Génomique de Propionibacterium freudenreichii

Grâce aux technologies de séquençage de nouvelle génération (NGS), il a été

possible d’obtenir le séquençage de plusieurs génomes de bactéries propioniques, ce qui a

conduit à une meilleure connaissance biologique de l'espèce. Ces génomes présentent, en

général, une teneur élevée en GC, environ 67% (Falentin et al. 2010a) et certaines souches

peuvent héberger en outre des plasmides (Luijk et al. 2002). Les données provenant du

séquençage peuvent être utilisées dans les études comparatives et/ou évolutives visant à

comprendre la génomique, au niveau structurel et au niveau fonctionnel de ce

microorganisme.

En 2010, le STLO a publié le premier génome complet de P. freudenreichii (souche

CIRM-BIA1) qui a été séquencée en utilisant la méthode traditionnelle de Sanger (Falentin

et al. 2010a). L’assemblage initial de ce génome a été effectué sans séquences répétitives, en

utilisant le logiciel Phred/Phrap/CONSED (www.phrap.org) (Vallenet et al. 2008; Falentin et

al. 2010a). Ensuite, pour la clôture des gaps, il a été nécessaire d'utiliser le kit sequence GC

finishing (GEhealthcare) et le kit transposition bombs (Falentin et al. 2010a). Ce génome

présente un chromosome circulaire de 2,7 Mb, de haute teneur en GC (67%) et est

disponible dans la base de données Genbank, avec le numéro d'accès FN806773 (Falentin et

al. 2010a).

Depuis, 21 autres génomes de P. freudenreichii ont été séquencés par l’équipe. Leur

séquençage a été réalisé par la méthode Illumina, en utilisant la bibliothèque paired-ends,

sauf pour la souche CIRM-BIA 9 qui a utilisé la bibliothèque single reads. L'assemblage de

ces 21 génomes a été mené par une approche de novo, puis les scaffolds ont été ordonnés par

comparaison avec le génome de référence complet CIRM-BIA1 (Falentin et al. 2010a; Loux

et al. 2015a). Les détails de l'assemblage de ces 21 génomes sont présentés dans le Tableau

5. Tous les génomes ont été annotés sur la plate-forme AGMIAL, qui est une interface

graphique pour l'annotation de génomes complets et incomplets des procaryotes. Les 21

génomes ont été déposés dans la base de données de EBI-EMBL et ces données sont

disponibles en suivant le lien : http://www.ebi.ac.uk/ena/data/view/Taxon:Propionibacte

rium%20freudenreichii (Loux et al. 2015b). Ces 21 génomes comprennent notamment celui

P. freudenreichii CIRM-BIA138, une des souches utilisées au cours de ces travaux de thèse

pour l’analyse en RNA-Seq.

Cependant, la plupart de ces nouveaux génomes de P. freudenreichii sont encore

incomplets, à l’état de drafts, cela est dû à la difficulté de l’étape d'assemblage liée à la

Des analyses bioinformatiques ont été réalisées sur ces différents génomes de P.

freudenreichii, afin d’identifier les gènes impliqués dans (i) la résistance aux différents pH et

à la présence des sels biliaires; (ii) la synthèse des vitamines et des acides aminés et (iii) le

stockage du carbone. Ces analyses montrent qu'il s’agit d’une bactérie versatile, dotée d’un

large arsenal de gènes pour survivre dans des environnements défavorables (Falentin et al.

2010a; Loux et al. 2015b). Ces données contribuent à expliquer la capacité de P.

freudenreichii à maintenir une activité métabolique en conditions de stress et de survie à

long terme. Ceci explique pour partie sa viabilité dans des environnements qui simulent le

tractus gastro-intestinal chez les humains et les animaux. Ces analyses génomiques ont aussi

été largement utilisées pour identifier des gènes potentiellement liés à son activité

immunomodulatrice.

D'autres études ont révélé la présence de mutations ponctuelles et d’îlots

génomiques, variables d’une souche à l’autre. Ceci montre la plasticité chromosomique de

cette espèce, et résulte probablement de transferts horizontaux, duplications, transpositions

et mutations accumulées. L’analyse de ces variations inter-souches, couplée à une

caractérisation phénotypique complète de leur capacité à métaboliser les sucres a permis

d'’établir un lien entre cette plasticité et le fait que certaines souches de P. freudenreichii

utilisent, préférentiellement, certaines sources de carbone. Ces analyses ouvrent aussi de

nouvelles perspectives pour améliorer leur sélection et leur utilisation pour l’industrie

fromagère et des probiotiques (Loux et al. 2015b).

Le génome complet de P. freudenreichii CIRM-BIA 1 a aussi été analysé et comparé

à celui de P. acnesafin d’identifier les facteurs différenciant ces deux espèces proches. Cette

analyse a aussi été menée pour cerner ce qui sous-tend les capacités probiotiques de

certaines souches de P. freudenreichii (Falentin et al. 2010a).

Ces analyses génomiques structurelles basées sur l'ADN sont complétées d’analyses

fonctionnelles à travers des études portant sur l’ARN, les protéines et les produits de

métabolisme de cette bactérie (respectivement, des approches transcriptomique,

protéomique et métabolomique). Cela est illustré dans le deuxième chapitre de la section de

résultats de ce manuscrit thèse : l'utilisation de la génomique fonctionnelle pour comprendre

le phénomène de la survie à long terme chez P. freudenreichii.

97

Number in CIRM-BIA collection (Rennes,

France)

Locus_tag Isolated from (date) Bioproject Raw reads accession number Read quantity Read length S equencin g depth Number of scaffolds >1000 bp Cumulativ e contig length N50 Number of N segments Number of complete genes

9 PFCIRM 9 Emmental cheese (1989) PRJEB6427 ERS638416 26 013 151 37 370 204 2 533 825 21 887 0 2 308

118 PFCIRM 118 Gruyère cheese (1973) PRJEB6428 ERS638410 51 926 392 37 739 41 2 583 496 193 767 59 2 325

119 PFCIRM 119 Gruyère cheese (1973) PRJEB6430 ERS638409 58 084 132 37 827 46 2 644 402 128 788 91 2 422

121 PFCIRM 121 Swiss cheese (1937) PRJEB6431 ERS638414 52 432 380 37 746 59 2 561 530 86 244 68 2 304

122 PFCIRM 122 NCIB (1992) PRJEB6432 ERS638421 54 950 090 37 782 78 2 614 705 73 741 70 2 348

123 PFCIRM 123 M orbier cheese (1992) PRJEB6438 ERS638423 54 523 668 37 776 47 2 604 827 114 519 78 2 377

125 PFCIRM 125 Emmental cheese (1992) PRJEB6434 ERS638418 54 868 488 37 781 43 2 511 448 238 430 59 2 272

127 PFCIRM 127 Emmental cheese (1992) PRJEB6435 ERS638428 55 178 920 37 785 57 2 567 344 81 280 53 2 330

129 PFCIRM 129 Emmental cheese (1992) PRJEB4826 ERS638425 52 269 870 37 744 59 2 591 314 123 180 59 2 338

134 PFCIRM 134 NA PRJEB6441 ERS638419 50 523 582 37 719 47 2 635 396 153 798 152 2 318

135 PFCIRM 135 ewe raw milk (1994) PRJEB6442 ERS638422 50 649 408 37 721 47 2 620 043 114 923 75 2 343

138 PFCIRM 138 Emmental cheese (1992) PRJEB6433 ERS638424 58 100 372 37 827 72 2 573 580 80 515 110 2 304

139 PFCIRM 139 Emmental cheese (1992) PRJEB6436 ERS638426 60 700 312 37 864 45 2 589 117 106 963 53 2 362

456 PFCIRM 456 raw milk Raclette cheese (1992) PRJEB6445 ERS638427 49 094 398 37 699 38 2 502 068 131 281 61 2 253

508 PFCIRM 508 Gruyère (1973) PRJEB6429 ERS638411 50 259 834 37 715 47 2 578 004 141 315 93 2 302

512 PFCIRM 512 raw milk M orbier cheese (1994) PRJEB6439 ERS638413 63 808 750 37 908 45 2 580 419 153 592 57 2 349

513 PFCIRM 513 egyptian ras cheese (1995) PRJEB6440 ERS638415 62 230 134 37 886 48 2 659 761 179 407 54 2 416

514 PFCIRM 514 hay (1994) PRJEB6443 ERS638417 51 481 488 37 733 51 2 521 626 121 592 66 2 285

516 PFCIRM 516 nepalian yack cheese (2000) PRJEB6444 ERS638420 61 823 266 37 880 62 2 630 828 125 877 205 2 342

527 PFCIRM 527 Fribourg cheese (1992) PRJEB6437 ERS638412 69 806 362 37 993 63 2 576 369 104 864 57 2 344