Nouvelles approches pour comprendre le mouvement de l'ADN au sein des communautés microbiennes

Les communautés microbiennes jouent un rôle fondamental dans le fonctionnement des écosystèmes et se distinguent par leur grande diversité génétique et fonctionnelle. Un moteur majeur de l'évolution et de l'adaptation microbiennes est le transfert horizontal de gènes (THG), qui permet l’échange de matériel génétique entre organismes. Ce processus est principalement médié par les éléments génétiques mobiles (EGMs) — tels que les bactériophages, plasmides, transposons et intégrons — capables de transférer des gènes au-delà des frontières phylogénétiques. Le THG joue un rôle clé non seulement dans l’adaptation écologique, mais aussi dans la propagation de la résistance aux antimicrobiens. Malgré son importance, la dynamique du flux génétique médié par les EGMs au sein de communautés microbiennes complexes reste mal comprise, en grande partie à cause de la difficulté à relier l’ADN mobile à des fonctions écologiques précises dans des populations très diverses et dynamiques. Cette thèse vise à combler cette lacune en explorant les dynamiques évolutives des EGMs dans des communautés microbiennes naturelles, à travers une approche expérimentale combinant la métagénomique, des pressions sélectives et des systèmes de capture basés sur des hôtes modèles. Dans la première partie de l’étude, des communautés microbiennes issues de composts biologiquement indépendants ont été cultivées dans des conditions contrôlées au laboratoire et soumises à deux traitements expérimentaux : (i) une exposition au sulfate de cuivre, imposant une pression sélective favorisant la résistance aux métaux ; (ii) un régime de migration, au cours duquel des filtrats sans cellules, enrichis en EGMs, ont été régulièrement regroupés et redistribués entre les réplicats communautaires. Ce dispositif visait à favoriser le transfert de gènes et à amplifier la diffusion de déterminants de résistance mobiles. L’analyse métagénomique comparative au fil des cycles de sélection et de redistribution a permis d’identifier et de suivre des entités biologiques telles que des transposons, des protéines phagiques, des gènes d’ARNt et de nombreuses protéines hypothétiques transférées entre communautés, soulignant le potentiel du THG. Plusieurs gènes de résistance au cuivre (pcoA, copA, mxeP, czcS, etc.) ont également été identifiés et leur transmission suivie au sein des communautés. Cependant, les données métagénomiques ne permettent pas, à elles seules, de relier directement les EGMs à des effets fonctionnels chez les hôtes récepteurs. Pour répondre à cette limitation, la seconde partie de l’étude a utilisé une expérience de capture ciblée faisant appel à une souche marquée génétiquement d’Escherichia coli K-12 MG1655, exposée de manière répétée à des filtrats de compost. Cette méthode a permis de capturer directement les EGMs capables d’infecter ou de s’intégrer dans un hôte défini. L’expérience a conduit à l’isolement d’un nouveau bactériophage apparenté aux phages de type Chi, nommé Chi_23. Le séquençage génomique a révélé un génome d’ADN double brin de 60 951 pb avec un contenu GC de 56,6 %, codant pour 72 séquences protéiques prédites, sans gènes d’ARNt. L’analyse phylogénétique a placé Chi_23 au sein du groupe des phages lytique de type Chi, mais des tests phénotypiques ont montré que ce phage peut persister dans la population hôte dans des conditions de laboratoire. Cela suggère une stratégie d’infection non caractérisée jusque-là, possiblement basée sur une pseudolysogénie ou un passage régulé entre des phases lytique et non lytique. En conclusion, ce travail contribue à une meilleure compréhension du mouvement des EGMs dans des environnements microbiens complexes et révèle une flexibilité inattendue dans les stratégies d’infection des phages. Ces résultats ont des implications importantes en écologie microbienne, en biologie des phages et dans l’étude de l’évolution de la résistance aux antimicrobiens.