La diversité naturelle des spacers CRISPR

Natural Diversity of CRISPR Spacers

• Auteur / Autrice : Sofia Medvedeva
• Direction : Mart Krupovic, Konstantin Severinov
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 03/06/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université en cotutelle avec Skolkovo Institute of Science and Technology (Moscou)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de biologie moléculaire du gène chez les extrêmophiles (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Guennadi Sezonov
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olga Soutourina, David Bikard, Mikhail Gelfand
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Tamara Basta-Le Berre, Dmitri Pervouchine

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génomique comparative

Relations hôte-virus

CRISPR (génétique)

Microbiologie

Mots clés libres

CRISPR

Écologie

Thermus

Sulfolobus

Microbiologie

Flavobacterium

CRISPR

Ecology

Microbiology

Résumé

Le système CRISPR-Cas est un système immunitaire procaryote de type interférence ARN dirigé contre des éléments génétiques mobiles, tels que les virus et les plasmides. Le système consiste en un ou plusieurs loci CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats ; courtes répétitions palindromiques groupées et régulièrement espacées) associés à des protéines Cas (CRISPR-associated proteins) dont ils sont séparés par une séquence dite leader. Toutes les protéines Cas peuvent être fonctionnellement attribuées à des modules d'adaptation, d'expression et d'interférence. L’analyse des spacers CRISPR est une précieuse source d’informations sur les interactions virus-hôte, puisqu’ils correspondent à de courts fragments d’ADN de virus précédemment rencontrés et « enregistrés » dans les loci CRISPR. La comparaison des spacers environnementaux les uns avec les autres et avec des spacers de bases de données ainsi que des séquences de virus nous a permis de tirer plusieurs conclusions : 1) Une dynamique à long terme des spacers CRISPR I-E de E. coli a été étudiée en comparant la diversité des spacers dans les génomes publiés d'E. coli avec des spacers amplifiés à partir du contenu intestinal de mammouth. 2) Les spacers du CRISPRome des communautés naturelles de Thermus, Sulfolobus et Flavobacteries ciblent de préférence des virus isolés de la même source, avec différents systèmes CRISPR-Cas ciblant différents virus. 3) Les données CRISPRome de Flavobacterium et Sulfolobus (Chapitres II et IV) montrent un schéma phylogéographique.

CRISPR-Cas is a prokaryotic immunity system against mobile genetic elements, such as viruses and plasmids. The system consists of two components: the clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) and CRISPR-associated proteins (Cas). In the CRISPR array, short fragments of foreign DNA, called spacers, are interleaved with palindromic repeats. During the adaptation stage of the CRISPR-Cas immunity, new spacers are inserted into the CRISPR array, whereas during the expression and interference stages, spacers are transcribed, processed and complexed with Cas proteins to target the complementary foreign DNA or RNA molecules for degradation. Analysis of CRISPR spacers is a valuable source of information about virus-host interactions, particularly powerful when applied to metagenomic data. In this work, we explored the diversity of CRISPR spacers in different natural prokaryotic communities, including extinct Escherichia coli community from a mammoth intestine, Flavobacterium communities from Antarctic surface snow, Thermus communities from four distant hot springs in Italy and Chile, and Sulfolobales community from a Japanese thermal field. The comparison of obtained environmental spacer sets with each other and with spacers from public databases as well as with sequences of viruses allowed us to reach several non-trivial conclusions and to gain insights into virus-host and virus-virus interactions in natural microbial communities.