Ecogénomique du microbiote intestinal chez le moustique Culex pipiens, vecteur principal des virus West Nile et Usutu

Ecogenomics of the intestinal microbiota in Culex pipiens, main vector of West Nile and Usutu

• Auteur / Autrice : Hans Schrieke
• Direction : Julie Reveillaud
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanismes des Interactions parasitaires pathogènes et symbiotiques
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 21/12/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MIVEGEC - Maladies Infectieuses et Vecteurs : Ecologie, Génétique, Evolution et Contrôle
• Jury : Président / Présidente : Damien Eveillard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lucie Bittner, Fabrice Vavre, Muriel Vayssier-taussat
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Lucie Bittner, Damien Eveillard

Mots clés

Mots clés libres

Microbiote

Moustique

Culex

Wolbachia

Métagenomique

Symbiose

Microbiota

Mosquitoes

Culex

Wolbachia

Metagenomics

Symbiosis

Résumé

Les moustiques, du fait de leur capacité à transmettre des pathogènes, sont responsables d’environ 700 000 morts par an à travers le monde. En raison de leur résistance aux insecticides et en l’absence de vaccins efficaces contre les maladies causées par les agents pathogènes qu’ils transportent, de nouvelles méthodes de biocontrôle sont requises. La bactérie Wolbachia est un endosymbionte (bactérie résidant à l’intérieur des cellules de son hôte) qui infecte la plupart des insectes et qui est connue pour sa capacité à moduler la reproduction de son hôte ou à lui conférer une protection contre certains pathogènes. Ses capacités sont exploitées dans les méthodes de biocontrôles actuelles visant soit à réduire les populations de moustiques, soit à offrir une protection permettant de réduire le taux de transmission de pathogènes par les moustiques. Plus généralement, le moustique dispose d’un microbiote (ensemble des microorganismes présents dans un milieu donné) dont les membres (incluant Wolbachia) jouent un rôle essentiel pour sa survie, son développement, son système immunitaire et sa reproduction. Une partie du microbiote est acquise par l’environnement et une autre est acquise de manière verticale, transmise des parents aux descendants. Globalement, le microbiote est formé de nombreux membres (incluant des bactéries, des eucaryotes, des champignons, etc) qui ont des intéractions intimes avec leur hôte mais aussi entre eux. Ces intéractions peuvent avoir un impact important sur leur devenir et leur (co)-évolution. Ainsi, l’étude du microbiote chez le moustique est essentielle car mieux comprendre sa composition et ses mécanismes pourrait aider à développer de nouvelles méthodes de biocontrôle ciblées ou à améliorer celles déjà existantes. Pendant longtemps, le seul moyen d’identifier et d’étudier les microorganismes était de les isoler et de les cultiver en laboratoire. Cependant, la majorité des microbes venant de l’environnement est difficilement cultivable, ce qui rend difficile leur caractérisation. Ces dernières décennies, les avancées technologiques notamment dans les méthodes de séquençage et le développement d’outils bio-informatiques ont permis de développer de nouvelles stratégies pour étudier le microbiote et accéder à la diversité mais aussi au potentiel fonctionnel des microbes non cultivables. Dans ce travail de thèse, je vais principalement explorer la diversité du microbiote de l’intestin, organe de l’immunité du moustique Culex pipiens en utilisant une approche de métagénomique ciblée basée sur l’analyse d’amplicons et une approche de métagénomique globale basée sur la reconstruction in silico de génomes bactériens à partir du séquençage de tout l’ADN génomique. Pour aller plus loin, je vais aussi investiguer la microdiversité présente à plusieurs échelles anatomiques (individus entiers, ovaires et intestins individuels, poolés ou non) à l’aide de ces deux approches. De plus, je vais étudier le potentiel fonctionnel et essayer d’estimer la contribution des génomes bactériens dans les différentes voies métaboliques afin de mieux comprendre leur intéraction avec leur hôte.

Because of their ability to transmit pathogens, mosquitoes are responsible for around 700,000 deaths a year worldwide. Due to their resistance to insecticides and the absence of effective vaccines against diseases caused by the pathogens they carry, new biocontrol methods are required. The endosymbiont (a bacterium residing inside the cells of its host) Wolbachia infects most insects and is known to modulate host reproduction or confer protection against some pathogens. These abilities are currently used in biocontrol methods that aim at either reducing mosquito populations, or offering protection to reduce the pathogen infection rate in mosquitoes. Overall, mosquitoes harbor a microbiota (all the microorganisms present in a given environment) whose members, including Wolbachia, play a key role in survival, development, immune system or reproduction. A part of the microbiota is acquired through the environment, while another part is acquired vertically, transmitted from parents to offspring. Overall, the microbiota counts several members (including bacteria, eukaryotes, fungi, etc.) that interact intimately with their host, but also with each other. These interactions can have a major impact on their fate and (co)evolution. Therefore, study of the microbiota in mosquitoes is essential, as a better understanding of its composition and mechanisms could help develop new targeted biocontrol methods or improve existing ones. For a long time, the only way to identify and study microorganisms was to isolate and grow them in the laboratory. However, the majority of microbes are difficult to cultivate, making it impossible to characterize them. In recent decades, technological advances, particularly in sequencing methods, and the development of bioinformatic tools have enabled the development of new strategies for studying the microbiota and accessing the diversity and functional potential of non-cultivable microbes. In this thesis, I mainly explore the diversity of the midgut (immunity organ) microbiota of Culex pipiens using a targeted and global metagenomic approaches based on amplicon analysis and in silico reconstruction of bacterial genomes from whole DNA amplification, respectively. To go further, I also investigate the microdiversity occurring within whole individuals as well as individual organs (single ovaries or midguts and pooled midguts) using these two approaches. Finally, I study the functional potential and estimate the contribution of newly reconstructed bacterial genomes in metabolic pathways in order to better understand their roles and interaction with their host.