Rapport sur le mémoire de thèse de M. Benoit Chatry, intitulé
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Ecole Centrale de Lyon - INSA de Lyon - Université Lyon 1 Ampère Unité Mixte de Recherche du CNRS - UMR 5005 Génie Electrique, Electromagnétisme, Automatique, Microbiologie environnementale et Applications « Environmental Microbial Genomics » Group Projet de thèse 2010 • Direction de thèse : Pascal Simonet, directeur de recherche au CNRS • Collaborations : Laboratoire Ampère : Prof. Timothy M. Vogel (projet ANR Metasoil), Dr Jean‐Michel Monier (projet ADEME, Générique). Projet AFSSET (soumis) : Pr Antoine Andremont (hôpital Bichat, Paris) Projet ADEME‐Générique (financé) : Dr Emilie Gardeur‐Algros (IPL, Nancy) Pr Dominique Schneider (UJF, Grenoble) • Titre de la thèse : Etude de la prévalence, de la diversité et des potentialités de dissémination des gènes de résistance à des antibiotiques dans les sols sous deux conditions environnementales extrêmes vis‐à‐vis d’une exposition à des antibiotiques. • Contexte scientifique : Lʹhistoire de lʹHomme se caractérise par une bataille continuelle contre les microorganismes à lʹorigine dʹinfections et de maladies. Il n’est nul besoin de rappeler ici l’apport des antibiotiques dans la lutte contre les maladies infectieuses, ces molécules constituant une des découvertes fondamentales du XXème siècle. La victoire liée à la découverte des antibiotiques nʹa cependant été que de courte durée, remise en cause par la rapidité avec laquelle les bactéries se sont adaptées, l’acquisition de multi‐résistances par nombre d’entre eux étant en passe de complètement modifier le rapport de force entre le microbe et l’homme. Les déterminants de résistance se sont progressivement diversifiés et, du fait de leur localisation fréquente sur des éléments génétiques mobiles, se sont rapidement dispersés par transfert horizontal entre bactéries. Des données scientifiques récentes convergent pour présenter les bactéries du sol comme le réservoir à partir duquel les gènes de résistance seraient transmis aux bactéries pathogènes de l’homme et des animaux. La grande majorité des antibiotiques prescrits aujourd’hui en médecine humaine et vétérinaire trouvent leur origine chez les bactéries isolées du sol. En effet, ces molécules constituent pour les germes producteurs un arsenal chimique qui leur permet d’accroître leur valeur adaptative vis‐à‐vis des autres microorganismes, en leur permettant d’éliminer Pascal SIMONET Ampère - Ecole Centrale de Lyon– 36, Av. Guy de Collongue - 69134 Ecully cedex - France Tél : +33 (0) 4 72 18 60 92 Fax : +33 (0) 4 78 43 37 17 e-mail : [email protected] http://www.ampere-lab.fr Ecole Centrale de Lyon - INSA de Lyon - Université Lyon 1 Ampère Unité Mixte de Recherche du CNRS - UMR 5005 Génie Electrique, Electromagnétisme, Automatique, Microbiologie environnementale et Applications « Environmental Microbial Genomics » Group de leur entourage immédiat d’autres organismes compétiteurs pour les mêmes ressources nutritives. Inévitablement, des mécanismes de résistance se sont développés, déjà par les germes producteurs pour s’immuniser contre leurs propres composés mais aussi par d’autres bactéries pour échapper à l’agression chimique. La localisation de ces mécanismes de résistance sur des plasmides, des transposons, des séquences d’insertion et leur regroupement au sein de structures appelées intégrons et super‐intégrons leur assure un potentiel de dispersion redoutablement efficace au sein de la microflore (Mazel, 2006 ; Walsh, 2006). • Objectifs de la thèse : L’objectif de la thèse visera à étudier la prévalence et la diversité des gènes de résistance à des antibiotiques dans les sols et de définir les potentialités de ces déterminants génétiques à être transférés parmi la microflore, notamment sous l’influence de l’activité humaine. Pour répondre à ces questions, deux situations extrêmes concernant l’activité humaine seront prises en compte : Le projet de thèse tirera profit de l’existence, en Sud‐Guyane, du village amérindien de Trois‐ Sauts, isolé au cœur de la forêt amazonienne qui sert de site expérimental à une étude globale sur l’écologie de la résistance aux antibiotiques dans différents écosystèmes (hommes, animaux domestiques et sauvages, eaux, sols etc.) (projet soumis pour financement à l’AFSSET). L’intérêt de ce site tient au fait que les cinq à six‐cent amérindiens Wayampi sédentaires qui y vivent selon un mode traditionnel, avec un très faible apport alimentaire extérieur ont été soignés par des traitements antibiotiques parfaitement répertoriés et rapportés dans des carnets de santé individuels. Cette situation permettra de déterminer l’état « naturel » de la microflore tellurique dans certains échantillons de sol de la forêt non soumis à une pression antibiotique d’origine anthropique en comparant ces échantillons à ceux prélevés à l’intérieur du village où un usage maitrisé de certaines molécules antibiotiques bien identifiées a été réalisé. La seconde situation extrême étudiée concerne des sols européens concernés par l’amendement en plein champ par les déjections d’animaux de fermes traités par des antibiotiques (Projet financé par l’ADEME). Ces pratiques agricoles sont en effet susceptibles de modifier la structure des communautés bactériennes du sol et le niveau du réservoir de gènes de résistance du fait qu’elles représentent une véritable inoculation du sol par les souches bactériennes du tractus digestif qui ont résisté aux traitements antibiotiques appliqués aux animaux. L’effet potentiel n’est cependant pas limité à cette inoculation mais doit aussi considérer l’apport de molécules antibiotiques que représente l’amendement par des déjections potentiellement contaminées par ces molécules bio‐actives qui ont été excrétées dans les urines et/ou les fèces des animaux. Pascal SIMONET Ampère - Ecole Centrale de Lyon– 36, Av. Guy de Collongue - 69134 Ecully cedex - France Tél : +33 (0) 4 72 18 60 92 Fax : +33 (0) 4 78 43 37 17 e-mail : [email protected] http://www.ampere-lab.fr Ecole Centrale de Lyon - INSA de Lyon - Université Lyon 1 Ampère Unité Mixte de Recherche du CNRS - UMR 5005 Génie Electrique, Electromagnétisme, Automatique, Microbiologie environnementale et Applications « Environmental Microbial Genomics » Group • Approches méthodologiques : Ces travaux visant à accroître les connaissances sur les déterminants génétiques codant la résistance à des antibiotiques dans les bactéries du sol, en termes de prévalence, de diversité et de potentialités de dissémination horizontale seront abordés, pour chacune des situations environnementales étudiées par une approche métagénomique. Celle‐ci sera appliquée aux échantillons de sol provenant directement du terrain mais également de ceux issus de microcosmes de sol ensemencés au laboratoire, soit par des solutions d’antibiotiques, soit par des échantillons de fumiers prélevés dans les fermes, avant d’être incubés au laboratoire sur des périodes de temps allant jusqu’à deux années. Pour ce faire, le sol de la station agronomique de Rothamsted sera utilisé du fait des travaux systématiques de séquençage du métagénome actuellement en cours (projet Metasoil, coordination TM Vogel, Ampère) qui fourniront une base pour les études d’évolution de la communauté bactérienne et des populations résistantes aux molécules étudiées. A différents temps (0, 1 mois, 6 mois et 24 mois) seront effectués en parallèle la détermination des concentrations des molécules d’antibiotiques par dosage chimique (collaboration avec IPL, Nancy, projet ADEME), l’inventaire des gènes de résistance à des antibiotiques et des séquences d’ADN flanquantes et la « description» de la structure des communautés bactériennes en termes de niveaux populationnels atteints par plusieurs milliers de bactéries cibles. • Résultats attendus : Les résultats générés lors de ces travaux devraient conduire à compléter la carte génomique des processus de résistance en révélant des gènes accroissant la valeur adaptative de leur hôte bactérien principalement dans les conditions de concentration élevée du produit et en comparant aux situations où l’influence anthropique est nulle ou très contrôlée. Ils devraient aussi permettre de définir s’il est possible de détecter en conditions de laboratoire (microcosmes) ou de terrain (Guyane ou Europe) la mise en place dans le temps de processus évolutifs et adaptatifs bactériens spécifiquement liés au transfert horizontal. • Compétences du candidat requises: Microbiologie, Ecologie microbienne, biologie moléculaire (phylochips, qPCR), génomique, bio‐informatique, bio‐statistique. Pascal SIMONET Ampère - Ecole Centrale de Lyon– 36, Av. Guy de Collongue - 69134 Ecully cedex - France Tél : +33 (0) 4 72 18 60 92 Fax : +33 (0) 4 78 43 37 17 e-mail : [email protected] http://www.ampere-lab.fr
