Conjugaison chez les bactéries Gram-positives: impact du biofilm et création d'outils de modification génétique

 

Pascale B. Beauregard

Université de Sherbrooke

 

Domaine : organismes vivants

Programme projet de recherche en équipe

Concours 2018-2019

Les biofilms bactériens sont ubiquitaires dans l'environnement. Ces communautés multicellulaires entourées d'une matrice procurent de nombreux avantages aux bactéries, tel une résistance accrue aux stress environnementaux et des transferts horizontaux de gènes plus efficaces. Cependant, peu d'études portent sur ce dernier point, et ces dernières examinent exclusivement les plasmides conjugatifs. Aucune donnée n'existe sur le transfert en biofilm des éléments intégratifs et conjugatifs (ICE), pourtant reconnus pour être largement plus répandus dans les génomes bactériens, et à l'origine de la transmission de nombreux gènes de résistance aux antibiotiques. La bactérie Gram-positive Bacillus subtilis constitue un excellent modèle pour étudier la transmission des ICE en biofilm puisqu'elle est capable de conjugaison via ICEBs1. Cet ICE peut aussi être transmis à plusieurs autres bactéries Gram-positives. Par ailleurs, l'induction et la formation de biofilms par B. subtilis sont bien caractérisées. Lors d'études préliminaires, nous avons observé que le transfert de ICEBs1 est 1000 fois supérieur dans une population de B. subtilis formant un biofilm par rapport à la transmission entre cellules planctoniques.

Ces résultats prometteurs ouvrent la voie au projet proposé, qui se divise en trois objectifs distincts. Dans un premier objectif, nous caractériserons l'influence du biofilm sur la conjugaison chez B. subtilis. Plus précisément, nous voulons examiner la dynamique de conjugaison à l'intérieur du biofilm et identifier les processus moléculaires responsables de la grande augmentation d'efficacité de conjugaison. Dans un deuxième objectif, nous allons évaluer si les observations effectuées chez B. subtilis sont transposables à S. aureus, une bactérie pathogène dont le ICE6013 possède de grandes ressemblances avec ICEBs1. ICE6013 a été récemment démontré comme étant fonctionnel, et la formation de biofilm chez S. aureus est aussi bien caractérisée. Nous allons donc évaluer si la formation de biofilm chez S. aureus augmente la transmission de ICE6013, et si tel est le cas, quel est le mécanisme impliqué. La compréhension des conditions permettant une conjugaison maximale qui découlera des objectifs 1 et 2 sera utilisée comme base pour notre troisième objectif. Celui-ci consistera en la création d'outils de modification génétique pour les bactéries à Gram-positif (Firmicutes), dont la majorité est encore aujourd'hui très difficile à manipuler génétiquement. Dans un premier temps, nous évaluerons l'efficacité de transmission de plasmides portant l'origine de transfert de ICEBs1 d'une donneuse B. subtilis ICEBs1 à différents Firmicutes, incluant des Bacillus environnementaux, Staphylococcus et Clostridium. Pour se faire, nous développerons des techniques de formation de biofilms mixent, qui devraient grandement augmenter l'efficacité de transmission. Suite à cette optimisation, des promoteurs forts ou la technologie CRISPR-Cas9, reconnue pour son efficacité à modifier les génomes bactériens, sera ajoutée aux plasmides mobilisables.

Cette combinaison permettra ainsi de créer des outils efficaces de modification du génome, et facilitera grandement la recherche sur les Firmicutes. Mieux comprendre la conjugaison dans le contexte environnemental qu'est le biofilm, et utiliser ces connaissances pour développer des outils biotechnologiques permettront un développement des connaissances et des technologies extrêmement important pour les bactéries à Gram-positif, dont plusieurs sont des pathogènes reconnus pour l'humain et les animaux d'élevage.