Mots-Clés
metabarcoding
taxonomie
fonctions
inférence
Description
Contexte scientifique
Salmonella est la seconde cause de maladies humaines d’origine alimentaire, entraînant une mortalité substantielle. En fonction de l’hôte et du phénotype, Salmonella a la capacité de causer un large spectre de maladies allant de l’infection systémique létale à l’infection asymptomatique. Chez le porc et le poulet, Salmonella peut induire une infection systémique potentiellement létale, mais évoluant fréquemment en portage asymptomatique. Les individus porteurs sont un enjeu important pour la santé humaine et animale. En effet, les animaux qui excrètent de haut niveaux de bactéries peuvent non seulement contaminer leurs congénères mais également les produits carnés au moment de l’abattage. La transmission de Salmonella est ainsi généralement causée par la consommation de nourriture contaminée d’origine animale, notamment les œufs et la volaille.
Le séquençage de marqueurs géniques, comme le gène de l’ARNr 16S, est couramment utilisé pour caractériser la diversité des organismes dans des échantillons environnementaux ou issus d’expérience. À partir de ces données, des affiliations taxonomiques, telles que les unités taxonomiques opérationnelles (OTUs), peuvent ensuite être utilisées pour estimer les fonctions biologiques potentielles. Une telle méthode de recherche permet ainsi d’associer les avantages du séquençage de marqueurs (faible coût comparé au séquençage de génome complet, manipulation des données plus aisée et rapide, possibilité de série temporelle de plus grande ampleur) à ceux d’une analyse fonctionnelle allant au-delà de l’approche taxonomique.
Divers outils ont été développés pour estimer les profils fonctionnels associés à une OTU, tels que PICRUSt2 (Douglas et al., 2020), Paprica (Bowman et Ducklow, 2015), ou Tax4Fun2 (Wemheuer et al., 2020) et plus récemment EsMeCaTa (Belcour et al., 2025). Ainsi, nous avons utilisé PICRUSt2 avec succès dans deux publications récentes (Kempf et al., 2023, 2025). Cet outil est néanmoins limité pour au moins deux raisons :
• Il ne fait pas de lien explicite entre fonction et taxa, ce qui peut être utile notamment si on cherche ultérieurement à favoriser telle ou telle fonction en agissant sur la composition taxonomique ;
• L’information fonctionnelle au niveau supérieur est limitée à la seule base de donnée MetaCyc, payante et limitée, et aux fonctions métaboliques.
Les outils plus récents comme EsMeCaTa n’ont pas ces limitations.
Objectifs/questions scientifiques
Durant ce stage nous proposons (1) de comparer 3 outils de reconstruction des fonctions biologiques à partir de table d’abondance d’OTUs : PICRUSt2, Tax4Fun2 et EsMeCaTa puis (2) d’interpréter les résultats obtenus pour chaque outil dans le contexte des infections asymptomatiques à Salmonella.
Ceci sera fait tout d’abord à partir de jeux de données de metabarcoding 16S simulés à l’aide de l’outil M&Ms (Garcia-Garcia et al., 2022) afin d’évaluer le comportement des outils testés dans le cadre de données typiquement obtenues par séquençage 16S du microbiote intestinal. Cet outil permet en entrée de choisir la complexité de la communauté microbienne simulée. Des jeux de données de complexité croissante seront utilisés : pour commencer, seuls 10 taxa seront utilisés, dont un seul portera des fonctions attendues (e.g. typique des Gram- ou des microaérophiles). Par la suite, des communauté plus complexes, plus proches de microbiotes réels seront simulées.
Dans un deuxième temps, des jeux de données réels, dans lesquels des fonctions typiques de la perturbation du microbiote causées par Salmonella avaient été détectées, seront employés (Kempf et al., 2023, 2025). Si le temps le permet, des jeux de données pour lesquels de tels outils n’ont jamais été utilisés pourront être investigués (e.g. Kempf et al., 2020). L’étudiant réalisera ensuite l’interprétation biologique des fonctions trouvées ou retrouvées à l’aide des différents outils, compte tenu des connaissances sur l’effet attendu de Salmonella sur un microbiote hôte.