Transfert conjugatif intra-spécifique des ICE putatifs

2.2.1. ICE_515_tRNALys et ICE_FSL S3-026_tRNALys: deux ICE fonctionnels chez S. agalactiae

Lors de ces travaux, la fonctionnalité d’ICE_515_tRNALys a été démontrée. En

effet, cet élément issu d’une souche de S. agalactiae d’origine humaine se transfère de manière autonome et par conjugaison vers d’autres souches de la même espèce. De même, l’ICE porté par la souche FSL S3-026, isolé d’une souche bovine, semble se transférer par conjugaison au moins vers une autre souche de S. agalactiae.

Aucun transconjugant n’a été observé lors des conjugaisons impliquant ICE_18RS12_tRNALys, ICE_COH1_tRNALys et ICE_2603_tRNALys. Chez ces trois éléments, le gène orfD est tronqué (18RS21 et COH1) ou interrompu par une IS (2603V/R). Le gène orfD code une ATPase putative appartenant à la super-famille FtsK et portant des domaines caractéristiques Walker A et Walker B (respectivement impliqués dans la fixation des acides nucléiques et contenant un résidu aspartate responsable de l’hydrolyse de l’ATP). La protéine codée par le gène orfD est

homologue des protéines VirB4 codées par l’élément pTi d’Agrobacterium tumefaciens,

ConE (YddE) d’ICEBs1 ou Orf16 de Tn916 qui sont toutes des ATPases. Chez les bactéries à coloration de Gram négative, les composants ATPasiques fournissent

166 l’énergie nécessaire permettant la translocation de l’ADN vers le pore de conjugaison (Cascales and Christie 2003; Chen et al. 2005; Christie et al. 2005; Lopez-Sanchez et al. 2012). Bien que moins connue chez les bactéries à coloration de Gram positive, cette ATPase semble indispensable au transfert conjugatif des ICE considérés. Pour l’élément ICE_18RS12_tRNALys, les gènes de conjugaison orfL et orfC sont également tronqués.

D’autres ICE fonctionnels ont été décrits au sein de cette espèce, TnGBS2 et

TnGBS1. Toutefois, TnGBS1 et TnGBS2 possèdent des modules de conjugaison non

apparentés aux ICE étudiés lors de ce travail. De plus, ils codent une transposase à DDE responsable de leur intégration, contrairement aux ICE intégrés dans l’extrémité 3’ du gène codant un ARNtLys qui codent une recombinase à tyrosine putative (Brochet et al. 2008a; Brochet et al. 2009). Le transfert de deux autres ICE de streptocoques apparentés à ICE_515_tRNALys a été démontré, (ICE_6180_RD.2 de

S. pyogenes et ICESt3 de S. thermophilus (avec respectivement 47 à 96% et 28 à 59% d’identité protéique au niveau du module de conjugaison). Toutefois, leurs modules de recombinaison sont très éloignés, ces éléments s’intégrant respectivement dans l’extrémité 3’ d’un gène codant un ARNtThr (Sitkiewicz et al. 2011) et du gène fda

(Bellanger et al. 2009). Le transfert d’autres ICE de streptocoques, appartenant à d’autres familles, présentant des spécificités d’insertion variées et portant une grande variété de gènes d’adaptation, a été observé, notamment ICESp2905 de S. pyogenes

(famille de Tn1549) (Brenciani et al. 2011), ICESe2 de S. equi (Heather et al. 2008), divers ICE de famille Tn916 (Tn1545 et Tn5251 de S. pneumoniae) (Poyart-Salmeron et al. 1989; Clewell et al. 1995a) et divers ICE de famille Tn5252 (Tn5252, et Tn5253 de

S. pneumoniae¸ Tn1207.3, de S. pyogenes, ICESsu32457 de S. suis et ICESde3396 de

S. dysgalactiae subsp. equisimilis) (Poyart-Salmeron et al. 1989; Ayoubi et al. 1991; Vijayakumar and Ayalew 1993; Clewell et al. 1995a; Santagati et al. 2003; Heather et al. 2008; Davies et al. 2009; Brenciani et al. 2011; Palmieri et al. 2012). Combinées à l’existence de nombreux ICE putatifs identifiés par séquençage (Brochet et al. 2008a; Carraro et al. 2011), ces données suggèrent que les ICE jouent un rôle essentiel dans le transfert horizontal chez les streptocoques.

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2.2.2. Impact de la souche réceptrice utilisée : barrières s’opposant au transfert

La nature de la souche réceptrice pourrait avoir un impact sur le transfert de

l’élément. En effet, la fréquence de conjugaison d’ICE_515_tRNALys est 100 fois plus

importante lorsque l’élément est retransféré d’une souche Nem316 vers une souche Nem316 que lorsqu’il se transfère de la souche 515 vers la souche Nem316.

2.2.2.1 Systèmes de restriction-modification

L’hypothèse la plus probable à la différence de fréquence de transfert observé lors des expériences de re-transfert et la présence de système(s) de restriction modification chez la bactérie réceptrice. Les systèmes RM sont très courants et très nombreux au sein des génomes bactériens. Ils constituent une barrière importante au transfert horizontal puisqu’ils vont cliver l’ADN entrant non modifié et ainsi inhiber le transfert d’un élément. Ces systèmes pourraient être présents chez les cellules réceptrices et être ainsi responsables de la faible fréquence de conjugaison observée lors de ces travaux. Toutefois, il est intéressant de noter que de nombreux ICE, dont ceux de S. agalactiae intégrés au locus considéré, possèdent des stratégies leur permettant d’échapper aux systèmes RM. Ces éléments portent en effet un gène codant une protéine d’anti-restriction ArdA putative (« alleviation of restriction of DNA »). Les protéines ArdA inhibent les systèmes RM en mimant une molécule d’ADN. Elles préviennent l’activité de restriction en déstabilisant le complexe protéique du système RM via une fixation sur la méthyltransférase (Wilkins 2002; McMahon et al. 2009).

2.2.2.2 Système CRISPR

La présence de loci CRISPR chez les souches réceptrices pourrait également inhiber le transfert conjugatif d’ICE_515_tRNALys et d’ICE_FSL S3-026_tRNALys. Les systèmes CRISPR/Cas sont en effet considérés comme une barrière importante à la dissémination des éléments génétiques mobiles. L’analyse de génomes de souches

d’origine humaine ou animale de S. agalactiae révèlent qu’il contient 2 loci CRISPR,

CRISPR1 ubiquitaire et très dynamique et CRISPR2 moins conservé et présent seulement chez quelques souches. Sur les 351 loci analysés, le locus CRISPR1 contient 949 espaceurs différents (Lopez-Sanchez et al. 2012). La majorité cible des phages ou

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des ICE rencontrés chez S. agalactiae, notamment TnGBS1 et TnGBS2, mais aussi les

ICE considérés lors de cette étude. La diversité des espaceurs paraît coïncider avec celle observée au sein des éléments génétiques mobiles de S. agalactiae (Lopez-Sanchez et al. 2012). Cependant, d’autres espaceurs vont cibler des séquences d’éléments mobiles identifiés chez d’autres espèces de streptocoques, notamment

S. pyogenes. Aucun transfert conjugatif d’ICE_515_tRNALys ou d’ICE_FSL S3-026_tRNALys n’a pu être observé vers la souche A909. L’analyse des espaceurs de

cette souche révèle que trois d’entre eux ciblent ICE_515_tRNALys. L’un d’entre eux

cible le gène de la protéine de couplage (SAL_2053), un autre la région intergénique entre les gènes codant la protéine de couplage et la relaxase (dans l’origine de transfert mais pas dans la région conservée) et enfin le dernier un gène codant une ADN adénine méthylase putative (SAL_2035). Ces données pourraient expliquer l’absence de transconjugant avec cette souche réceptrice. La souche A909 porterait un locus CRISPR/Cas fonctionnel, ciblant l’ADN étranger dont les ICE de la famille d’ICE_515_tRNALys, protégeant ces cellules de la dissémination de ces éléments.

2.2.2.3 Mise en place du pore de conjugaison

Une différence de spectre d’hôte pourrait également expliquer la différence de transfert entre ICE_515_tRNALys et ICE_FSL S3-026_tRNALys. En effet, ces deux éléments ont été caractérisés respectivement chez une souche d’origine humaine et bovine. Or tous les tests de transfert ont été réalisés vers des cellules réceptrices d’origine humaine. Des différences sont observées entre les souches adaptées à différents hôtes et notamment au niveau de la paroi. Il est donc possible que le contact entre des cellules adaptées aux humains et d’autres aux bovins ne soit pas optimal, expliquant ainsi la différence de fréquence de transfert. Des tests de transfert conjugatifs utilisant des cellules réceptrices isolées de bovins ou d’autres animaux permettrait de confirmer ou d’infirmer cette hypothèse.

Les expériences de conjugaison ont été réalisées vers des souches possédant déjà un élément intégré dans le locus considéré. Aucun de ces îlots ne porte de gènes codant un système d’exclusion connu, tels qu’une exclusion de surface ou d’entrée.

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