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Theses Year : 2016

Resistance integrons : fitness cost and evolution dynamic of the cassette promoter

Intégrons de multirésistance : coût biologique et dynamique d' évolution du promoteur des cassettes

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Abstract

Resistance integrons are genetic platforms able to catch and express resistance genes embedded within gene cassettes. Capture and reshuffling of gene cassettes are mediated by the integrase whose expression is regulated by the SOS response in E. coli. Gene cassettes are then expressed from the Pc promoter.This work aims to clarify the evolution dynamic of integrons.In a first part, the fitness cost of class 1 integron was assessed in E. coli. Results reveal that integrons are low cost structures and that their cost is reduced by the SOS-mediated repression system. While repressed, the cost of an integron mostly depends on cassettes array expression. The cost of an integron therefore increases with Pc strength and the number of cassettes in the array. Furthermore, different cassettes exhibit different costs.In a second part, the evolution dynamic of Pc promoter was assessed in response to antibiotic pressures. An E. coli strain, carrying a plasmidic integron with a weak Pc promoter, was propagated in chemostat for 200 generations. The deep-sequencing of evolved populations did not reveal any mutations in the promoter region. On the other hand, evolved bacteria presented evidence of chromosomal adaptation. In these conditions, the lack of evolution within the Pc region could reveal either a biological reality or an experimental protocol to optimize.
Les intégrons de multirésistance sont des plateformes génétiques permettant aux bactéries de s’adapter à des pressions antibiotiques . Ils leur permettent de capturer et d’exprimer de s gènes de résistance sous forme de cassettes. La capture et le réarrangement des cassettes sont réalisés par une intégrase dont l’expression est régulée par la réponse SOS chez E. coli . L’expression des cassettes est quant à elle assurée par le promoteur Pc. Les travaux présentés dans ce manuscrit visent à préciser deux aspects liés à la dynamique d’évolution des intégrons . L’étude du coût biologique des intégrons a montré que ceux - ci sont des structures génétiques très peu coûteuses pour E. coli . Ce faible coût est notamment lié à la répression du gène de l’intégrase par la réponse SOS. Dans ces conditions de répression, le coût d’un intégron dépend de l’expression du réseau de cassettes et de son contenu. Ainsi ce coût augmente avec la force du promoteur Pc et le nombre de cassettes dans le réseau. D’autre part, le coût lié à la nature des cassettes est variable. L’étude de la dynamique d’évolution du promoteur Pc visait à vérifier l’hypothèse selon laquelle des pressions antibiotiques auraient conduit à l’émergence de promoteurs forts à partir d’un variant ancestral faible. L’évolution d’une souche de E. coli , contenant un intégron plasmidique portant un variant faible d e Pc, a été réalisée en chemostat sur 200 générations . L’analyse des populations évoluées par deep - sequencing n’a pas permis de mettre en évidence l’émergence de variants forts de Pc . Néanmoins, l ’ étude de ce s populations évoluées révèle une part majoritaire d’évolution chromosomique. Dans ces conditions, l’ absence d’évolution du Pc pourrait atteste r soit d’une réalité biologique ou soit d’un protocole expérimental d’évolution à optimiser .
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Cite

Yohann Lacotte. Intégrons de multirésistance : coût biologique et dynamique d' évolution du promoteur des cassettes. Médecine humaine et pathologie. Université de Limoges, 2016. Français. ⟨NNT : 2016LIMO0068⟩. ⟨tel-01657881⟩
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