Mai 2003 - n°78

La Génétique et la Microbiologie au coeur des recherches de L' UMR INRA 1128

L'UMR INRA 1128 s'est spécialisée dans la recherche fondamentale en génétique bactérienne débouchant sur une valorisation dans les domaines de l'agroalimentaire (Streptococcus thermophilus) et l'exploitation de l'expression du métabolisme secondaire d'un producteur d'antibiotique (Streptomyces). Un sujet en plein essor…

Le futur fondateur Bernard Decaris, Maître de conférences en Génétique venant d'Orsay (université Paris Sud), est au départ nommé professeur de génétique à Nancy. Il travaille sur l'instabilité génétique chez le champignon modèle Ascobolus immersus. C'est avec la volonté de l'Université de Nancy de développer la génétique (recherche très faible sur le sujet à l'époque) que naît en 1985 le laboratoire de recherche avec la volonté forte de développer une recherche à la fois fondamentale et finalisée. Il s'associe à l'INRA à partir de 1992. Ensuite, il obtient en 2001 le statut d'Unité Mixte de Recherche (N°1128 Génétique et Microbiologie).

Le thème général du laboratoire de Génétique et Microbiologie est centré sur les mécanismes moléculaires et les déterminismes génétiques conduisant à la variabilité génomique et phénotypique de bactéries.

La variabilité génomique étudiée résulte de deux grands types d'événements :

- Des grands réarrangements intragénomiques (délétions, amplifications, translocations, transpositions, duplications) ou l'acquisition et/ou le remplacement d'une information génétique par transfert horizontal. Ces mécanismes se traduisent par l'apparition d'un polymorphisme génétique intra spécifique, voire intraclonal, qui concerne la structure génomique (configuration et taille du chromosome) et la nature de l'information génétique (séquence spécifique de souche). Ces études conduisent à revisiter le concept de pool génétique d'une espèce bactérienne. Ce pool n'est plus considéré comme homogène (à la variabilité allèlique près), c'est-à-dire partagé par tous les individus ou souches de l'espèce. En revanche, seule une partie de l'information génétique de ce pool est commune entre les différents individus.

- D'autre part, les diverses barrières génétiques existant entre les pools ne sont pas absolues et sont compatibles avec un transfert interspécifique. Ces remaniements se traduisent également par des modifications d'expression génétique : sur expression par amplification, extinction par perte ou remaniements de gènes, nouvelles fonctions par formation de gènes chimériques.

Deux systèmes biologiques sont étudiés :

- L'un est une bactérie lactique, Streptococcus thermophilus, bactérie Gram+ à bas G-C dont le génome est circulaire et de petite taille (1,8 Mb). Il s'agit d'une bactérie utilisée en cocultures avec d'autres bactéries lactiques dans les fermentations de produits laitiers. Des échanges génétiques peuvent s’effectuer entre les différentes espèces présentes.

- L'autre est une bactérie du sol, Streptomyces ambofaciens, bactérie Gram+ à haut G-C dont le génome est linéaire et de grande taille pour le monde bactérien (8 Mb). Cette bactérie présente une différenciation cellulaire et un métabolisme secondaire particulièrement poussés. La différenciation cellulaire aboutit à la formation d'une colonie qui est un véritable "organisme" bactérien se traduisant par une organisation intégrée, une différenciation de type mycélium végétatif et une sporulation. Le métabolisme secondaire, correspond à la phase tardive de différenciation et produit de nombreux métabolites excrétés dont des antibiotiques, des anti-tumoraux, des insecticides, des herbicides…L'ensemble de la différenciation et du métabolisme secondaire est sous le contrôle d'un réseau de régulateurs.
Ces 2 espèces bactériennes sont utilisées industriellement en agro-alimentaire (Streptococcus thermophilus) ou pour la production de métabolites (Streptomyces ambofaciens).

Les thématiques du laboratoire se focalisent sur l'organisation, l'expression et la plasticité du génome de bactéries industrielles :

- Structures chromosomiques et instabilité génétique chez l'actinomycète Streptomyces ambofaciens : mécanismes moléculaires des remaniements génomiques et conséquences des remaniements sur l'expression des gènes.
- Expression du métabolisme secondaire en phase tardive chez Streptomyces ambofaciens.
- Variabilité génétique chez Streptococcus thermophilus : structure et organisation du génome. Mécanismes de transfert horizontal d'informations génétiques.
- Analyse génétique et identification de bactéries du genre Bifidobacterium : identification par ribotypage, établissement des relations phylogénétiques par étude des séquences inter géniques 16S-23S.
- Stress oxydatif de la bactéries Streptococcus thermophilus.

Pour que ces recherches soient efficaces, deux équipes dynamiques travaillent de concert au sein de l'établissement. La première est dirigée par B. Decaris (également directeur du laboratoire) et s'intitule "Mécanismes de la variabilité génétique". Elle comprend 5 enseignants chercheurs, 8 étudiants en DEA (2) et Thèses (5), financées dont un ASC INRA, un ATER, et des allocations de recherche MENRT, 3 personnels techniques.
L'autre équipe est dirigée par Pierre Leblond et s'intitule "Instabilité télomérique et génomique de Streptomyces ambofaciens". Elle comprend 2 enseignants chercheurs, 1 DEA, 3 thèses (financement : Bourse INRA-Région, Allocation MENRT de recherche), 1 postdoc (Fondation pour la Recherche médicale).
Une secrétaire et un adjoint de maintenance viennent compléter le personnel du laboratoire.

La surface de l'UMR s'étend sur environ 1000 m2 dont approximativement la moitié de laboratoires. Les équipements constituent un point intéressant : Comme il s'agit d'un laboratoire dédié à l'étude des génomes bactériens (bactéries utiles et industrielles), il possède un ensemble d'équipement permettant d'étudier la génétique moléculaire et la génomique des bactéries. Avec notamment une unité de séquençage d'ADN automatisée (en association avec l'UMR INRA 1136 au sein de l'Institut Fédératif de Recherche N°110). Il s'agit de deux séquenceurs capillaires (dont l'un à 8 capillaires) couplés à un robot. En parallèle, le laboratoire a investi dans différents appareils : un appareil de PCR quantitative, un scanner à filtres (acquisition 2003), une ultracentrifugeuse, un équipement d'électrophorèse en champs pulsés, de PCR...
Un lecteur de puces à ADN pour des études transcriptomiques est en cours d'acquisition.

L'UMR 1128 développe sa compétitivité au niveau international sur les thématiques traitées (maîtrise des méthodologies de pointe sur des questions pertinentes), mais aussi par le fort développement de la génomique (décryptage des génomes bactériens et analyse fonctionnelle, transcriptomique). Elle fait partie d'un programme de séquençage du génome de l'un de ses organismes d'étude avec le Génoscope (CNS, Evry) et un laboratoire CNRS (Orsay). Elle développe également ses activités en bio-informatique en collaboration étroite avec des chercheurs de l'INRIA Lorraine (LORIA), dans le cadre d'une priorité du contrat de Plan Etat Région 2000-2006. Au niveau international, l'UMR s'est intégrée dans un réseau de collaboration. Un recrutement dans ce domaine (poste de Maître de Conférence, Génomique bactérienne) sera d'ailleurs réalisé en 2003.

Un autre point fort est le prolongement des activités de recherche de l'UMR 1128 dans la formation à l'université. L'exemple type en est le DESS Ressources génomiques et Traitements informatiques qui est le résultat des collaborations entre biologistes et informaticiens. Il fera d'ailleurs l'objet d'un article dans un prochain numéro de la Gazette.

MH

Pour en savoir plus, contactez :
Pierre LEBLOND
Génétique et Microbiologie UMR INRA 1128 - IFR 110
Université Henri Poincaré - Faculté des Sciences