La coévolution antagoniste bactérie - bactériophage : contraintes génétiques appliquées au modèle expérimental Escherichia coli - PhiX174

Antagonistic coevolution between bacteria and bacteriophages : genetic constrains applied on the experimental model Escherichia coli - PhiX174

• Auteur / Autrice : Alix Michel Cavalié
• Direction : Olivier Tenaillon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Diversité du vivant
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés libres

Coévolution antagoniste

Escherichia coli

PhiX174

Contraintes génétiques

Bactériophage

Résumé

Les bactéries et les bactériophages (phages), sont ubiquitaires. Parasites obligatoires des bactéries, les phages modifient fortement la diversité et la dynamique des populations bactériennes. Comprendre l’interaction bactérie-phage, pour prévoir et contrôler son évolution a de nombreux intérêts en écologie, industrie, et santé publique. La coexistence des bactéries et des phages repose en partie sur la coévolution antagoniste qui s’établit entre eux. Nous avons choisi d’étudier les contraintes génétiques limitant la coévolution entre Escherichia coli et PhiX174. En étudiant la niche écologique de PhiX174, nous avons établi que les souches sensibles à ce phage étaient rares et remarquables par leur diversité phylogénétique. De plus, alors que le lipopolysaccharide (LPS) est le récepteur reconnu par PhiX174, nous avons démontré que PhiX174 peut lyser des bactéries arborant des LPSs très variés, ce qui contraint la population bactérienne à résister autrement qu’en modifiant son récepteur. Puis, en modifiant le génotype de l’hôte bactérien, nous avons profondément altéré la pérennité de la coexistence bactérie-phage. Enfin, la mise en place d’un protocole de coévolution entre E. Coli C et PhiX174 nous a permis de discuter de l’évolution de la pression de sélection induite par les phages sur la population bactérienne et de l’existence d’un compromis entre virulence et infectivité. Il semblerait, en définitive, que les fortes relations épistatiques entre les gènes participant à l’interaction bactérie-phage, sont autant de contraintes génétiques qui s’ajoutent aux contraintes écologiques déjà décrites et limitent la coévolution antagoniste qui s’établit entre E. Coli et PhiX174.

Bacteria and bacteriophages are ubiquitous. Obligate parasites of bacteria, bacteriophages significantly alter the diversity and the dynamics of bacterial populations. Understanding the interactions between bacteria and bacteriophages in order to predict and control their evolution, has many interests in ecology, industry, and public health. The coexistence of bacteria and bacteriophages is partly due to antagonistic coevolution dynamics that established between them. Here, we chose to study the genetic constraints limiting the coevolution between Escherichia coli and PhiX174. Studying the ecological niche of PhiX174, we found that the sensitive strains to this bacteriophage, were both rare and remarkable for their phylogenetic diversity. Moreover, while the lipopolysaccharide (LPS) is recognized as the receptor of PhiX174, we demonstrated that PhiX174 can lyse bacteria displaying a variety of LPS, compelling the bacterial population to resist except by amending its receptor. Then, modifying the genotype of the bacterial host inoculated with PhiX174, we have profoundly altered the duration of the bacteria-phage coexistence. Finally, we established a protocol of coevolution between E. Coli and PhiX174 which allowed us to discuss the evolution of the selection pressure induced by bacteriophages on bacterial population and the existence of a compromise between virulence and infectivity. It seems, ultimately, that epistatic relationships between genes involved in bacteriabacteriophage interactions are strong genetic constraints limiting the antagonistic coevolution between E. Coli and PhiX174, in addition to ecological constraints already described.