Les mutations, c’est-à-dire les changements dans la séquence génétique des organismes, sont le moteur de l’évolution. Elles ont également des conséquences importantes pour la santé humaine. Notre lutte contre les maladies infectieuses repose sur une course aux armements en évolution permanente avec les agents pathogènes, dans laquelle les mutations alimentent l’évolution de la virulence, de la résistance aux antibiotiques et de l’échappement aux bactériophages. Les mutations font l’objet d’études intensives depuis plus d’un siècle, mettant en lumière les mécanismes qui sous-tendent leur production et leurs effets sur les individus et les populations. Notre groupe contribue à ce corpus de connaissances en abordant certaines questions encore inexplorées sur la mutagenèse dans les phages et les bactéries. Certaines d’entre elles nécessitent le développement de nouvelles approches expérimentales. Notamment, en 2018, nous avons développé une nouvelle approche au niveau de la cellule unique qui combine la microscopie, la microfluidique et un rapporteur fluorescent d’erreurs de réplication, ce qui nous permet de suivre les mutations et leurs effets directement dans des bactéries uniques.
De nombreuses mutations spontanées sont dues à des erreurs de réplication de l’ADN. Ces erreurs peuvent être réparées par un système spécialisé appelé réparation des erreurs de réplication (Mismatch Repair – MMR). Les mutations se produisent donc en deux étapes : la production d’une séquence d’ADN erronée par la polymérase et l’échec de sa réparation par le MMR.
Récemment, nous avons utilisé notre approche de visualisation des mutations pour étudier la dynamique de la production d’erreurs, c’est-à-dire la première étape de l’apparition des mutations, révélant des variations modérées du taux d’erreurs d’une cellule à l’autre au cours d’une croissance normale. Nous étendons maintenant notre méthode pour visualiser simultanément la production d’erreurs de réplication et leur réparation par MMR. La deuxième étape (c’est-à-dire les fluctuations de l’efficacité de la réparation des erreurs et la dynamique des mutations causées par les échecs de réparation) nous permet de caractériser complètement la dynamique des mutations dans les cellules en croissance.
Responsables de recherche : Lydia ROBERT & Marina ELEZ
Dans ce projet, nous abordons des questions liées à l’apparition de mutations lors d’infections par des phages. Pourquoi les phages à ADN, même ceux qui utilisent la machinerie de réplication de leurs hôtes, ont-ils un taux de mutation supérieur de deux ordres de grandeur à celui de leurs hôtes ? Peut-on moduler le taux de mutation des phages ? Peut-on ralentir la diversification et l’évolution des phages ? Quel est l’impact de l’infection sur le taux de mutation de l’hôte ? Pour étudier ces questions, nous utilisons E. coli et ses bactériophages lambda, T4 et M13 comme systèmes modèles. Outre la vidéomicroscopie et l’expérience de visualisation des mutations basée sur la microfluidique développée à l’origine dans le groupe, nous abordons ces questions à l’aide de la biologie moléculaire, de la microbiologie, de la génétique et d’approches à l’échelle du génome telles que le séquençage duplex et le Chip-Seq.
Responsables de la recherche : Marianne DE PAEPE & Marina ELEZ
Les données accumulées au cours des dernières décennies suggèrent que dans des conditions de stress, certaines cellules peuvent déclencher des mécanismes moléculaires spécifiques qui augmentent leur taux de mutation. En particulier, les bactéries pourraient augmenter leur taux de mutation en présence de concentrations sublétales d’antibiotiques. Des traces d’antibiotiques sont souvent trouvées dans les environnements naturels et pourraient augmenter le taux d’adaptation des bactéries et donc leur capacité à acquérir des mutations leur conférant une résistance aux antibiotiques.
Les études précédentes portant sur l’effet du stress sur la mutagenèse ont été entravées par les limites des approches expérimentales classiques. Par conséquent, nous utilisons notre nouvelle approche pour caractériser la mutagenèse chez E.coli dans des environnements stressants. Nous visualiserons les erreurs de réplication, en évaluant la fidélité de réplication et la capacité de réparation au niveau de la cellule unique, et nous développerons également une nouvelle méthode pour estimer le taux, le spectre et la localisation de tous les types de mutations.
Responsables de recherche : Marina ELEZ & Lydia ROBERT
Tous les articles de l’équipe sont disponibles dans la collection MUSE-MICALIS sur HAL.
Application n° EP21305834
