Coliscope : un projet de séquençage pour la compréhension du commensalisme et de l'émergence de la virulence dans l'espèce Escherichia coli/Shigella

2007-02-13T10:31:04Z

L'espèce bactérienne E. coli/Shigella présente la double caractéristique d'être à la fois (i) composée d'isolats naturels à modes de vie variés et (ii) un organisme modèle de laboratoire.
E. coli est un composant de la flore intestinale des vertébrés, incluant l'homme, ainsi qu'un pathogène fréquemment impliqué dans un large spectre d'infections intestinales et extraintestinales. Chez l'homme, les E. coli et Shigella sont responsables de part le monde de quelques unes des infections les plus communes et sévères que sont les diarrhées, dont la dysenterie bacillaire, les infections urinaires, les septicémies et les méningites néonatales (Donnenberg 2002). De plus, E. coli est un des agents les plus communs d'infection nosocomiale. E. coli est également un organisme modèle sur lequel un savoir extensif a été accumulé tant sur le plan de la biologie moléculaire que de la physiologie.

La structure génétique des populations d'E. coli est globalement clonale et les analyses phylogénétiques ont montré que l'espèce est composée de 5 groupes phylogénétiques majeurs (A, B1, E, D, et B2). Les souches pathogènes dérivent des souches commensales par différents mécanismes dont l'acquisition d'opérons de « virulence », l'inactivation de gènes et des variations alléliques. Toutefois, le rôle du fond génétique dans la pathogénicité est attesté par le lien observé entre le type de pathologie et les différents groupes phylogénétiques de l'espèce (Escobar-Páramo et al., 2004a). Ainsi, il est impératif de connaître la diversité génomique des souches commensales afin de comprendre l'émergence de la virulence.
Jusqu'à maintenant, les projets de séquençage de génomes complets se sont concentrés sur quelques souches pathogènes, à l'exception de la souche de laboratoire E. coli K12, qui ne sont pas représentatives de la diversité de l'espèce. De plus, le génome complet disponible le plus proche de E. coli pour des comparaisons génomiques est celui de l'espèce Salmonella enterica qui a divergé il y a 120-160 millions d'années (Ochman and Wilson, 1987). Ce long temps de divergence rend les analyses comparatives difficiles à interpréter.

Séquençage au Genoscope

Le Genoscope va séquencer les génomes de deux souches commensales et quatre souches pathogènes humaines de E. coli représentant un temps évolutif d'environ 40 millions d'années, ainsi que celui de la souche type de l'espèce E. fergusonii, le plus proche parent de E. coli. La liste des souches séquencées avec leurs caractéristiques principales est donnée ci-dessous.

Deux souches du groupe phylogénétique B1 :

La souche IAI 1, de sérogroupe O8, a été isolée des selles d'un homme sain dans les années 1980 en France, ne présente aucun des facteurs de « virulence » extraintestinaux connus et est avirulente dans un modèle d'infection extraintestinale chez la souris (Picard et al., 1999).
La souche 55989 est un isolat associé à une diarrhée et appartenant au pathotype entéroaggrégatif d'E. coli. Ce pathotype est reconnu comme une cause émergente de diarrhée chez les enfants et adultes de par le monde (Bernier et al., 2002).

Deux souches du groupe phylogénétique D représentant les deux sous groupes majeurs de D :

La souche IAI 39, de sérotype O7 :K1, a été isolée de l'urine d'un patient présentant une infection urinaire dans les années 1980 en France et est virulente dans un modèle d'infection extraintestinale chez la souris (Picard et al., 1999).
La souche UMN026, de sérotype O17 :K52 :H18, est un représentant d'un groupe clonal d'émergence récente (« le groupe clonal A ») qui a maintenant disséminé à travers le monde et qui est responsable d'infections urinaires et autres infections extraintestinales résistantes au traitement antibiotique. Cette souche a été isolée à partir d'une femme présentant une cystite aigue non compliquée en 1999 dans l'état du Minnesota aux Etats-Unis (Manges et al., 2001) et est hautement virulente dans le modèle murin d'infection extraintestinal.

Deux souches du groupe phylogénétique B2 :

La souche ED1a, de sérogroupe O81, a été isolée des selles d'un homme sain, n'ayant pas pris d'antibiotique depuis au moins six mois avant le prélèvement, dans les années 2000 en France. Cette souche représente la souche dominante et persistante (sur une période de six mois) dans les selles, ne possède aucun des facteurs de « virulence » extraintestinaux connus et est avirulente dans un modèle d'infection extraintestinale chez la souris (Escobar-Páramo et al., 2004b).
La souche S88, de sérotype O45 :K1, a été isolée en 1999 du liquide céphalorachidien d'un patient atteint de méningite néo natale tardive en France (Bonacorsi et al., 2003). Cette souche est hautement virulente dans le modèle murin d'infection extraintestinal.

La souche ATCC 35469T, la souche type de l'espèce E. fergusonii. Cette souche est avirulente dans le modèle d'infection extraintestinale chez la souris. Les souches de E. fergusonii sont isolées chez l'homme et chez l'animal, parfois en conditions pathogènes (Farmer et al., 1985)

Les souches seront disponibles

Les souches seront disponibles à la collection de l'Institut Pasteur (IAI 1, IAI 39, ED1a, S88, 55989) ou à l'ATCC (E. fergusonii, UMN026).

Le contenu en gènes étant hautement variable dans l'espèce E. coli, les gènes nouvellement identifiés dans ce travail vont enrichir le panel de gènes de E. coli. En tenant compte des projets de séquençage menés par les autres groupes, la communauté scientifique aura l'opportunité unique de disposer, au sein d'une même espèce, de 19 séquences de génomes complets pour faire de la génomique comparative.

Références bibliographiques :

Bernier, C, P. Gounon, and C. Le Bouguénec. 2002. Identification of an aggregative fimbria (AAF) type III-encoding operon in enteroaggregative Escherichia coli as a sensitive probe for detecting the AAF-encoding operon family. Infect. Immun., 70 : 4302-4311.
Bonacorsi, S. P., O. Clermont, V. Houduoin, C. Cordevant, N. Brahimi, A. Marecat, C. Tinsley, X. Nassif, M. Lange, and E. Bingen. 2003. Molecular analysis and experimental virulence of french and north american Escherichia coli neonatal meningitis isolates ; Identification of new virulent clone. J Infect Dis 187:1895-906.
Donnenberg, M. 2002. Escherichia coli virulence mechanisms of versatile pathogen. Elsevier Science Ed ed, San Diego California.
Escobar-Páramo, P., O. Clermont, A. Blanc-Potard, H. Bui, C. Le Bouguenec, and E. Denamur. 2004a. A specific genetic background is required for acquisition and expression of virulence factors in Escherichia coli. Mol Biol Evol 21:1085-1094.
Escobar-Páramo P., K. Grenet, A. Le Menac'h, L. Rode, E. Salgado, C. Amorin, S. Gouriou, B. Picard, M. C. Rahimy, A. Andremont, E. Denamur, and Ruimy R. 2004b. Large-scale population structure of human commensal Escherichia coli isolates. Appl Environ Microbiol, 70 : 5698-5700.
Farmer III, J. J., G. R. Fanning, B. R. Davis, C. M. O'Hara, C. Riddle, F.W. Hickman-Brenner, M. A. Asbury, V. A. Lowery III and D. J. Brenner. 1985. Escherichia fergusonii and Enterobacter taylorae, two new species of Enterobacteriaceae from clinical specimens. J Clin Microbiol, 21:77-81.
Manges A. R., J. R. Johnson, B. Foxman, T. T. O'Bryan, K. E. Fullerton, and L. W. Riley. 2001. Widespread distribution of urinary tract infections caused by a multidrug-resistant Escherichia coli clonal group. N Engl J Med, 345:1007-1013.
Ochman H., and Wilson A.C. 1987. Evolution in bacteria : evidence for an universal substitution rate in cellular genomes. J Mol Evol, 26 : 74-86.
Picard, B., J. Garcia, S. Gouriou, P. Duriez, N. Brahimi, E. Bingen, J. Elion, and E. Denamur. 1999. The link between phylogeny and virulence in Escherichia coli extraintestinal infection. Infect Immun, 67:546-553.

Un consortium constitué de :

Erick Denamur, Olivier Tenaillon, Odile Bouvet et Olivier Clermont, INSERM U722, Paris
Chantal Le Bouguénec, Unité de Pathogénie Bactérienne des Muqueuses, Institut Pasteur, Paris
Stéphane Bonacorsi et Edouard Bingen, EA 3105 Université Paris VII, Paris
Eduardo Pimentel Cachapuz Rocha et Antoine Danchin, URA CNRS 2171, Institut Pasteur, Paris
Pierre Darlu, INSERM U535, Villejuif
Ivan Matic, INSERM U571, Paris
Jean Marc Ghigo, URA CNRS 2172, Institut Pasteur, Paris
Xavier Nassif, INSERM U570, Paris
Claudine Médigue, CNRS-UMR 8030, Genoscope, Evry
James R. Johnson, Minneapolis VA Medical Center, Minneapolis, MN, USA
Dominique Schneider, CNRS UMR5163, Grenoble

Séquençage aléatoire global

2007-04-12T06:45:57Z

Le Genoscope entreprend le séquençage du génome de 6 souches d'Escherichia coli et de la souche type d'Escherichia fergusonii.
Pour chaque génome, 2 banques plasmidiques (28 000 clones « petits inserts » (3 kb), 9 200 clones « grands inserts » (10 kb) et 1 banque d'environ 4 600 miniBACs (inserts 25 kb) seront réalisées. Le séquençage des deux extrémités de chaque clone produira environ 85 000 séquences pour chaque génome, soit un volume total de 600 000 lectures.