Séquençage et génomique comparative des plasmides de Escherichia coli : apport à la compréhension du succès évolutif des ß-lactamases à spectre étendu – RepliColScope

La résistance aux antibiotiques est devenue un enjeu mondial de santé publique. Une illustration en est l’explosion de la résistance acquise aux céphalosporines de troisième génération (G3G), couramment utilisées pour traiter les infections à Gram négatif. Cette résistance est principalement due à la production de beta-lactamases à spectre étendu (BLSE), enzymes qui hydrolysent les beta-lactamines à l’exception des carbapénèmes et des céphamycines. Les gènes codant les BLSE, essentiellement portés par des plasmides, diffusent actuellement par plusieurs mécanismes non exclusifs : (i) transferts horizontaux de gènes entre plasmides, (ii) transferts horizontaux de plasmides parmi des clones bactériens non reliés et (iii) diffusion de clones épidémiques. Pendant les années 1990, les principales BLSE étaient dérivées des enzymes de type TEM et SHV. Depuis les années 2000, les enzymes de type CTX-M ont mondialement diffusé et sont devenus majoritaires. Escherichia coli, un des principaux pathogènes opportunistes de l’homme et des animaux qui était sensible aux beta-lactamines, est devenu l'hôte principal des BLSE. Les E. coli producteurs de BLSE sont retrouvés de plus en plus fréquemment chez l’homme, dans les infections communautaires, hospitalières et en portage, et chez les animaux d'élevage, mais aussi chez les animaux sauvages.
L'émergence soudaine de souches de E. coli productrices de BLSE, et notamment de CTX-M, ne peut être expliqué uniquement par la pression de sélection exercée par l'utilisation des G3G. D'autres facteurs écologiques et/ou moléculaires pourraient influencer cette évolution.
L’objectif du projet RepliColScope est de comprendre le succès évolutif des BLSE dans l’espèce E. coli, et en particulier l'émergence des enzymes de type CTX-M par rapport aux enzymes de type SHV et TEM.
Pour atteindre nos objectifs, nous proposons : (i) de séquencer 80 plasmides de souches de E. coli codant des BLSE des 3 principaux types (70 plasmides de souches humaines et 10 de souches animales) ainsi que des plasmides de souches de E. coli présents avant l’utilisation des C3G (17 plasmides de souches la collection ECOR et 3 plasmides de souches de E. coli de la collection Murray datant de l'ère pré-antibiotique), (ii) d’effectuer des comparaisons génomiques des données générées et des données déjà disponibles et (iii) de tester in vitro des hypothèses générées à partir des données obtenues in silico.
Les plasmides seront séquencés en utilisant une stratégie incluant du pyroséquençage à haute densité (A 454 Titanium). Des procédures d’annotation automatiques structurelles et fonctionnelles seront développées et les résultats intégrés dans une base de données spécifique permettant de faire des annotations expertes et d’utiliser les données.
Des analyses de génomique comparative seront effectuées pour reconstruire l’histoire évolutive des gènes plasmidiques en identifiant ceux ayant le contenu génétique le plus similaire. Ces données seront également analysées à la lumière du fond génétique chromosomique, représenté par l’histoire phylogénétique des souches et par les CRISPRs. Nous rechercherons in vitro des communications possibles entre des modules portés par des plasmides et ceux trouvés sur des chromosomes de E. coli, qui peuvent jouer un rôle clé dans la stabilisation de ces éléments extra chromosomiques.
Par la quantité et la qualité des informations obtenues, ce projet devrait apporter de nouveaux éclairages tant fondamentaux que médicaux sur l'évolution des plasmides et sur la résistance aux antibiotiques et permettre de trouver de nouvelles stratégies pour prévenir la dissémination des plasmides de résistance.
RepliColScope associe des équipes qui ont une expertise dans les domaines de la biologie évolutive de E. coli (U722), de l’épidémiologie des BLSE chez les souches animales et humaines (ER8 et UR1282), de la plasticité du génome bactérien (UPGB) et le séquençage des génomes et leur annotation (Genoscope).