Contribution à l’étude génomique de parasites intracellulaires stricts

Informations générales
Nom
Ogata
Prénom
Hiroyuki
Diplôme
HDR
Année
2007
Détails de la thèse/HDR
Jury
Patrick FORTERRE
Guy Perrière
Jean WEISSENBACH
Frédéric BARRAS
Jean-Michel CLAVERIE
Résumé en français
En 1999, le laboratoire IGS venait de démarrer une collaboration sur le séquençage de plusieurs génomes de pathogènes microbiens avec l’Unité des Rickettsies (CNRS UMR6020, dirigé par le Professeur Didier Raoult) dans le cadre de Génopole Marseille-Nice. Les cibles du séquençage incluaient Rickettsia et Tropheryma whipplei. Ces bactéries sont des parasites intracellulaires qui vivent dans les cellules eucaryotes, soit celles de l’homme soit celles d’arthropodes. Dans le monde, la plupart des bactéries vivent dans un environnement plus ouvert comme le sol, la mer et les boyaux des animaux. Par contre, il y a des bactéries qui vivent obligatoirement dans les cellules eucaryotes en s’isolant d’autres communautés microbiennes. Pourquoi ont-elles choisi un tel style de vie si particulier ? Notre question de départ naïve nous a amené dans le domaine de l’étude des bactéries intracellulaires. Les raisons plus concrètes pour lesquelles nous nous sommes intéressés à ces bactéries sont : (1) Elles sont des pathogènes humains. Donc leurs séquences génomiques ont des intérêts directs dans l’aspect médical. Elles peuvent servir à développer des méthodes diagnostiques d’une manière directe. Les séquences peuvent également servir comme points de départ aux études de pathogénicité. (2) Elles ont des petits génomes ( 1Mb). J’ai une préférence pour une chose simple, comme je préférerais un plan avec deux lignes de métro à un autre d’une quinzaine de lignes. Dans le cas de génomes bactériens, la simplicité génomique des parasites intracellulaires peut impliquer une relation forte entre le génotype et le phénotype. Autrement dit, la prédiction fonctionnelle peut être plus efficace pour des petits génomes que pour des grands génomes bactériens car la prédiction se base sur la connaissance des fonctions des gènes chez des bactéries modèles avec un génome de taille moyenne (comme Escherichia coli, 4.6 Mb). Finalement, le séquençage et l’annotation de petits génomes sont relativement faciles à accomplir par une petite équipe. En bref, on peut s’attendre un bon rapport performance/coût lors du le séquençage d’un petit génome. (3) Elles sont difficiles à cultiver (i.e. des bactéries fastidieuses). Par exemple, les Rickettsia ne sont pas cultivables sans cellules eucaryotes. La difficulté de culture empêche la caractérisation expérimentale de ces bactéries. Nous avons considéré que le séquençage de leurs génomes est un moyen efficace pour dévoiler certains de leurs propriétés autrement inconnues. En plus, il est à noter que 99% des bactéries environnementales et 50% des bactéries de la bouche sont non-cultivables. La majorité de la connaissance biologique d’aujourd’hui ayant été obtenue par les études de quelques organismes modèles comme E. coli, nous pouvons nous attendre à rencontrer des phénomènes biologiques précédemment inconnus par l’analyse génomique de ces parasites réfractant à l’étude experimmentale. (4) Elles sont d’excellents modèles pour étudier l’évolution réductive de génome (i.e. une minimisation de génome). La réduction génomique est probablement un mode principal de l’évolution des génomes de la plupart des organismes cellulaires qui s’associent strictement aux autres organismes. Ce phénomène est observé dans de multiples lignées bactériennes, chez des archées [ex. Nanoarchaeum equitans (490-kb) parasitant le crenarchaeon Ignicoccus)] et chez des eucaryotes [ex. Encephalitozoon cuniculi (2,9-Mb) infectant des mammifères]. En étudiant les génomes de Rickettsia et T. whipplei, nous avons voulu répondre certaines questions centrales à ce phénomène. Par quels types d’étapes est-ce qu’un génome devient plus petit ? Que-est ce qui est le moteur principal pour l’évolution réductive ? Est-ce qu’il y a une limite pour la minimisation ? Est-ce qu’il y a une étape importante pour démarrer ce processus d’évolution génomique ? Est-ce que le processus est réversible ? Enfin, nous pouvons espérer améliorer notre vision de la première période des évolutions symbiotiques des organelles de cellules eucaryotes, notamment les mitochondries dérivées de l’ancêtre de Rickettsia. J’ai eu la chance formidable de participer au séquençage de notre première cible, Rickettsia conorii (Ogata et al. Science 2000, Ogata et al. Science 2001a, Ogata et al. Science 2001), puis de quatre autre espèces de Rickettsia (Ogata et al. PLoS Biol. 2005, Ogata et al. PLoS Genet. 2006, Blanc et al. PLoS Genet. 2007). J’ai également participé aux analyses du génome de T. whipplei (Raoult et al. Genome Res. 2003, Renesto et al. Lancet 2003). Mes approches dans ces travaux se caractérisent fortement par la combinaison de la prédiction fonctionnelle et la validation expérimentale directe. L’aspect validation était possible grâce aux liens forts entre l’équipe de bioinformatique et celles d’expérimentalistes de l’IGS (dirigé par Chantal Abergel) et de l’Unité des Rickettsies. Pendent ces travaux, j’ai essayé de formuler des hypothèses expérimentalement testables en tirant le meilleur parti de mes expériences antérieures à l’Université de Kyoto. Les hypothèses ou les prédictions qui ont été validées concernaient les expressions de gènes, les fonctions de gènes, les phénotypes et la mise en place d’une culture axénique (i.e. une culture sans cellules eucaryotes). Simultanément à cet axe principal (i.e. prédiction-validation), nous avons essayé de comprendre les histoires de ces génomes, dont le thème est « l’évolution réductive génomique ». En général, les études de l’évolution ont tendance à être théoriques. Néanmoins, nous avons essayé ici aussi de renforcer nos hypothèses en obtenant des nouveaux résultats expérimentaux. Outre ces projets génomiques bactériens, j’ai participé à l’analyse du génome de 1,2-Mb d’un virus géant, Acanthamoeba polyphaga mimivirus. Dans ce projet, j’ai contribué à la compréhension de l’aspect évolutif et phylogénique de ce génome (Raoult et al. Science 2004, Ogata et al. Science 2005). Dans les parties du mémoire qui suivent, je vais détailler mes travaux concernant la génomique de « Rickettsia » dans le Chapitre 2, de « T. whipplei » dans le Chapitre 3 et de « mimivirus » au Chapitre 4.