Génétique des Génomes Bactériens
Genetics of Bacterial Genomes
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Courses / Cours

Research and university teaching cannot be separated. A scientist's career is therefore inevitably intertwining lectures and courses, over the years. A few excerpts of courses and lectures that were given in a thirty years period are presented here. The first formal account of the creation of the course in Biology, at the Ecole Polytechnique in the mid-1970's, with Maurice Guéron, was summarized in a first book in French: Ordre et Dynamique du Vivant

  

La recherche et l'enseignement supérieur ne peuvent être séparés. La carrière d'un chercheur est donc toujours jalonnée de périodes d'enseignement, brèves ou plus longues. Quelques extraits de cours et de conférences dispensées au cours du temps sont présentées ici. Le premier compte-rendu détaillé de la création du cours de Biologie à l'Ecole Polytechnique avec Maurice Guéron, au milieu des années 1970, a donné lieu à un premier livre (en français)

    fr A Danchin
    Ordre et Dynamique du Vivant. Chemins de la Biologie Moléculaire
    Le Seuil (1978) 350 pages

    rule

    1980 - 1995

    1993 - 1998 Cours de Biotechnologie à l'Ecole des Mines de Paris

    "De l'origine de la vie à la biotechnologie"

    Plan du cours

    The biotech connection: dream or reality?

    cube

    1994 - 1995 Cours de Microbiologie Générale de l'Institut Pasteur

    "Régulation de l'expression génétique chez Escherichia coli: activation et répression du gène de l'adénylate cyclase"

2006 - 2008

  • Cours de Mastère I, Evolution, Ecole Normale Supérieure 2007

    Ecole Normale Supérieure
    7 janvier 2007

    « Ce que nous apprend la structure des génomes bactériens de l'origine de la vie à la biologie synthétique »

    • pdf Cours (2,6 Mo) ; compléments sur l'origine de la vie

    pyramid

  • Cours de Mastère I, Evolution, Ecole Normale Supérieure 2007

    Ecole Normale Supérieure
    9 janvier 2007

    « Archives ou palimpsestes ? Les génomes bactériens nous parlent de l'origine de la vie »

    • pdf Cours (2,9 Mo) ; compléments sur l'origine de la vie

    pyramid

  • Cours d'Analyse des Génomes 2006-2007

    Institut Pasteur
    15 décembre 2006

    « De la biologie symplectique à la biologie synthétique : quels gènes pour faire une cellule ? »

    • pdf Cours (2,6 Mo) ; Note épistémologique (en anglais) utile pour comprendre la genèse des modèles scientifiques et éviter le ridicule d'une trop grande naïveté dans la compréhension des modèles scientifiques

    fr-flagLa métaphore alphabétique du programme génétique est poussée à ses conséquences ultimes, qui mènent à s'interroger sur les relations qui existent entre l'architecture cellulaire et l'architecture des génomes. Cela conduit à définir le cœur persistant des génomes, et les gènes qui servent à l'occupation d'une niche écologique, le cénome. Les gènes de cœur se regroupent selon un arrangement qui rappelle les étapes qui ont présidé à l'origine de la vie.

    		 

    en-flagThe alphabetic metaphor of the genetic programme is pushed to its limits, which pose questions on the possible relationships between the architecture of the cell and the order of genes in genomes. This permits construction of the core persistent genome, and definition of the genes that allow occupation of a niche, the cenome. The core genes cluster according to links that are reminiscent of a consistent scenario for the origin of life.

rule

Lectures / Conférences

2006-2007

    fr-flag La biologie synthétique présuppose que la combinaison de briques de base (au niveau de l'ADN) placées dans un génome artificiel introduit dans une cellule réceptrice appropriée suffira à produire une usine cellulaire capable de se reproduire et d'effectuer des tâches prédéfinies. Cette vue suppose qu'une cellule vivante se comporte comme une machine de Turing qui ferait des machines de Turing. Elle suppose qu'une structure spécifique de l'ensemble données+programme peut être physiquement séparée de la machine et que le programme peut être exprimé en un réplicateur et un constructeur qui contienne une image de la machine à construire. Nous montrons que les bactéries nous fournissent un schéma de la cellule synthétique si on la débarrasse d'appendices et de tympans inutiles. En bref, un ensemble de gènes persistants (appelé le paléome, pour rappeler que sa fonction provient d'un scénario particulier de l'origine de la vie) définit les programmes du réplicateur et du constructeur, avec l'adjonction de gènes requis pour la maintenance et la réparation. Quelques règles d'organisation suggèrent qu'il existe bien une image de la cellule associée à certains gènes du paléome. Cependant le programme génétique n'est pas un texte écrit dans un monde abstrait. Il est porté par une molécule particulière, l'ADN, qui est contrainte par les lois de la physique des polymères et de la chimie. Un génome type occuperait un volume de rayon dix fois supérieur à celui de la cellule. Pouvons-nous découvrir les règles de l'organisation de l'ADN? L'analyse des mots "flous" montre que c'est possible. Nous montrons alors que nous devons prendre en compte ces contraintes, associées à celles de la transcription et de la traduction. Pour finir, nous mettons en évidence quelques règles de la vie en contexte, exactement ce qu'il nous faut prendre en compte pour créer une usine cellulaire, où un ensemble de gènes (formant le cénome) permet l'occupation d'une niche spécifique.

    		  

    en-flagSynthetic biology postulates that combining biological nuts and bolts (at the level of DNA) and placing the corresponding artificial genome in an appropriate recipient cell will result in a cell factory sufficient for its own reproduction, as well as its ability to perform designed tasks. This view assumes that a living cell behaves as a Turing machine constructing Turing machines. It supposes that a specific structure of data+program can be physically separated from the machine and that the program can be expressed into a replicator and a constructor that harbours an image of the machine it will construct. We show that bacteria might provide us with a blueprint of the synthetic cell, when we strip it from unnecessary appendages, spandrels and the like. Briefly, a set of persistent genes (named the paleome, to remind us that its function evolved from a particular scenario of the origin of life) define the replicator and the constructor programs, with the important addition of genes required for maintenance and repair. Some rules of organization will be described suggesting that there may indeed be some kind of image of the cell associated to some of the genes making the paleome. However, the genetic program is not a text written in an abstract world. It is imbedded in a special molecule, DNA, that is constrained both by rules of chemistry and rules of polymer physics. A typical genome would spontaneously occupy a volume with a radius ten times larger than the radius of the cell. Can we uncover constraints of DNA organization? A first analysis of flexible words in genomes suggests that it is so indeed. We suggest that much reflection is needed to approach the way an artificial cell would be created, with particular emphasis on the organization of transcription and translation. Finally we give a few rules pertaining to developing life in context — exactly what would be the purpose of designing a cell factory, where particular sets of genes allow the cell to occupy a specific niche.

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  • Transcultura International Meeting

    Order and Disorder
    Chinese Academy of Social Sciences, Beijing, China
    5-7 march 2007

    « Survivre dans un avenir imprévisible : quelques conséquences malheureuses de la génération de la diversité, et la Civilisation comme remède »

    • pdf Presentation in English (772 kb)

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  • Les Rencontres du Palais Thott
    Ambassade de France, Kongens Nytorv, November 23, 2006

    « Nature and Artifice: a reflection on domestication and GMOs »

    • pdf Conference (628 kb)

    BioCampus Conference « Public Perception of GMO »
    November 24, 2006, The Old University building, Copenhagen

    « An avatar of domestication: GMOs »

    pdf Summary (428 kb)       Questions and Answers on the Danish TV (DR2)

    fr-flag L'explosion démographique a conduit à industrialiser l'agriculture en accélérant le processus de domestication. Les organismes génétiquement modifiés représentent le dernier avatar de ce processus. Les réactions du public à cet égard sont bien compréhensibles car elles manifestent simplement le désarroi devant les changements extraordinaires subis par la Terre depuis une cinquantaire d'années. Cependant la Nature elle-même pourrait se venger des outrages que l'Homme lui fait subir, car l'Artifice ne peut subsister que dans un environnement très protégé. Un raisonnement simple démontre alors que les OGM animaux sont potentiellement bien plus dangereux que les OGM végétaux et de sérieux problèmes pourraient apparaître de ce côté.

    		 

    en-flagHuman demographic explosion required industrialisation of agriculture via acceleration of the process of domestication. Genetically modified organisms are the latest avatar of that process. Public reactions in this domain are quite understandable as they show how people are disoriented by the extraordinary changes suffered by the Earth for the past fifty years. However Nature might come back with a vengeance as Artifice can only survive in a highly protected environment while Nature is adapted to propagate in unpredictable environments. Indeed, a straightforward line of reasoning shows that animal GMOs can in principle become much more dangerous than plant GMOs, and major problems could come from that quarter.

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  • L'Homme Artificiel, au service de la Société

    Collège de France, Paris
    12-13 octobre 2006

    « De la biologie symplectique à la biologie synthétique : saurons-nous construire un organisme vivant ? »

    • pdf Conférence (1,4 Mo) mp4

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  • 40 years Spetsai Summer School Anniversary Workshop on Molecular and Cell Biology at Spetsai: Past, Present and Future — A Forty Years's Anniversary

    Spetses Hotel, Island of Spetses, Greece
    1-5 september 2006

    « From symplectic biology to synthetic biology: Universals in microbial genomes »

    • pdf Lecture (1.4 Mb)

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  • In-Silico Analysis of Proteins. Celebrating the 20th Anniversary of Swiss-Prot

    Fortaleza, Brazil
    30 July - 4 August 2006

« Symplectic biology: lessons from microbes »     video  Video

« Coping with cold and aging: lessons from the genome of Pseudoalteromonas haloplanktis »    video   Video

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  • European Union / US Department of Energy Synthetic Biology Workshop

    Warrington, Virginia, USA
    24-25 april 2006

« Symplectic biology: Universals in microbial genomes »

pdf Presentation (1.4 Mb)

  • Taipei, Taiwan
    22 february 2006

« Symplectic biology: Lessons from microbial genomes »

  • Newcastle-upon-Tyne
    25 january 2006

« Coping with cold and aging: Lessons from the genome of the versatile Antarctica bacteria Pseudoalteromonas haloplanktis TAC125 »

1995 - 2005

  • The knowledge-based bio-economy
    Transforming life sciences knowledge into new, sustainable, eco-efficient and competitive products
    European Commission, Brussels, Belgium
    15-16 September 2005

    • « Micro-organisms: untapped genetic resources; The cell factories: what microbes can bring to us»

  • European Bioinformatics Institute, Hinxton, UK
    4 July 2005

    • « For a symplectic biology: is there a link between the architecture of the cell and that of the genome? »

  • Le Logique et le Biologique
    Université Paris I Sorbonne
    22 avril 2005
    Paris, France

    « La métaphore de l’ordinateur est-elle appropriée pour décrire les organismes vivants? Stabilisation fonctionnelle sélective »

pdf Présentation (0,88 Mo)

Cette présentation, limitée à sa première partie faute de temps, tente de placer la biologie dans un nouveau contexte, celui d'une biologie des relations, qu'on pourrait nommer "biologie symplectique".

 

This presentation, limited to its first part for lack of time, attempts to place biology in a new context, centered on relationships. We propose that this view opens the field of "symplectic biology".

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  • Science and today's vision of the World
    Istituto Veneto di Scienze, Lettere ed Arti
    11-13 March 2005
    Palazzo Franchetti
    Venezia, Italy

    • "Is the computer metaphor relevant to describe living organisms?
    Functional stabilization and epigenesis"

    pdf Presentation (1.74 Mb)

Related publications:

C Médigue, T Rouxel, P Vigier, A Hénaut, A Danchin
Evidence for horizontal gene transfer in Escherichia coli speciation
J Mol Biol (1991) 222: 851-856 pdf

Cette conférence rappelait l'article qui montre, pour la première fois, que dans le génome de la bactérie la mieux connue, Escherichia coli, un sixième des gènes provient d'ailleurs. Ce résultat, qui démontre l'importance considérable du transfert génétique latéral chez les bactéries, montre aussi que la fidélité de la réplication n'est pas le caractère premier des espèces, mais que les gènes de correction des erreurs se propagent par transfert horizontal.

 

This article showed, for the first time, that in the genome of the best known bacteria, Escherichia coli, one sixth of the genes comes from outside. This result, that emphasizes the importance of lateral gene transfer in bacteria, also shows that replication accuracy is not a prime character of wild type species, but that genes coding for error proof-reading are propagated by horizontal transfer.

M Borodovsky, JD McIninch, EV Koonin, KE Rudd, C Médigue, A Danchin
Detection of new genes in a bacterial genome using Markov models for three gene classes
Nucleic Acids Res (1995) 23: 3554-3562

A Danchin
mRNA turnover and DNA synthesis: a lesson from bacterial genome comparisons Mol Microbiol (1996) 20: 895-897

Cet article résume une série d'exposés (1994-1996) où l'idée de l'exploration des voisinages génomiques, bibliographiques et métaboliques est illustrée par la mise en évidence un rôle spécifique de la dégradation de l'ARN dans la synthèse de novo de l'ADN

  

This article summarizes a series of presentations (1994-1996) where the exploration of neighborhoods in the genome, in the literature and in metabolic pathways is illustrated by the discovery of a coupling in bacteria between mRNA degradation and DNA de novo synthesis

A Danchin
Comparison between the Escherichia coli and Bacillus subtilis genomes suggests that a major function of polynucleotide phosphorylase is to synthesize CDP
DNA Res (1997) 4: 9-18

P Nitschké, P Guerdoux-Jamet, H Chiapello, G Faroux, C Hénaut, A Hénaut, A Danchin
Indigo: a World-Wide-Web review of genomes and gene functions
FEMS Microbiol Rev (1998) 22: 207-227 pdf

Cet article illustre popular le concept de voisinage permet de faire des inférences efficaces. Il décrit la base de données Indigo où le voisinage des gènes d'organismes modèles peut être exploré

  

This article illustrates how the concept of neighborhood allows investigators to perform inductive reasoning. It describes the Indigo database where gene neighborhoods can be explored

EPC Rocha, A Sekowska, A Danchin
Sulphur islands in the Escherichia coli genome: markers of the cell's architecture?
FEBS Lett (2000) 476: 8-11 pdf

A Sekowska, V Dénervaud, H Ashida, K Michoud, D Haas, A Yokota, A Danchin
Bacterial variations on the methionine salvage pathway
BMC Microbiol (2004) 4: 9 BMC

  • First EuroScience Open Forum (ESOF2004)
    25-28 August 2004
    Stockholm City Conference Centre in Stockholm, Sweden

  • Uehara Memorial Foundation Symposium
    Genome Science: Towards a new paradigm? 3-5 June 2000
    Organized by Hiroshi Yoshikawa, Naotake Ogasawara and Noriyuki Sato
    Tokyo, Japan

    "Just so genome stories: what does my neighbor tell me?"

    pdf Lecture

  • The concept of neighborhood in genomics was presented as a core in silico method during many lectures from 1994 (at the EMBL in Heidelberg) to year 2000 (mostly in various places in the USA and in UK), illustrated by the exploration of the enigmatic link between the gene mssA (cmk) and gene rpsA in an operon conserved throughout bacterial clades. The concept of neighborhood was first implemented in the Entrez software at the NCBI.

    An illustration is the following excerpts:

  • 15 - 17 May 1991 "Databases for bacterial genomes"
    "Genome analysis research in the EC", Elounda, Crete, Greece

Cette conférence, peu connue en raison de la domination européenne d'alors, marquait la première grande découverte de la génomique: dans le chromosome III de la levure, et dans près de 100 kb du génome de Bacillus subtilis on remarquait une bonne moitié de gènes totalement inconnus. Piotr Slonimski les nomme alors les "EEC genes" (comme l'acronyme de l'Union Européenne de ce temps) pour "elusive, esoteric, conspicuous genes". La construction de bases de données relationnelles introduit le concept de voisinage dans l'analyse des génomes

 

This conference is little known as it marked a clear European domination in genomics, back in 1991. There the first major discovery of genomics was presented: in yeast chromosome III as well as in a contiguous segment of almost 100 kb of Bacillus subtilis one found some half of the genes of totally unknown structure and function. Piotr Slonimski coins the name"EEC genes" (as the acronym of European Union at that early time) for "elusive, esoteric, conspicuous" genes. The construction of relational microbial genome databases introduces the concept of neighborhood in genome analysis

  • 25-28 September 1996
    Final EU Conference of the "Yeast Genome Sequencing Network"
    Trieste, Italy.

    "In silico comparison of bacterial genomes"

P Glaser, F Kunst, M Arnaud, M-P Coudart, W Gonzales, M-F Hullo, M Ionescu, B Lubochinsky, L Marcelino, I Moszer, E Presecan, M Santana, E Schneider, J Schweizer, A Vertes, G Rapoport, A Danchin
Bacillus subtilis genome project: cloning and sequencing of the 97 Kb region from 325o to 333o
Mol Microbiol (1993) 10: 371-384

  • 10 -14 September 1992 "Colibri: a functional database for the Escherichia coli genome"
    First Escherichia coli genome meeting - Madison, USA

C Médigue, A Viari, A Hénaut, A Danchin
Colibri: a functional data base for the Escherichia coli genome
Microbiol Rev (1993) 57: 623-654

A Danchin
A brief history of genome research and bioinformatics in France
Bioinformatics (2000) 16: 65-75

  • 2-6 October 1994 "On genomes and cosmologies: the Bacillus subtilis example"
    Twentieth EMBO Annual Symposium 1994 "Genomes and Chromosomes", Heidelberg, Germany
  • 4 -12 November 1994 "Large scale analysis of the E. coli genome"
    Third International Escherichia coli Genome Meeting - Woods Hole MA, USA

C Médigue, T Rouxel, P Vigier, A Hénaut, A Danchin
Evidence for horizontal gene transfer in Escherichia coli speciation
J Mol Biol (1991) 222: 851-856 pdf

Cet article montrait, pour la première fois, que dans le génome de la bactérie la mieux connue, Escherichia coli, un sixième des gènes provient d'ailleurs. Ce résultat, qui démontre l'importance considérable du transfert génétique latéral chez les bactéries, montre aussi que la fidélité de la réplication n'est pas le caractère premier des espèces, mais que les gènes de correction des erreurs se propagent par transfert horizontal

  

This article showed, for the first time, that in the genome of the best known bacteria, Escherichia coli, one sixth of the genes comes from outside. This result, that emphasizes the importance of lateral gene transfer in bacteria, also shows that replication accuracy is not a prime character of wild type species, but that genes coding for error proof-reading are propagated by horizontal transfer

The concept of neighborhood, later to be the basis for a new area of bioinformatics pdf  has been proposed as a basis for inductive reasoning in genome studies and illustrated in all the following lectures:

Slide (1995) of an unlimited list of relevant neighborhoods to be combined to construct an inductive approach to biological functions pdf

  • 25-28 June 1995
    Eighth Bacillus subtilis international conference, Standord, Ca, USA

    "New insights from the study of B. subtilis in silico"

P Nitschké, P Guerdoux-Jamet, H Chiapello, G Faroux, C Hénaut, A Hénaut, A Danchin
Indigo: a World-Wide-Web review of genomes and gene functions
FEMS Microbiol Rev (1998) 22: 207-227 pdf

Cet article illustre popular le concept de voisinage permet de faire des inférences efficaces. Il décrit la base de données Indigo où le voisinage des gènes d'organismes modèles peut être exploré

  

This article illustrates how the concept of neighborhood allows investigators to perform inductive reasoning. It describes the Indigo database where gene neighborhoods can be explored
  • 5-8 October 1996
    Eighth International Genome Sequencing and Analysis Conference
    Hilton Head Island, Savannah, USA

    • "Small genomes: sequencing, functional characterization and comparative genomics"

  • 23-27 October 1996
    Genome Symposium, Seoul, South Korea

    • "Lessons from in silico comparison of bacterial genomes"

  • 27-30 October 1996
    "Recent Advance in Genome Biology of Micro-organisms". International symposium, Kasuza DNA Research Institute, Japan

    • "Bacterial genomes in silico"

  • 25-28 January 1997
    Small genomes: sequencing, functional characterization and comparative genomics (TIGR Science Education Foundation, inc;), Hilton Head, Savannah, USA.

    • "Lessons from bacterial genomes comparison in silico"

  • 6-9 April 1997 Integrating Genetic, Biochemical and other Data in the Post-Genomics Era
    The Banbury Center, Cold Spring Harbor Laboratory, USA

    "The concept of neighborhood for genome annotation"

  • 24-27 June 1997
    The Fifth International Conference on Intelligent Systems for Molecular Biology (ISMB-97) Hakidiki, Greece.

    "Bacterial genomes in silico"

  • 15 -19 July 1997
    9th International Conference on Bacilli
    Lausanne, Switzerland.

    "Bacillus subtilis in silico"

  • 17- 21 August 1997
    8th European Congress on Biotechnology
    70th Event of the European Federation of the Biotechnology
    Budapest, Hungary
"The concept of neighborhood in genome exploration"

  • Hong Kong Baptist University, Lectures in Physics
    16 October 2001
    Hong Kong, China

    • "The map of the cell is in the chromosome"

Related publications:

A Danchin
The Delphic boat or what the genomic texts tell us
Bioinformatics (1998) 14: 383  

A Danchin
From protein sequence to function
Curr Opin Struct Biol (1999) 9: 363-367 pdf

  • Université de tous les savoirs
    Qu'est-ce que la vie?
    Conservatoire des Arts et Métiers, quatrième confèrence, 4 Janvier 2000
    Paris

    "L'identité génétique"

Extraits vidéo de la conférence

Publication associée:

fr A Danchin
L'identité génétique
Volume 1: Qu'est-ce que la vie? coordonné par Yves Michaud, Odile Jacob (2000) p 59-68

  • 7th Western Pacific Congress on Chemotherapy and Infectious Diseases
    WPCCID, 11-14 December 2000
    Hong Kong, China

S Brunak, A Danchin, M Hattori, H Nakamura, K Shinozaki, T Matise, D Preuss
Nucleotide sequence database policies
Science (2002) 298: 1333 pdf

  • Mining bacterial genomes
    National Research Council, April 16-17, 1999
    Roma, Italy

"The map of the cell is in the chromosome"

Related publication:

A Danchin, A Hénaut
The map of the cell is in the chromosome
Curr Opin Genet Dev (1997) 7: 852-854

  • Eighth Workshop on Genome Informatics (GIW '97)
    University of Tokyo
    12- 13 December 1997
    Tokyo, Japan

"The map of the cell is in the chromosome"

  • 8th European Congress on Biotechnology
    70th Event of the European Federation of the Biotechnology
    17- 21 August 1997
    Budapest, Hungary

"Biotechnology and genomes"

pdf Summary of the presentation

1995 l'année Pasteur

Related publications:

A Danchin
Homeotopic transformation and the origin of translation
Progress in Biophysics and Molecular Biology (1989) 54: 81-86

Il est amusant de constater qu'à l'Institute for Scientific Information, le titre de cet article a été changé et a confondu "homeotopic" avec "homeotropic" en altérant significativement le sens

  

It is revealing to note that the title of this article has been misspelled at the Institute for Scientific Information, modifying "homeotopic" into "homeotropic", changing the meaning of the concept

S Lévy, A Danchin
Phylogeny of metabolic pathways: O-acetylserine sulphydrylase A is homologous to the tryptophan synthase beta subunit
Mol Microbiol (1988) 2: 777-783 pdf

Cet article démontre pour la première fois la parenté entre la biosynthèse du tryptophane et celle de la cystéine (codés par la même case du tableau du code génétique). Il conforte l'idée de l'existence de transformations homéotopiques à l'origine de la vie

  

This paper shows for the first time the common origin in tryptophane and cysteine biosynthesis (coded by the same box in the genetic code table). It substantiates the idea of homeotopic transformations at the origin of life

fr A Danchin
Une Aurore de Pierres. Aux origines de la vie
Le Seuil (1990), 276 pp

A Danchin
"Uma aurora de pedras. Nas origens da vida", Portuguese translation; Almedina, Coimbra 1992

A Danchin
Dai minerali alla vita
Prometeo (1996) 14: 16-21

fr A Danchin
Des minéraux à la vie: une alternative à la soupe prébiotique
In: Dictionnaire de l'ignorance, Aux frontières de la Science (PUF) (1998) pp 196-212

 

 
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