Escherichia coli

La séquence de centaines de génomes bactériens a mis en évidence l’extraordinaire diversité et plasticité des réseaux métaboliques et de régulation. Cependant, la dynamique de l’évolution de ces diverses fonctions, et en particulier le lien entre les modifications génomiques, la diversité et la performance d’un organisme vivant restent des tâches difficiles à appréhender, mais fascinantes.

Pour la plupart des microbiologistes, le terme « mécanisme » se rapporte aux interactions biochimiques ou régulatrices entre les gènes, les protéines et les métabolites dans une cellule. Toutes ces interactions doivent cependant être reliées au fitness, c’est-à-dire la mesure de la capacité reproductive d’un génotype, qui est le paramètre ultime du succès écologique.

La dynamique de génomes entiers est une des clés des changements de fitness, conduisant in fine aux interactions entre génotypes et entre les génotypes et leur environnement. En reliant les changements génomiques aux changements de fitness, il est possible d’étudier comment la sélection naturelle est capable de remodeler et d’améliorer des génomes entiers, et quelles fonctions sont les plus plastiques au cours du temps évolutif. Un tel cadre évolutif est totalement complémentaire de la plupart des approches de « Biologie des systèmes », qui tentent de comprendre le fonctionnement global d’un organisme par l’analyse précise d’un clone de référence et procurent donc une description statique des réseaux métaboliques et de régulation. Disposer d’un contexte évolutif est cependant difficile, principalement par le fait que les événements adaptatifs permettant l’émergence de la structure génomique actuelle de l’organisme en question se sont produits à un temps inconnu dans le passé, dans des conditions inconnues, et sous des contraintes génomiques inconnues. Pour pallier à ces limitations, nous pouvons reproduire l’évolution en laboratoire dans des conditions contrôlées.

Dans ce projet, nous allons employer la plus longue expérience d’évolution en cours, pendant laquelle un ancêtre d’Escherichia coli a été utilisé pour propager douze populations dans un environnement défini pendant 40 000 générations. La dynamique de l’évolution des génomes sera analysée par séquençage Solexa du génome de 135 clones évolués, isolés des différentes populations à chacun de dix temps d’évolution différents.

Parmi les questions auxquelles ce projet permettra de répondre, nous pourrons comprendre les événements génétiques successifs conduisant à l’accroissement de la performance des bactéries dans leur environnement. Des analyses génétiques, phénotypiques et fonctionnelles rigoureuses seront combinées pour disséquer de façon complète les différents chemins adaptatifs dans ces populations. Nous étudierons comment l’apparition de mutations adaptatives est contrainte par la présence d’autres mutations, et comment elles affectent les réseaux métaboliques et de régulation. Nous analyserons ainsi pour la première fois à quel point les caractères génomiques peuvent évoluer et quelles sont les bases moléculaires de ces capacités évolutives.

Toutes ces populations ont été développées par Richard Lenski (Michigan State University), et ce projet sera effectué en forte collaboration.

Contacts : Julie Poulain (Genoscope) - Dominique Schneider (Université Joseph Fourier) - Olivier Tenaillon (Faculté de Médecine Xavier Bichat)