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     Génomique des Micro-Organismes Pathogènes


  Responsable : Frank KUNST,Philippe GLASER (fkunst@pasteur.fr, pglaser@pasteur.fr)


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Nous étudions l'évolution et l'adaptation de trois bactéries pathogènes opportunistes : Listeria monocytogenes, Streptococcus agalactiae et Legionella pneumophila. Notre objectif est de comprendre les interactions entre ces bactéries, leurs hôtes et les environnements qu'elles rencontrent en combinant la génomique comparative, l'analyse du transcriptome, la physiologie bactérienne et la génétique. Pour élucider les bases génomiques de l'acquisition de la virulence par ces espèces pathogènes, nous étudions également la diversité et l'évolution des genres auxquels ces bactéries pathogènes appartiennent.



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L'espèce Listeria monocytogenes et le genre Listeria

(C. Buchrieser, C. Rusniok, P. Severino, S. Duperrier, P. Glaser)

Listeria monocytogenes est une bactérie responsable d'infections d'origine alimentaire, mortelle dans 30 % des cas, dont les signes cliniques les plus fréquents sont des méningites, des avortements et des infections néonatales. Le genre Listeria comprend deux espèces pathogènes, L. monocytogenes et L. ivanovii (pathogène des ruminants), et quatre non-pathogènes : L. innocua, L. seeligeri, L. welshimeri et L. grayi. Nous avons analysé la séquence génomique de L. monocytogenes (souche EGDe), celle de L. innocua (Glaser et al. 2001), et plus récemment celle d'une souche épidémique de L. monocytogenes (sérovar 4b) afin de mieux comprendre la virulence des Listeria pathogènes et leurs relations avec les espèces non pathogènes. Nous avons déterminé, en collaboration avec le consortium allemand PathoGenoMics, les séquences des génomes des quatre autres espèces de Listeria. La connaissance des génomes de toutes les espèces d'un genre nous apporte une information unique pour étudier l'évolution du genre Listeria et l'acquisition de la virulence chez les Listeria.

Nous étudions en collaboration avec le Centre National de Référence des Listeria (Institut Pasteur), la diversité de l'espèce L. monocytogenes et la spécificité des souches d'origine clinique, par hybridation de macro-arrays portant des gènes spécifiques d'au moins une des souches séquencées. L'analyse des résultats d'hybridation, obtenus pour plus que 300 souches de Listeria, d'origine et de caractéristiques différentes, montrent que ces puces sont un outil de typage puissant permettant de différencier les espèces du genre Listeria et de subdiviser les souches appartenant à l'espèce L. monocytogenes. Combinées aux comparaisons des séquences génomiques, ces puces permettent aussi de reconstruire l'évolution au sein du genre Listeria. Les analyses en cours ont pour but de mieux caractériser les spécificités génomiques des souches épidémiques comparées aux souches alimentaires.

Pour comprendre des réseaux de régulation impliqués dans la virulence de L. monocytogenes nous étudions à l'aide des macro-arrays, portant l'ensemble des gènes de L. monocytogenes EGDe, les profils d'expressions, dans différentes conditions de croissance, de la souche EGDe, ou de souches mutées dans des gènes de régulation. Ces conditions sont choisies pour permettre de modéliser l'interaction avec l'hôte. Nous étudions également au moyen de cet outil la spécificité des profils d'expression des souches d'origine clinique comparées aux souches environnementales.

L'espèce Streptococcus agalactiae

(M. Brochet, E. Couvé, S. Van Baarle, C. Rusniok, C. Buchrieser, P. Glaser, F. Kunst)

Après la détermination de la séquence complète du génome de la souche de S. agalactiae NEM316, qui a été responsable d'un cas de septicémie fatale chez un nouveau-né, nous avons étudié la diversité génomique d'une collection de 75 souches de S. agalactiae d'origine humaine et animale. Pour cela nous avons combiné le typage par séquençage de sites multiples (MLST), l'analyse de loci variables par séquençage, le sérotypage, et la génomique comparative par hybridation de puces à ADN. Ces études ont confirmé la structure mosaïque du génome de S. agalactiae avec un squelette très conservé et un ensemble d'îlots variables. Les gènes de virulence associés à ces îlots sont présents dans la majorité des isolats, suggérant que ces îlots étaient présents à l'origine de l'espèce S. agalactiae et qu'ils ont été impliqués dans l'acquisition de ces gènes de virulence. Nous avons aussi identifié six familles de gènes, codant des protéines de surface ou des protéines secrétées, présentant des allèles variables entre les souches. L'analyse des combinaisons de ces allèles a mis en évidence une grande diversité et la possibilité d'échanges alléliques qui pourraient intervenir dans l'interaction de la bactérie avec le système immunitaire de l'hôte.

Cette étude a aussi révélé une grande homogénéité génomique du clone hypervirulent ST17 auquel est associé un ensemble spécifique de protéines de surface. L'origine de ce clone est donc probablement récente. Ces données génomiques constituent un premier élément pour comprendre l'hypervirulence de ce clone.

Nous combinons à cette approche génomique une approche fonctionnelle de l'expression des gènes impliqués dans l'interaction avec l'hôte au moyen de puces à ADN et d'hybridation anticorps sur réseaux de colonies à haute densité.

Les projets sur L. monocytogenes et S. agalactiae s'inscrivent dans le cadre du GPH de l'Institut Pasteur " Towards new therapeutics against low-GC% Gram-positive bacteria ", coordonné par Pascale Cossart.

L'espèce Legionella pneumophila et le genre Legionella

(C. Cazalet, H. Brüggemann, A. Hagman, M. Jules, S. Duperrier, F. Kunst, P. Glaser, C. Buchrieser)

Legionella est une bactérie de l'environnement colonisant la majorité des eaux naturelles et des circuits d'eau. Deux espèces, L. pneumophila et L. longbeachae sont responsables de la majorité des cas de légionellose à travers le monde. Après la détermination des deux séquences génomiques, L. pneumophila " Paris " et " Lens " nous avons entrepris des études de biodiversité et des études postgénomiques.

Dans le cadre de l'analyse de la diversité génomique au sein du genre Legionella, nous déterminons la séquence complète d'une souche de L. longbeachae, deuxième espèce responsable de légionellose en Australie et Nouvelle-Zélande. La génomique comparative de ces deux espèces pathogènes aidera à identifier des gènes nécessaires à la virulence et à élucider les mécanismes de pathogénie de ces bactéries. L'objectif final est de comprendre la spécificité génomique des souches pathogènes pour l'homme par rapport aux légionelles non-pathogènes.

Nous avons également caractérisé un ensemble d'isolats, d'origine environnementales ou clinique, représentatif de la diversité de l'espèce L. pneumophila au moyen d'une puce à ADN basée sur l'ensemble des informations génomiques disponibles (en collaboration avec le Centre National de Référence des Legionella et la Société Veolia). Cette puce s'est avérée être un outil de typage performant, distinguant par exemple différents isolats de la souche "Paris". Cette analyse sera combinée à une approche fonctionnelle pour identifier de nouveaux facteurs de virulence et pour valider la possibilité de prédire le risque associé à une contamination par une analyse génomique.

L. pneumophila a un mode de vie bi-phasique caractéristique comprenant une phase extracellulaire invasive et une phase de multiplication intracellulaire qui n'est pas infectieuse. Les phénomènes de différenciation cellulaire entre ces deux états sont un élément central dans le cycle de multiplication cellulaire de cette bactérie. Afin de comprendre quelles sont les stratégies mises en œuvre par L. pneumophila pour s'adapter à et survivre dans différents environnements (amibes, biofilm), nous avons construit en collaboration avec le CNR des Legionella et la Genopole Pasteur des microarrays portant les gènes de trois souches de L. pneumophila séquencées. Des études du transcriptome in vivo dans le modèle Acanthamoeba castellanii ont révélé des changements profonds au cours du cycle biphasique de L. pneumophila. Les niveaux d'expression de l'ensemble des gènes de la souche Paris ont été comparés dans les deux phases, révélant une augmentation des niveaux d'expression de 547 gènes en phase réplicative et de 456 gènes en phase transmissive. En phase transmissive sont notamment exprimés de nombreux gènes de virulence, le régulon affectant la synthèse des flagelles, de nombreux régulateurs, des gènes affectant le catabolisme de sucres et de nombreux gènes de fonction inconnue. Cette étude nous aidera à identifier de nouveaux gènes de virulence, et nous permettra de mieux comprendre les systèmes de régulation affectant l'expression de ces gènes et le cycle de vie de L. pneumophila.

Finalement, nous étudions la relation entre la virulence, le métabolisme et la nature des nutriments préférentiellement utilisés in-vitro et in-vivo (dans l'amibe) en combinant la reconstruction métabolique et l'étude de l'effet de l'inactivation de gènes-clefs identifiés par cette analyse in silico.

Réseaux européens

L'unité est responsable de la partie française du Réseau d'Excellence " Europathogenomics ", coordonné par J. Hacker (Université de Würzburg, Allemagne) et de l'ERA-NET " Pathogenomics ". Ce réseau d'excellence a pour but de créer une dynamique scientifique dans le domaine d'étude de la génomique fonctionnelle des bactéries et des champignons pathogènes pour l'homme, de favoriser des collaborations et de proposer des formations à des chercheurs postdoctoraux. L'objectif d'ERA-NET est de coordonner les efforts de recherche des états membres afin d'aboutir à un espace Européen de la recherche moléculaire sur les bactéries et les champignons pathogènes pour l'homme.

Mots-clés: génomique, génomique comparative, évolution, transcriptome, bactéries pathogènes, virulence, régulation



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  personnel

  Secrétariat Chercheurs Stagiaires Autre personnel
  SAINT MARTIN Françoise (martinf@pasteur.fr) BUCHRIESER Carmen, IP (Chef de Laboratoire IP, cbuch@pasteur.fr)

GLASER Philippe, IP (Chef de Laboratoire IP, pglaser@pasteur.fr)

KUNST Frank, CNRS, IP (DR2 CNRS, Chef d’Unité, fkunst@pasteur.fr)

VERGASSOLA Massimo, CNRS (DR2, massimo@pasteur.fr)

BAILLY-BECHET Marc (Étudiant en thèse, mbailly@pasteur.fr)

BROCHET Mathieu (Étudiant en thèse, mbrochet@pasteur.fr)

BRÜGGEMAN Holger, IP (Chercheur post-doctoral, hbruegg@pasteur.fr)

CAZALET Christel, CNRS (Étudiante en thèse, ccazalet@pasteur.fr)

DUPERRIER Sandra (Technicienne Supérieure, sandra@pasteur.fr)

HAGMAN Arne (Étudiant en thèse, ahagman@pasteur.fr)

HEJNOVA Jana, (Étudiante en thèse, jana@pasteur.fr)

JULES Matthieu (Chercheur post-doctoral, mjules@pasteur.fr)

TAP Julien (Etudiant en masters, jtap@pasteur.fr

VAN BAARLE Suey (Etudiante en masters, suey@pasteur.fr)

COUVÉ Elisabeth, IP (Technician, ecouve@pasteur.fr)

MOURIER Claude, IP (Laboratory asssitant, cmourier@pasteur.fr)

RUSNIOK Christophe, IP (Technician, rusniok@pasteur.fr)


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