Développement et application de méthodes pour l'analyse de la composition du microbiote humain dans un contexte clinique en utilisant des stratégies de séquençage alternatives

Development and application of methods to study human microbiota composition in a clinical context using alternative sequencing strategies

• Auteur / Autrice : Benoît Goutorbe
• Direction : Sophie Schbath, Ghislain Bidaut, Philippe Halfon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 21/10/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Mathématiques et Informatique Appliquées du Génome à l'Environnement (Jouy-en-Josas, Yvelines) - Centre de Recherche en Cancérologie de Marseille (CRCM) - Alphabio (Marseille, Bouches-du-Rhône)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Ambroise
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Géraldine Pascal, Edi Prifti, Hélène Touzet, Emmanuelle Le Chatelier, Christophe Mougel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Géraldine Pascal, Edi Prifti

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microbiote

Métabarcoding

Bioinformatique

Séquençage à haut débit

Microflore

Métagénomique

Mots clés libres

Microbiote

Métagénomique

NGS

Bioinformatique

Santé

Microbiota

Metagenomics

NGS

Bioinformatics

Health

Résumé

Le microbiote et ses liens avec la santé humaine sont aujourd'hui très étudiés. Le séquençage à haut débit a grandement contribué à l'essor fulgurant du domaine en permettant d'identifier et de quantifier finement tous les micro-organismes d'un échantillon donné, sans les contraintes préalables d'isolement et de culture. Deux stratégies de séquençage sont majoritairement utilisées : le métabarcoding, qui consiste à ne séquencer qu'un gène marqueur ce qui est peu coûteux mais peu résolutif ; et la métagénomique shotgun, qui consiste à séquencer tout l'ADN présent dans un échantillon, permettant une meilleure résolution taxonomique et une caractérisation fonctionnelle mais dont les coûts sont parfois prohibitifs. Cette thèse s'intéresse à deux stratégies de séquençage intermédiaires, plus résolutives que le métabarcoding tout en étant moins coûteuses que la métagénomique shotgun. Nous avons dans un premier temps évalué la pertinence de la métagénomique shotgun à faible profondeur de séquençage pour l'étude du microbiote intestinal. Pour cela, nous avons développé un pipeline d'analyse fiable et optimisé, puis montré la capacité de notre méthode à reconstruire les profils taxonomiques et discriminer les patients. Dans un deuxième temps, nous avons développé une approche intégrative de métabarcoding multi-marqueurs pour caractériser le microbiote vaginal, qui permet de tirer parti de l'universalité et du pouvoir discriminant de chaque marqueur. Ce travail de thèse inclut également l'analyse de données issus de deux projets cliniques distincts, l'un portant sur la standardisation du protocole pré-analytique et l'autre sur les liens entre le microbiote intestinal et une maladie auto-immune, le lupus érythémateux systémique.

The microbiota and its relation to human health are nowadays widely studied. High-throughput sequencing has greatly contributed to the rapid development of this field by allowing the identification and quantification of all microorganisms in a given sample, without the prior constraints of isolation and culture. Two sequencing strategies are mainly used: metabarcoding, which consists of sequencing only one marker gene, which is cost-efficient but not very precise; and shotgun metagenomics, which consists of sequencing all the DNA present in a sample, allowing a better taxonomic resolution and a functional characterization but whose cost is sometimes prohibitive. This thesis focuses on two intermediate alternative sequencing strategies that are more precise than metabarcoding but less expensive than shotgun metagenomics. We first evaluated the relevance of shallow shotgun metagenomics for studying the gut microbiota. We developed a reliable and optimized analysis pipeline, and then demonstrated the ability of this approach to reconstruct taxonomic profiles and differences between patients. In a second step, we developed an integrative multi-marker metabarcoding approach to characterize the vaginal microbiota, which takes advantage of the universality and discriminatory capacity of each marker. This thesis work also includes the analysis of data from two clinical projects, one on the standardization of the pre-analytical protocol and the other on the links between the gut microbiota and an autoimmune disease, systemic erythematosus lupus.