Segregation choreography of the two chromosomes of Vibrio cholerae
Chorégraphie de ségrégation des deux chromosomes de Vibrio cholerae
Résumé
The aim of this thesis is to define the segregation choreography of the two circular chromosomes of Vibrio cholerae, which is the positionning of the genetic information during cell growth, as well as the mecanisms directing those segregations. It was supposed for a long time that bacteria were too small to have a intra-cellular organization and the lack of appropriate tools could not prove this hypothesis wrong. The size of the chromosomes compared to the size of the cell means there has to be a compaction and today, new tools for microscopy and genetic analysis allow us to affirm that all bacterial chromosomes studied so far have an organization and a segregation choreography which are precise and different between specie. Most bacterial specie studied to this day have a unique circular chromosome : the replication of the chromosome starts at a unique and bidirectionnal origin, both replication forks move along the two replication arms (or replichores) and end the replication at the terminus which is diametrically to the opposite of the origin on the chromosome map. A few specie have been studied, and Vibrio cholerae progressively emerges as a new model : its genome is divided between two chromosomes, and the choreography of several chromosomes in a cell has never been described. Moreover, this species seems to be at the crossover between Caulobacter crescentus and Escherichia coli : Vibrio cholerae as on one hand, a crescent shape, partition systems positionned at both origins and a positionning of the chromosome I origin similar to C. crescentus, and on the other hand a compaction system of the terminus and a set of genes involved on the maintenance of chromosomes that one only finds in very few specie closely related to E. coli. An other interesting characteristic of V. cholerae is that the chromosome II seems to have been acquired recently and thus might not be governed by the same mecanisms as the chromosome I, as shown by the positionning of its origin and terminus which are completely new to bacterial chromosomes. Among Vibrios (about 60 species mostly found in aquatic environments), some species are devastating pathogens for fish, coral, crustacean and shellfish. But the most documented one is Vibrio cholerae, because it induces a disease in humans caused by the ingestion of contaminated water, which can be deadly if the patient is not rehydrated on time. Although easily treatable, cholera still makes a lot of victims in developing countries where health structures and basic hygiene sometimes lack dramatically. The study of Vibrio cholerae has a medical interest, but also by extention to other Vibrios, a non-negligible environmental interest.
L’objectif de cette thèse est de définir la chorégraphie de ségrégation des deux chromosomes circulaires de Vibrio cholerae, c’est à dire le positionnement de l’information génétique au cours de la croissance de la cellule, ainsi que les mécanismes dirigeant ces ségrégations. Il a longtemps été supposé que les bactéries étaient trop petites pour avoir une organisation intra-cellulaire, et le manque de techniques appropriées ne permettait pas d’infirmer cette hypothèse. Or la taille des chromosomes comparée à celle de la bactérie impose une compaction et aujourd’hui, de nouvelles techniques de microscopie et d’analyse génétique permettent d’affirmer que les chromosomes bactériens étudiés jusqu’à maintenant ont tous une organisation et une chorégraphie de ségrégation précises et différentes selon les espèces. Toutes les espèces étudiées à ce jour ont un chromosome circulaire unique : la réplication du chromosome commence à une origine unique bidirectionnelle, les deux fourches de réplication se déplacent le long des deux bras de réplication (ou réplichores) et finissent la réplication au terminus, diamétralement à l’opposée de l’origine de réplication sur la carte du chromosome. Peu d’espèces ont été étudiées, et Vibrio cholerae émerge progressivement comme un nouveau modèle : son génome est réparti sur deux chromosomes, et la chorégraphie de plusieurs chromosomes dans une cellule n’a jamais été décrite. De plus, cette espèce semble être au croisement évolutif entre Caulobacter crescentus et Escherichia coli : Vibrio cholerae a d’une part une morphologie en croissant, des systèmes de partition aux origines et un positionnement de l’origine du chromosome I, semblables à C. crescentus, et d’autre part un système de compaction du terminus et un set de gènes impliqués dans la maintenance du chromosome ayant co-évolué, qu’on ne retrouve que dans peu d’espèces proches d’E. coli. Une autre caractéristique intéressante de V. cholerae est que le chromosome II semble avoir été acquis récemment et n’est donc peut être pas gouverné par les mêmes mécanismes que le chromosome I, comme en témoignent le positionnement de son origine et son terminus, inédits pour des chromosomes bactériens. Parmi les Vibrios (environ 60 espèces principalement retrouvées dans les environnements aquatiques), certaines espèces sont des pathogènes dévastateurs pour les poissons, le corail, les crustacés ou les fruits de mer. Mais la plus documentée est Vibrio cholerae, car elle provoque chez l’Humain une maladie provoquée par l’ingestion d’eau contaminée qui peut être mortelle si le patient n’est pas réhydraté à temps. Bien que facilement traitable, le choléra fait encore de nombreuses victimes dans les pays en développement où les structures de santé et les règles d’hygiène font parfois défaut. Ainsi l’étude de Vibrio cholerae présente un intérêt médical, mais également par extension aux autres Vibrios, un intérêt environnemental non négligeable.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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