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À propos

Les mutations, i.e. les changements dans la séquence génétique d'un organisme, sont le moteur de l'évolution. Mais elles ont également des conséquences importantes pour la santé humaine. La lutte contre les maladies infectieuses est une course évolutive permanente avec les agents pathogènes, où les mutations alimentent la virulence, la résistance aux antibiotiques et l'échappement des bactériophages.

Les mutations ont été largement étudiées depuis plus d'un siècle, mettant en lumière les mécanismes sous-jacents à leur production et leurs effets sur les individus et les populations. Notre équipe aborde certaines des questions inexplorées sur la mutagenèse chez les phages et les bactéries. Certaines de ces questions nécessitent le développement de nouvelles approches expérimentales. En 2018, nous avons développé une approche de cellule unique combinant microscopie, microfluidique et marquage fluorescent des erreurs de réplication. Cela nous permet de suivre directement les mutations et leurs effets dans une seule bactérie.

Images prises dans notre labo  © AiR&D, Alexandre Darmon 

Notre nouvelle approche unicellulaire pour étudier la mutagenèse et l'évolution

Accumulation de mutations et microfluidique :

Des milliers de cellules d'Escherichia coli sont cultivées dans notre puce microfluidique "mother machine" et accumulent des mutations pendant des centaines de générations.

Expérience de visualisation de mutations :

Les cellules d'Escherichia coli (rouge) sont cultivées dans notre puce microfluidique "mother machine". Les taches jaunes marquent les mutations naissantes.

Projets actuels

Responsables du projet : Lydia ROBERT & Marina ELEZ

De nombreuses mutations spontanées sont dues à des erreurs de réplication de l'ADN. De telles erreurs peuvent être réparées par un système dédié appelé Mismatch Repair (MMR). Ainsi, les mutations se produisent en deux étapes : la production d'une séquence d'ADN erronée par la polymérase et l'échec de sa réparation par le MMR.

Récemment, nous avons utilisé notre approche de visualisation des mutations pour étudier la dynamique de production d'erreurs - i.e. la première étape de l'apparition des mutations - et avons révélé des variations modérées du taux d'erreur de cellule à cellule au cours d'une croissance normale. Maintenant, nous étendons notre méthode pour visualiser simultanément la production et la réparation des erreurs de réplication par MMR. L'étude de cette deuxième étape - i.e. les fluctuations de l'efficacité de réparation des erreurs et la dynamique des mutations causées par les échecs de réparation - nous permet de caractériser pleinement la dynamique des mutations dans les cellules en croissance.

Responsables du projet : Marina ELEZ & Marianne DE PAEPE

Dans ce projet, nous abordons les questions liées à l'apparition de mutations lors d'infections phagiques. Pourquoi les phages à ADN, même ceux qui utilisent la machinerie de réplication de leurs hôtes, ont-ils un taux de mutation environ cent fois plus élevé que celui de leurs hôtes ? Peut-on moduler le taux de mutation des phages ? Peut-on ralentir la diversification et l'évolution des phages ? Quel est l'impact de l'infection phagique sur le taux de mutation de l'hôte ?

Pour étudier ces questions, nous utilisons E. coli et plusieurs de ses bactériophages tels que lambda, T4 et M13, comme systèmes modèles. Nous abordons ces questions en utilisant, en plus de la vidéo microscopique et de la visualisation des mutations basée sur la microfluidique développée par notre groupe, la biologie moléculaire, la microbiologie, la génétique et des approches pangénomiques telles que le séquençage duplex et Chip-Seq.

 

Notre laboratoire est membre du Réseau Phages Français 

Responsables du projet : Marina ELEZ & Lydia ROBERT, récipiendaire du Prix IMPULSCIENCE 2022

Les données accumulées au cours des dernières décennies suggèrent que, dans des conditions de stress, certaines cellules pourraient déclencher des mécanismes moléculaires spécifiques qui augmentent leur taux de mutation. En particulier, les bactéries pourraient augmenter leur taux de mutation en présence de concentrations sublétales d'antibiotiques. Des traces d'antibiotiques sont souvent retrouvées dans les milieux naturels et pourraient augmenter le taux d'adaptation des bactéries et donc leur capacité à acquérir des mutations conférant une résistance aux antibiotiques.

Les études passées portant sur l'effet du stress sur la mutagenèse étaient limitées par les approches expérimentales classiques. Nous allons donc utiliser notre nouvelle approche pour caractériser la mutagenèse chez E. coli dans des environnements de stress. Nous visualiserons les erreurs de réplication, évaluerons la fidélité de la réplication et la capacité de réparation au niveau de la cellule unique, et développerons également une nouvelle méthode pour estimer le taux, le spectre et la localisation de tous les types de mutations.