De l’usage du polymorphisme de répétitions en tandem pour l’étude des populations bactériennes : mise au point et validation d’un système de génotypage automatisé utilisant la technique de MLVA

The use of tandem repeats polymorphism for bacterial populations study : conception and validation of a MLVA-based automated genotyping system

• Auteur / Autrice : Daniel Sobral
• Direction : Gilles Vergnaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génomique
• Date : Soutenance le 02/05/2012
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Gènes, Génomes, Cellules (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Institut : Institut de génétique et microbiologie (Orsay)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Capy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gilles Vergnaud, Pierre Capy, Frédéric Laurent, Nathalie Van der Mee, Jean-Louis Gaillard, Thierry Wirth, Fabienne Loisy-Hamon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Laurent, Nathalie Van der Mee

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génomique comparative

Épidémiologie moléculaire

Bactéries pathogènes

Mots clés libres

MLVA

VNTR

Répétitions en tandem

Génotypage

Génomique

Bactéries

Pathogènes

Épidémiologie moléculaire

Structure de population

Phylogénie

Legionella pneumophila

Pseudomonas aeruginosa

Staphylococcus aureus

CIFRE

MLVA

VNTR

Tandem repeats

Genotyping

Genomic

Bacteria

Pathogens

Molecular epidemiology

Population structure

Phylogeny

Legionella pneumophila

Pseudomonas aeruginosa

Staphylococcus aureus

CIFRE

Résumé

Les espèces bactériennes exhibent plusieurs états de structure de populations pouvant varier de clonale à panmictique selon l'importance des transferts horizontaux et la nature de leur écosystème. Dans mon travail de thèse, je me suis intéressé à trois espèces bactériennes, Staphylococcus aureus, Legionella pneumophila et Pseudomonas aeruginosa qui reflètent trois situations différentes. Afin de pouvoir décrire de façon rapide de grandes collections de souches, j'ai utilisé comme marqueurs de diversité le polymorphisme de séquences répétées en tandem appelées VNTRs, pour Variable Number Tandem Repeat. La méthode MLVA, ou Multiple Loci VNTR Analysis, est une méthode de typage moléculaire qui s’appuie sur l’étude concomitante du polymorphisme de plusieurs loci VNTRs. Dans un premier temps, j'ai conçu des protocoles de typage automatisés pour les trois espèces considérées, puis j'ai appliqué ces outils pour traiter de questions d'épidémiologie. S. aureus, espèce à structure clonale, est un pathogène majeur responsable notamment de toxi-infections alimentaires collectives (TIAC). Les travaux réalisés ont permis de démontrer la spécificité d’hôte de certains complexes clonaux et l’origine humaine des cas de TIAC. L. pneumophila est un pathogène de l’environnement dont la structure de population est atypique : présumée panmictique dans la nature, la bactérie semble connaitre une évolution clonale lorsque son écosystème est restreint, dans un milieu anthropique par exemple. L’étude épidémiologique menée sur la population de L. pneumophila dans la ville de Rennes a mis en évidence la présence d’un écotype, non impliqué dans les cas cliniques épidémiques, particulièrement adapté aux réseaux d’eau. P. aeruginosa, modèle de bactérie panmictique, colonise les bronches de patients atteints de mucoviscidose. Le suivi longitudinal de patients indique que les souches installées sont persistantes et quasi-exclusive de la niche qu’elles occupent. L’exploration de cette diversité du monde bactérien est un préalable à l’investigation épidémiologique des maladies infectieuses. Avec un même outil moléculaire de première intention, cette thèse retrace l’épidémiologie et la structure de trois espèces bactériennes très différentes. L’adaptation à un nouvel environnement (hôte animal, niche écologique, organe) est l'occasion d'expansions clonales.

Bacterial species exhibit diversity in their population structure varying from clonal to panmictic according to the abundance of horizontal transfer and the nature of their ecosystem. During my PhD, I focused on three bacterial species, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa and Legionella pneumophila, which reflect three different situations. To perform the characterisation of large strain collections, I studied the polymorphism of molecular markers called VNTRs for Variable Number Tandem Repeat. MLVA (Multiple Loci VNTR Analysis) is a PCR based typing method that relies on the concomitant analysis of several VNTRs loci. Initially, I designed automated typing protocols for the three species, then I applied these tools to address issues of epidemiology. S. aureus, a clonal species, is a major cause of food poisoning. The present work confirmed the existence of host-specific clonal complexes and demonstrated the predominantly human origin of foodborne disease cases. L. pneumophila is an environmental pathogen whose population structure is atypical: it is presumed panmictic in the environment but the bacterium expands clonally when the ecosystem is restricted, in an anthropogenic habitat for instance. A long-term epidemiological monitoring of L. pneumophila populations in the city of Rennes highlighted the presence of an ecotype, not involved in epidemic cases, particularly adapted to hot water supply systems. P. aeruginosa, a well-described panmictic bacterium, colonizes CF patients’ airways. The longitudinal monitoring of patients provided evidence that the settled strains were persistent and exhibited strong exclusivity for the occupied niche. Exploring the bacterial world diversity is a prerequisite for epidemiological investigation of infectious diseases. Using a first-line molecular tool, these works trace the epidemiology and the population structure of three bacterial species. The adaptation to a new environment (animal host, ecological niche, organ) generally results in clonal expansions.