Etude fonctionnelle de la communauté microbienne de la peau par une approche métagénomique

Functional study of the skin microbial community by metagenomics

• Auteur / Autrice : Alban Mathieu
• Direction : Pascal Simonet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génomique microbienne
• Date : Soutenance le 25/04/2014
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ampère
• Jury : Président / Présidente : Timothy Vogel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gérard Lina, Eric Pelletier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Max Maurin, Jean-François Brugere

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métagénomique

Microflore

Diversité microbienne

Mots clés libres

Microbiote cutané

Approche metagénomique

Metagenomics

Résumé

La peau l’un des plus grands organes du corps humain avec une superficie moyenne de 1,5m2 à 2m2 est à l’interface avec le monde extérieur et régule les échanges entre les deux milieux. Avec ses nombreuses invaginations et des apports nutritifs constants cet écosystème favorise la colonisation par des microorganismes. Les études taxonomiques basées sur le séquençage du gène rrs après amplification PCR à partir de l’ADN extrait ont permis de découvrir la diversité des différentes populations microbiennes qui colonisent la peau humaine dont peu sont cultivables in vitro. A côté des espèces communes à tous les individus une certaine spécificité individuelle a été trouvée de même qu’il a été montré que la surface du corps humain se différencie en régions avec des spécificités physico-chimiques propres pour lesquelles des correspondances taxonomiques du microbiote ont été détectées. Ce travail de thèse, réalisé dans le cadre d’un contrat CIFRE avec la société LibraGen a eu pour but d’aborder le volet fonctionnel du microbiote cutané grâce à l’application de l’approche séquençage haut débit de l’ADN metagénomique bactérien extrait de la peau humaine. Cet objectif a nécessité le développement d’une méthode de prélèvement‐extraction de l’ADN afin de remédier aux contraintes spécifiques de l’écosystème étudié, une faible densité microbienne et la putative présence de contamination par l’ADN humain. Les données de séquence obtenues nous ont permis de caractériser le potentiel fonctionnel du microbiote cutané des différents sites cutanés et, par comparaisons inter-environnementales de déterminer les fonctions spécifiquement rencontrées dans ce microbiote lié à l’homme. Les applications de ces travaux sont importantes comme par exemple la démonstration d’un effet sur le microbiote d’une application quotidienne d’onctions qui modifie tant la diversité taxonomique que le potentiel fonctionnel du microbiote cutané.

Skin is one of the largest human organs, with an average surface of 1.8 m2. At the interface between the human body and its external environment, skin is continually exposed to chemical and biological aggression and provides efficient protection of the human body. Its appearance is a good indicator of internal health, as skin reacts very rapidly to any change. Historically, skin microbiology was limited to the study of microorganisms isolated from skin pathologies, including those that provoke the pathological state and those that result from the pathology. However, the presence of skin microorganisms extends far beyond these pathological aspects, as non-pathological bacteria are detected everywhere on the skin, with up to 107 bacterial cells by cm2 in some areas. Skin is not a sterile human organ, but acts as an ecological niche for commensal microor- ganisms whose presence participates in protection against pathogens by preventing their colonization. Skin microbiology had been studied long before consid- ering the commensal skin bacteria, the majority of which could not be cultivated in vitro and the role of which was neglected until these new approaches, based on amplification and sequencing of DNA directly extracted from skin, were applied. Metagenomics revolutionized the study of microbiology in numerous environments where most bacteria are difficult to isolate. The first result of this approach was a more accurate estimation of microbial diversity, which had been underestimated by traditional approaches. However, interest in metagenomics exceeds a simple inventory of bacteria by providing information on their activity, function and interrelationship with other organisms.Our objective in this work realized in a CIFRE collaboration with Libragen company, was to study the functional profiles of the human skin microbiome with the application of metagenomic tools. This approach required first developing a method for the sampling and the dna extraction in order to overcome the constraints specific to this microbiome. Then, the sequencing data allowed characterizing the functional potential of the skin microorganisms in comparison to other environmental metagenome, and to find specificities of their local adaptations among three different skin sites. Applications of this work can be very important and one application tried in this thesis was the demonstration of the effect of several cutaneous cosmetic applications that modified the microflora at the taxonomic level and at the functional potential level.