EVOLVIR

Le bactérie pathogène Legionella pneumophila, responsable de la légionellose (maladie des légionnaires), a développé des mécanismes de virulence qui lui permettent de se reproduire dans les protozoaires, son hôte naturel. Beaucoup de ces tactiques permettent également aux bactéries de se répliquer dans les macrophages pulmonaires chez l’homme, provoquant ainsi une pneumonie sévère et souvent mortelle. Parmi le genre de Legionella, seules quelques espèces provoquent des maladies chez l’homme, comme Legionella pneumophila du sérogroupe 1 (Lp1) responsable de 85% des légionelloses dans le monde. Comme cette prévalence ne peut être expliquée par la prédominance de Lp1 dans l'environnement, on peut donc se demander quels sont les processus évolutifs qui ont conduit à l'émergence de la pathogénicité de Lp1?
Pour répondre à cette question, nous proposons de développer des processus d'évolution expérimentale avec Legionella pneumophila dans le but de faire évoluer ses propriétés de virulence. Nous allons créer plusieurs lignées en parallèle, toutes basées sur un ancêtre commun dérivé de Lp1 qui présente un phénotype virulent atténué pour les amibes et les macrophages. L'objectif et l'originalité de ce projet EVOLVIR est de réorienter cette souche virulente atténuée dans cinq environnements différents: les milieux liquides axéniques, les amibes Acanthamoeba castelanii, la lignée cellulaire U937 de type macrophage humain, une alternative aux hôtes amibes et macrophages et enfin une co-culture avec une autre souche Legionella à l'intérieur d’amibes afin d'étudier l'impact du transfert horizontal de gène entre les deux souches qui peuvent survenir lors de l'expérience d'évolution. Les lignées bactériennes seront reproduites pendant des centaines de générations par des passages en série. Ces conditions expérimentales sont connues pour sélectionner les individus les plus adaptés à chaque environnement, ce qui entraîne une augmentation du fitness de la population bactérienne (capacité d'un génotype à donner naissance à une progéniture). Dans le contexte de la pathogénicité, un fitness accru peut entraîner une modification à la fois de la virulence et des propriétés du spectre de l'hôte.
Après un processus évolutif sur plusieurs centaines de générations, les clones évolués seront comparés au clone 'ancêtre’ pour différents traits phénotypiques. D'abord, nous mesurerons les capacités des lignées évoluées à infecter différents hôtes. Ensuite, les modifications génétiques qui sous-tendent cette diversification phénotypique seront étudiées. Le génome de clones évolués choisis de manière appropriée et isolés des différents environnements sera séquencé et comparé au clone 'ancêtre’. Les changements dans les profils globaux d'expression génique seront également étudiés. Ces approches visent à établir des liens entre les changements génétiques et les résultats phénotypiques et dans l'ensemble à identifier les gènes cibles de l'évolution de la virulence / spectre de l’hôte.
Parallèlement à l'évolution expérimentale, nous allons effectuer une reconstruction computationnelle de l'histoire évolutive de Legionella sur la base de l'analyse comparative de plusieurs centaines de génomes de Legionella et de méthodes et outils phylogénétiques.
Enfin, les gènes cibles du processus évolutif identifiés par les stratégies de calcul et expérimentales seront supprimés dans le génome du clone 'ancêtre’ ou remplacés par l'allèle qui aura évolué. Cela générera un ensemble de souches isogéniques qui seront testées pour leurs différents traits phénotypiques. Cela permettra d'identifier de manière rigoureuse les bases moléculaires de l'adaptation et globalement de valider ces gènes ou les fonctions comme marqueurs de virulence accrue.

Co-porteurs : Elisabeth Kay et Sophie Jarraud, équipe "Pathogénèse des Legionella" du CIRI et Vincent Daubin, équipe "Bioinformatique, Phylogénie et Génomique évolutionniste" du LBBE.
Durée du projet : 3 ans
Financement : bourse de thèse et coûts de fonctionnement
Doctorant : Guillaume Carrillo