Les éléments intégratifs et conjugatifs (ICE) de la famille SXT/R391 sont reconnus pour leur rôle prépondérant dans la propagation de la résistance aux antibiotiques parmi des populations de Gammaproteobactéries, en particulier chez Vibrio cholerae, l’agent pathogène causant le choléra. Ces éléments génétiques autonomes possèdent tous les gènes nécessaires à leur dissémination au sein d’une population bactérienne et s’intègrent normalement dans un site précis du chromosome bactérien. L’activateur SetCD et la machinerie de conjugaison encodée par les ICE permettent non seulement leur transfert conjugatif, mais également la mobilisation d’îlots génomiques, les MGI (mobilizable genomic islands). Lorsque leur transfert est enclenché sans excision au préalable, les MGI et les ICE peuvent mobiliser plusieurs centaines de kb d’ADN chromosomique adjacent à leurs sites d’insertions. Cet ADN mobilisé peut alors recombiner avec le génome de la cellule réceptrice, aboutissant à des remplacements d’allèles. En plus du squelette de gènes conservés de cette famille d’ICE, ces éléments portent une cargaison d’ADN variable qui peut coder pour des fonctions adaptatives potentiellement avantageuses pour l’hôte bactérien. Les ICE SXT/R391 portent également les gènes codant pour un système de recombinaison qui promeut la diversité de la famille en générant des ICE hybrides. Ces éléments mobiles sont extrêmement stables dans les populations bactériennes. Cette stabilité est attribuable à leur intégration au chromosome et à plusieurs composantes qu’ils contiennent, par exemple les systèmes toxine-antitoxine de la cargaison d’ADN variable ou encore le système conservé de partition des éléments excisés. La majorité des gènes portés par les ICE SXT/R391 est contrôlée par leur système de régulation qui se situe au cœur de ce projet doctoral. Ce système de régulation comprend SetR, le répresseur responsable du maintien de l’état quiescent dans lequel l’ICE est intégré au chromosome et est propagé verticalement dans la population bactérienne, c’est-à-dire au rythme de la réplication chromosomique et de la division cellulaire. Lorsque l’ADN bactérien est endommagé, il y a activation de la réponse SOS de réparation de l’ADN par RecA, un facteur de l’hôte, qui induit parallèlement l’autoprotéolyse de SetR, levant ainsi la répression exercée sur les gènes setC et setD. Ces derniers codent pour SetCD, le complexe activateur des ICE SXT/R391 qui active l’expression de la machinerie de conjugaison ainsi que d’autres fonctions codées par ces ICE. Ce projet doctoral a permis l’identification de nouvelles composantes importantes pour la régulation des ICE SXT/R391. Premièrement, nous avons généré par génie génétique plusieurs mutants qui ont permis de caractériser CroS par des essais de transfert conjugatif, de PCR quantitatif en temps réel (qRT-PCR) et d’expression avec le gène rapporteur lacZ. Nous avons déterminé que CroS est un régulateur transcriptionnel qui, avec SetR, constitue un interrupteur génétique permettant l’induction du transfert conjugatif dépendante de RecA. Nous avons également validé par gel à retardement la liaison par SetR et CroS d’un site opérateur additionnel. Des essais β galactosidase ont montré que ce site contribue à la répression des gènes croS, setC et setD. De plus, les résultats de ce projet doctoral ont clarifié certains points concernant la régulation par SetCD. Des essais d’immunoprécipitation de la chromatine couplée à la digestion avec une exonucléase (ChIP-exo) combinés avec le séquençage de l’ARN (RNA-seq) et la détermination des sites +1 d’initiation de la transcription (5’-RACE et extension d’amorces) ont permis d’établir le régulon de SetCD chez les ICE SXT/R391 et chez les MGI qu’ils mobilisent. La nécessité de SetCD dans la cellule réceptrice pour qu’il y ait intégration de l’ICE de manière site-spécifique dans l’extrémité 5’ du gène prfC a été mise en évidence à l’aide de la construction de mutants, d’essais de transfert conjugatif, de buvardage de type Southern, d’électrophorèse en champs pulsés et de PCR en temps réel. Nous avons également observé, grâce à des essais de PCR quantitatif et d’activité β galactosidase, une boucle de rétroaction positive médiée par l’activation de l’excision et de la réplication de l’ICE par SetCD. En somme, ce projet doctoral a mené à une meilleure compréhension des composantes et des mécanismes en scène pour la gouvernance de cette famille d’ICE qui sont, entres autres, d’importants vecteurs de la dissémination des résistances aux antibiotiques.

Les bactéries du genre Streptomyces produisent de nombreux métabolites secondaires, dont certains possèdent des propriétés intéressantes en agriculture et en pharmaceutique. Avec le développement de la génomique, de nombreux outils bioinformatiques de recherche de groupes de gènes du métabolisme secondaire ont été développés au cours de la dernière décennie pour explorer les génomes. Ces outils sont basés sur la recherche de similarité de séquences et de ce fait, les clusters atypiques, constitués de gènes non caractérisés, ne peuvent être détectés par ces approches. L'isolement de tels clusters nécessite donc la mise en œuvre de nouvelles stratégies. La comparaison d’espèces d'Actinomycetes proches a révélé que les îlots génomiques, régions présentes dans un seul génome, sont très souvent enrichis en gènes du métabolisme secondaire. Nous avons participé (en collaboration avec les équipes d’Olivier Lespinet et de Pierre Leblond et Bertrand Aigle) au développement d’un outil, Break Viewer, permettant de localiser les îlots génomiques en comparant des génomes proches de Streptomyces. Cet outil a permis l'identification d'un îlot non détecté par les approches classiques, îlot dont l'étude a montré qu'il contenait un groupe de gènes du métabolisme secondaire. L’étude de ce groupe de gènes a montré qu'il dirige la synthèse de trois composés, le produit majoritaire étant le sphydrofurane. Une analyse fonctionnelle du cluster sphydrofurane a permis de déterminer les gènes impliqués dans la biosynthèse et la régulation de la biosynthèse du sphydrofurane et de proposer un modèle préliminaire pour la biosynthèse de ce métabolite. / Streptomyces are soil-dwelling bacteria that produce numerous secondary metabolites, some of which have interesting properties in agriculture and pharmaceuticals. With the development of genomics, many bioinformatics tools to search genomes for secondary metabolism gene clusters have been developed over the last decade. These tools are based on sequence similarity searches and therefore atypical clusters, consisting of uncharacterized genes, cannot be detected by these approaches. The isolation of such atypical clusters therefore requires the implementation of new strategies.Comparing closely related Actinomycetes species revealed that genomic islands (regions that are present in one genome only), are often enriched in secondary metabolite genes. We participated (in collaboration with the team of Olivier Lespinet and the team of Pierre Leblond and Bertrand Aigle) to the development of a new tool, Break Viewer, to locate genomic islands by comparing the genomes of closely related Streptomyces. This tool allowed the identification of an island, undetected by conventional approaches, island whose study showed that it contained a secondary metabolism gene cluster. The study of this cluster has shown that it directs the synthesis of three compounds, the major product being sphydrofuran. A functional analysis of the sphydrofuran gene cluster allowed us to identify the genes involved in the biosynthesis and regulation of sphydrofuran and to propose a preliminary model for the biosynthesis of this metabolite.