Exploration des interactions virus-hôte et leur importance pour l'adaptation microbienne à travers du CRISPRs

Exploring environmental virus-host interactions and their relevance to microbial adaptation using CRISPRs

• Auteur / Autrice : Laura Sanguino Casado
• Direction : Timothy Vogel, Catherine Larose
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie environnementale
• Date : Soutenance le 10/11/2015
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire AMPERE (Ecully, Rhône) - Ampère, Département Bioingénierie
• Jury : Président / Présidente : Pascal Simonet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Matthew Sullivan, Michael Schloter
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Francisco Rodríguez-Valera, Alexandre Anesio

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microbiologie

Mots clés libres

Interactions virus-hôte

Adaptation microbienne

Virus-host interactions

Microbial adaptation

Résumé

Les interactions entre les membres d'une communauté microbienne peuvent être un moyen d'adaptation dans l'environnement. Parmi les nombreuses interactions qui ont lieu dans un écosystème et qui joue un rôle majeur sur la diversité et la dynamique des populations microbiennes est celui des virus procaryotes et leurs hôtes. Les virus peuvent également arbitrer le transfert de matériel génétique entre les procaryotes (transduction), qui pourrait être un mécanisme d'adaptation rapide. Afin de déterminer l'impact potentiel des virus et la transduction, nous avons besoin d'une meilleure compréhension de la dynamique des interactions entre virus et leurs hôtes dans l'environnement. Les données sur les virus de l'environnement sont rares, et les méthodes pour le suivi de leurs interactions avec les procaryotes sont nécessaires. Clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPRs), qui contiennent des séquences virales dans les génomes bactériens, pourraient aider à documenter l'histoire des interactions virus-hôte dans l'environnement. Ainsi, cette thèse vise à explorer les interactions virus-hôte dans un environnement donné à travers du séquences CRISPR.Les virus de la cryosphère sont considérés comme abondantes, très actif et avec de larges gammes d'hôtes. Ces caractéristiques pourraient faire de la transduction virale, un facteur clé pour l’adaptation microbienne dans ces environnements. Des métagénomes publics créés à partir des environnements avec une gamme de températures différents ont été examinés. De cette manière, certaines dynamiques d'interactions virus-hôte se sont révélées comme ayant une corrélation avec la température. Un flux de travail a ensuite été développé pour créer un réseau reliant les virus et leurs hôtes en utilisant des séquences CRISPR obtenus à partir de données métagénomiques de la glace des glaciers et du sol de l'Arctique. La création de réseaux d'infection à traves du CRISPRs a fourni une nouvelle perspective sur les interactions virus-hôte. En outre, nous avons cherché des événements de transduction dans les données métagénomiques par la recherche de séquences virales contenant de l'ADN microbien. L’analyse indiquée que les bactériophages du Ralstonia pourraient être des agents de transduction dans la glace des glaciers de l'Arctique.

Interactions between the members of a microbial community can be a means of adaptation in the environment. Among the many interactions that take place in an ecosystem and have been seen to play a major role on microbial diversity and population dynamics is that of prokaryotic viruses and their hosts. Viruses can also mediate the transfer of genetic material between prokaryotes (transduction), which could be a mechanism for rapid adaptation. In order to determine the potential impact of viruses and transduction, we need a better understanding of the dynamics of interactions between viruses and their hosts in the environment. Data on environmental viruses are scarce, and methods for tracking their interactions with prokaryotes are needed. Clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPRs), which contain viral sequences in bacterial genomes, might help document the history of virus-host interactions in the environment. Thus, this thesis aimed to explore virus-host interactions in a given environment through CRISPRs. Viruses in the cryosphere have been seen to be abundant, highly active and with broad host ranges. These characteristics could make viral transduction a key driver of adaptation in these environments. Public metagenomes created from environments over a range of temperatures were examined through sequence and CRISPR analysis. In this fashion, certain virus-host interaction dynamics were found to have a correlation with temperature. A workflow was then developed to create a network linking viruses and their hosts using CRISPR sequences obtained from metagenomic data from Arctic glacial ice and soil. The creation of CRISPR-based infection networks provided a new perspective on virus-host interactions in glacial ice. Moreover, we searched for transduction events in metagenomic data by looking for viral sequences containing microbial DNA. Further analysis of the viral sequences in the CRISPRs indicated that Ralstonia phages might be agents of transduction in Arctic glacial ice.