Définition du spectre d'hôtes du plasmide conjugatif TP114 et modulation de son activité contre des espèces pathogènes d'importance clinique

Abstract

L’utilisation massive d’antibiotiques durant les dernières décennies a contribué à la propagation des bactéries multirésistantes. Ces dernières sont la cause d’infections récidivistes opportunistes et parfois même incurables. Le problème de résistances aux antibiotiques a été classé comme une menace par l’OMS en 2016, démontrant un besoin criant de trouver une solution dans les plus brefs délais. Dans un souci de contrer cette problématique grandissante, la nouvelle technologie COnjugative Probiotic (COP) a émergée de la biologie synthétique. Cette branche de la biologie permet de coupler différents modules au sein d’une même cellule. Chacun de ces modules est responsable d’une activité qui permet alors d’utiliser un microorganisme pour accomplir une fonction particulière et spécifique. Dans le cas de cette technologie, l’utilisation d’une souche probiotique d’Escherichia coli couplée à un module permettant la conjugaison bactérienne et un module CRISPR/Cas9 permet de cibler et d’éliminer avec précision une bactérie visée. Par exemple, un gène de résistance aux antibiotiques peut être la cible de la technologie COP. Bien d’autres utilisations pourront être appliquées à ce nouvel outil biologique. On peut alors songer au traitement ou la prévention d’infections bactériennes ou encore à la modification d’une population microbienne, telle que la modulation du microbiote intestinal. Le système CRISPR/Cas9 pourrait donc viser un gène essentiel chez une espèce pathogène ou encore un facteur de virulence important qui permettrait de traiter une infection, malgré sa multirésistance aux antibiotiques. Les utilisations futures du système COP sont à la base du projet de maitrise entrepris, où la détermination des espèces pouvant être visées par le système sont le principal objectif des travaux présentés.

La première partie de ce mémoire expose d’abord l’étude du spectre d’hôtes du plasmide conjugatif à l’étude et faisant partie de la biotechnologie COP, soit TP114. La conjugaison bactérienne fait partie des mécanismes procaryotes permettant l’échange de matériel génétique. Ainsi, des gènes bénéfiques, permettant par exemple la dégradation de métaux lourds, une augmentation de la capacité métabolique, des gènes de virulence, de toxine ou encore de résistance aux antibiotiques peuvent être transférés vers les cellules à proximité. Le spectre d’hôtes natif du plasmide TP114 sauvage et du plasmide eB-TP114, obtenu par évolution accélérée, ont été identifiés comme étant à large gamme d’hôtes, bien que possédant une limite vers des espèces particulièrement éloignées phylogénétiquement, telles les espèces à Gram positif. La deuxième partie démontre la possibilité de faire varier spécifiquement ce spectre d’hôtes afin de cibler une ou plusieurs espèces pathogènes. Ces dernières ont été choisies sur la base de leur importance clinique, telle que des bactéries causant de multiples infections et qui deviennent de plus en plus résistantes aux traitements antimicrobiens connus à ce jour.

Ensemble, les résultats des travaux présentés démontrent la capacité de systèmes tels que le COP à être utilisés en tant qu’outil de prévention, de traitement ou de modification des populations chez plusieurs espèces bactériennes d’importance clinique. L’étude systématique des hôtes potentiels du système permet d’appliquer certains principes aux futures applications d’une biotechnologie qui fournira des solutions avantageuses contre les infections non traitables causées par des bactéries multirésistantes. Les évolutions accélérées ont permis de démontrer que le concept de spectre d’hôtes est flexible et que la conjugaison peut être améliorée de façon significative vers différentes souches bactériennes pathogènes.