J-M. Ghigo, U. Dobrindt et J. Hacker.

Les Yersinia hautement pathogènes (Y. enterocolitica 1B, Y. pseudotuberculosis et Y. pestis) hébergent un îlot de pathogénicité appelé Ilot de Haute Pathogénicité (HPI). L'HPI des Yersinia porte des gènes impliqués dans la biosynthèse, le transport et la régulation du sidérophore yersiniabactine et peut donc être considéré comme un îlot de capture du fer. Sa présence confère à la bactérie qui l'héberge la capacité de disséminer chez son hôte et de causer des infections systémiques. Une des caractéristiques de cet îlot est sa présence chez une grande variété d'entérobactéries comme E. coli, Klebsiella, Citrobacter, Enterobacter, Serratia et Salmonella. Chez E. coli, cet îlot est le plus fréquemment associé aux isolats extraintestinaux et aux souches très pathogènes. Un second HPI, dégénéré, a été identifié sur le chromosome de Y. pestis et Y. pseudotuberculosis. Un HPI dégénéré est également présent chez la bactérie entomopathogène Photorhabdus luminescens et chez l'espèce Gram-positive Corynebacterium diphtheriae. La comparaison des HPIs identifiés dans les bases de données a permis de montrer que leur organisation génétique et leurs séquences nucléotidiques étaient très conservées au sein de la plupart des Enterobacteriaceae, suggérant l'acquisition récente de cet îlot par ces différentes espèces.

L'HPI a gardé sa mobilité au sein du chromosome de Y. pseudotuberculosis et peut s'exciser précisément par recombinaison entre les sites attB-R et attB-L flanquant l'îlot. Nous avons montré que, après son excision, l'HPI formait une molécule épisomale circulaire. Cet élément a donc la capacité de s'exciser du chromosome, de se circulariser, et de se réinsérer, soit au même site chromosomique, soit dans une autre copie du locus asn tRNA. Nous avons aussi démontré qu'une l'intégrase (Int) codée par l'HPI et homologue à celle du bactériophage P4 jouait un rôle essentiel dans l'excision de l'îlot. Comme les autres intégrases phagiques, elle se comporte comme une recombinase spécifique de site qui catalyse à la fois les réactions d'excision et d'intégration. Cependant, Int seule n'est pas suffisante pour permettre la recombinaison entre attB-R et attB-L. Nous avons identifié un autre facteur codé par l'HPI et appelé Hef (pour HPI excision factor) qui est également nécessaire au processus d'excision. Hef appartient à la famille des "recombination directionality factors". Comme les autres membres de cette famille, Hef joue probablement plus un rôle architectural que catalytique, en orientant la fonction de Int vers une activité d'excisionase. Le fait que l'HPI, et probablement plusieurs autres îlots de pathogénicité, portent une machinerie d'intégration/excision fortement similaire à celles de bactériophages suggère que l'acquisition et le transfert de ces éléments sont de type phagique.

2. Analyse de l'évolution du bacille de la peste par analyse comparative de son génome avec celui de son ancêtre récent, Yersinia pseudotuberculosis

Contributeurs : V. Chenal-Francisque, D. Dacheux, A. Derbise et E. Carniel.

Collaborateurs : P. Chain, F. Larimer, J. Lamerdin, P.O. Stoutland, W. M Regala, A.M. Georgescu, L.M. Vergez, M. Land, L.V. Motin, R.R. Brubaker, J. Fowler, J. Hinnebusch, M. Marceau, C. Médigue, M. Simonet, B. Souza, J.M. Elliott, L. Hauser et E. Garcia.

Les espèces Y. enterocolitica et Y. pseudotuberculosis se comportent comme de vraies bactéries entéropathogènes, elles se transmettent par voie orale et causent une symptomatologie digestive modérément sévère. A l'inverse, Y. pestis a des caractéristiques cliniques et épidémiologiques très différentes. Cette bactérie est l'agent étiologique de la peste, une maladie extrêmement sévère et le plus souvent fatale, transmise par piqûre de puces. Cependant, nous avons précédemment montré que Y. pestis, une des bactéries les plus pathogènes du monde bactérien, est extrêmement clonale et a émergé très récemment de l'espèce entéropathogène Y. pseudotuberculosis. Afin de comprendre les bases génétiques de la différence entre Y. pestis et son ancêtre récent, nous avons séquencé le génome de la souche IP32953 de Y. pseudotuberculosis et l'avons utilisé pour effectuer une analyse comparative détaillée avec les génomes disponibles de Y. pestis. Les séquences identifiées lors de cette analyse ont ensuite été utilisées pour cribler un panel de souches de Y. pestis et Y. pseudotuberculosis d'origines variées et ont permis d'identifier 32 gènes chromosomiques de Y. pestis qui, avec les deux plasmides spécifiques représentent le seul matériel génétique acquis par Y. pestis depuis sa divergence de Y. pseudotuberculosis. Par contre, 202 pseudogènes et 317 gènes absents du génome de Y. pestis ont été identifiés, ce qui indique que plus de 13% des gènes présents chez Y. pseudotuberculosis ont été perdus ou inactivés chez Y. pestis. Il apparaît donc que l'évolution de Y. pestis a été plus marquée par une perte massive de fonctionnalités, aboutissant à l'élimination et à la modification de voies métaboliques et régulatrices pré-existantes, que par l'acquisition de matériel génétique nouveau. Ces résultats sont un exemple frappant de la façon dont un clone épidémique très pathogène peut soudainement émerger d'un progéniteur moins pathogène.

3. Microévolution et histoire de Yersinia pestis

Contributeurs : V. Chenal-Francisque et E. Carniel.

Collaborateurs : M. Achtman, G. Morelli, P. Zhu, T. Wirth, I. Diehl, A.J. Vogler, D.M. Wagner, C.J. Allender, W.R. Easterday, P. Worsham, N.R. Thomson, J. Parkhill, L.E. Lindler et P. Keim.

En tant que pathogène récemment émergé, Y. pestis a évolué depuis trop peu de temps pour permettre l'accumulation d'une grande diversité génétique. Cependant, cette espèce n'est pas totalement uniforme. L'étude de la microévolution de Y. pestis depuis son émergence, à l'aide d'une combinaison de trois méthodes d'analyse de la diversité génétique à des sites multiples (analyse des SNPs synonymes, variation de tailles de répétitions en tandem, et localisation des sites d'insertion de l'IS100) ont permis de construire un arbre phylogénétique enraciné dans Y. pseudotuberculosis. Cet arbre indique que Y. pestis a évolué à partir de Y. pseudotuberculosis le long d'une branche, branche 0 d'où des variants de Y. pestis dénommés Microtus et pestoides ont émergé. Cette phase initiale a été suivie d'une séparation binaire en branche 1 et branche 2, il y a environ 6 500 ans. La branche 1 comprend les souches Orientalis isolées du monde entier et les souches Antiqua d'Afrique, tandis que la branche 2 comprend les souches Medievalis et les Antiqua asiatiques. Une grande diversité est généralement un bon indicateur de l'origine géographique d'un microorganisme. L'isolement de souches représentatives des trois branches en Asie suggère que Y. pestis est apparue dans cette partie du monde plutôt qu'en Afrique où aucun représentant de la branche 2 n'a été isolé.

Mots-clés: Yersinia, entéropathogène, peste, virulence, génomique, physiopathologie



  publications

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  personnel

  Secrétariat Chercheurs Stagiaires Autre personnel
  DELARUE Nadine CARNIEL Elisabeth Chef de laboratoire

CHAUVAUX Sylvie Chargé de Recherche

DEMEURE Christian Chargé de Recherche

GUINET Françoise Chargé de Recherche

DERBISE Anne Post-doctorante

KOKORINA Galina Chercheur IP Saint Pétersbourg

LESIC Biliana Doctorante

POUILLOT Flavie Doctorante

VOSKRESSENSKAYA Ekaterina Chercheur IP Saint Pétersbourg

BLISNICK Thierry Ingénieur

CHENAL-FRANCISQUE Viviane Technicienne

FAYOLLE Corinne Technicienne

LECLERCQ Alexandre Cadre administratif et technique

MARTIN Liliane Technicienne

DENIS Patrick Agent de laboratoire

GALUPA Isabel Aide de laboratoire

GUINANDIE Françoise Agent de laboratoire

TATOT Véronique Aide de laboratoire, responsable

WISZNIOWSKI Karine Aide de laboratoire


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