Thèse Diversité et Mécanismes de l'Immunité Anti-Plasmide chez les Bactéries H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Claude Bernard Lyon 1 École doctorale : E2M2 - Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation Laboratoire de recherche : CIRI - CENTRE INTERNATIONAL DE RECHERCHE EN INFECTIOLOGIE Direction de la thèse : Xavier CHARPENTIER ORCID 0000000190398021 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-09T23:59:59 Ce projet vise à révéler la diversité et les mécanismes de l'immunité anti-plasmide chez les bactéries. Les plasmides sont des éléments génétiques extra-chromosomiques capables de se transmettre entre bactéries par conjugaison, jouant un rôle majeur dans la diffusion de gènes de résistance aux antibiotiques. Bien qu'ils puissent parfois apporter des fonctions adaptatives, la majorité des plasmides semblent plutôt entretenir une relation parasitaire avec leur hôte bactérien.
Plusieurs observations suggèrent que les bactéries possèdent une véritable immunité anti-plasmide. Des séquences dérivées de plasmides ont été retrouvées dans les systèmes CRISPR-Cas, et certains systèmes de restriction-modification pourraient limiter l'acquisition de plasmides. Récemment, plusieurs systèmes de défense spécifiquement dirigés contre les plasmides ont été découverts. Certains détectent des caractéristiques structurales de l'ADN plasmidique, tandis que d'autres déclenchent sa dégradation. Notre équipe a également identifié quatre nouveaux systèmes anti-plasmide agissant soit par élimination du plasmide, soit par blocage de la réplication cellulaire selon un mécanisme analogue à l'infection avortée décrite dans l'immunité anti-phage.
Alors que plus de 200 systèmes anti-phage ont déjà été caractérisés, l'immunité anti-plasmide reste largement inexplorée. L'existence d'un arsenal complexe de défenses anti-plasmide transformerait notre compréhension des relations entre plasmides et bactéries, en révélant une véritable course aux armements évolutive comparable à celle observée entre bactéries et phages.
Le projet s'appuie sur le pathogène opportuniste Acinetobacter baumannii, classé prioritaire par l'OMS en raison de sa résistance aux carbapénèmes. Grâce à une collection représentative d'isolats cliniques, animaux et environnementaux, nous étudierons la susceptibilité de différentes souches à l'acquisition de plasmides conjugatifs. Les gènes responsables de la résistance aux plasmides seront identifiés par des approches complémentaires de perte et de gain de fonction. Nous caractériserons ensuite leurs mécanismes d'action, notamment l'induction d'un état de quiescence ou l'élimination active du plasmide.
Le projet explorera également l'hypothèse d'une adaptation évolutive des plasmides pour contourner ces défenses, à l'image des anti-CRISPR déjà décrits. Nous testerons notamment si le succès des plasmides porteurs de gènes de résistance aux antibiotiques repose sur leur capacité à échapper à l'immunité anti-plasmide.
En combinant bio-informatique, génétique moléculaire et microscopie, ce projet apportera une vision globale de l'immunité anti-plasmide chez A. baumannii et, plus largement, des interactions entre plasmides et bactéries. À terme, ces travaux pourraient ouvrir de nouvelles pistes pour limiter la propagation de l'antibiorésistance. Les plasmides sont des entités génétiques extrachromosomiques, extrêmement diverses et répandues chez les bactéries. La plupart des souches bactériennes portent un ou plusieurs plasmides. Ces éléments se répliquent indépendamment du chromosome, portant les gènes assurant leur maintien mais aussi leur transmission entre bactéries (1). Cette capacité de transfert horizontal - la conjugaison - leur permet de véhiculer des gènes de résistance aux antibiotiques et joue un rôle prépondérant dans l'acquisition et la diffusion de l'antibiorésistance (2, 3).

Ce rôle de véhicule de traits adaptatifs a tendance à occulter la relation complexe qui lie les plasmides aux bactéries. L'absence de gènes adaptatifs sur la majorité d'entre eux indique qu'ils pourraient être plus souvent parasitaires que bénéfiques (4). La présence de séquences plasmidiques dans les CRISPRarray montre que les bactéries peuvent développer une réponse immunitaire antiplasmide (5). Les systèmes de restrictionmodification (RM), bien connus pour protéger les bactéries des infections virales (phages), pourraient aussi contribuer à limiter l'efficacité de l'acquisition de plasmides par conjugaison (6).

Plus récemment, trois types de systèmes de défense agissant spécifiquement sur les plasmides ont été identifiés : certains utilisent la topologie (Wadjet) ou des structures secondaires de l'ADN (DdmABC/Lamassu) pour cibler ces molécules circulaires, d'autres emploient des guides ADN pour déclencher la dégradation du plasmide (DdmDE/pAgo) (7). Notre équipe vient d'identifier quatre nouveaux systèmes antiplasmide, qui agissent de deux manières : soit en éliminant le plasmide par un mécanisme encore inconnu, soit en bloquant la réplication de la cellule infectée, conférant ainsi une immunité au niveau de la population. Ce dernier mécanisme est analogue à l'infection avortée observée dans l'immunité antiphage (8). L'infection avortée est médiée par des systèmes de défense capables de percevoir l'infection et de déclencher une réponse de quiescence bloquant la réplication du phage.

Un important effort de recherche dans ce domaine a mis en évidence plus de 200 systèmes de défense antiphage (9) et plusieurs milliers sont maintenant prédits (10, 11). En comparaison, le champ de l'immunité bactérienne antiplasmide reste largement inexploré. L'existence d'une immunité antiplasmide complexe serait révélatrice de la nature infectieuse des plasmides et provoquerait un changement de paradigme.

Le projet a pour objectif général de révéler la diversité et les mécanismes de l'immunité anti-plasmide chez les bactéries, ainsi que la réponse évolutive des plasmides.

Il s'appuie sur un modèle expérimental pertinent dans le contexte de l'antibiorésistance : le pathogène opportuniste Acinetobacter baumannii, classé prioritaire par l'OMS en raison de sa résistance aux dernières générations d'antibiotiques (carbapénèmes), dont les déterminants de résistance peuvent être véhiculés par des plasmides.
Le laboratoire dispose d'une collection diversifiée d'isolats cliniques, animaux et environnementaux, couvrant la majeure partie de la diversité génétique de l'espèce (12). Nous testerons la susceptibilité de ces isolats à l'entrée et à l'établissement de plasmides conjugatifs endémiques à A. baumannii. Les gènes conférant la résistance aux plasmides seront identifiés par deux approches de génétique complémentaires (perte et gain de fonction). Nous établirons leur mode de fonctionnement général en réponse à la perception du plasmide (induction de la mort cellulaire, élimination active du plasmide). D'autre part, nous testerons l'hypothèse d'une réponse évolutive des plasmides pour échapper à l'immunité anti-plasmide (principe de la Reine Rouge). Cette hypothèse est soutenue par la présence, sur certains plasmides, d'antidéfenses contre les systèmes CRISPR ou RM (13). Spécifiquement, nous testerons la possibilité que le succès des plasmides porteurs de gènes de résistance aux antibiotiques soit lié à leur capacité à contourner l'immunité antiplasmide.

En combinant approche bioinformatique, génétique moléculaire et observations par microscopie, ce projet révélera la complexité de l'immunité antiplasmide chez A. baumannii.
Audelà de A. baumannii, les principes que nous mettrons en évidence seront probablement généralisables à d'autres bactéries. Dans son ensemble, le projet augmentera considérablement notre connaissance des relations entre plasmides et bactéries. Il pourrait redéfinir le paradigme de l'interaction bactérieplasmide en les plaçant sur un même plan que les phages, soumis à une « course aux armements » permanente. La compréhension de cette immunité anti-plasmide et l'identification des systèmes anti-plasmide pourraient avoir des implications dans la lutte contre l'antibiorésistance. Le projet vise à déterminer la complexité de l'immunité antiplasmide, fondée sur un arsenal de systèmes de défense diversifié et spécifique aux plasmides. Spécifiquement, le projet décrira la susceptibilité de souches bactériennes à l'infection par différents plasmides. Ces données seront utilisées pour identifier de nouveaux systèmes d'immunité, documenter leur mécanisme d'action et révéler la diversité de l'immunité anti-plasmide. 1. Détermination des efficacités de conjugaison par approche semi-quantitative haut-débit. Techniques : microbiologie, génétique
2. Cribles génétique perte de fonction (mutagénèse aléatoire) ou gain de fonction par sélection et test de gènes candidats. Techniques : Séquence long-read Oxford Nanopore, analyse de pangénome.
3. Validation fonctionnelle. Introduction des nouveaux systèmes dans des souches A. baumannii naïves. Technique : mesure quantitative de conjugaison, génétique
4. Études du mode d'action des défenses. Techniques : Transcriptomique (RNAseq), microscopie à fluorescence, cytométrie, biochimie.

Le projet requiert des compétences en microbiologie et génétique bactérienne, notamment la manipulation de plasmides, la conjugaison et la construction de mutants.
Une expérience en bio-informatique et analyse de génomes bactériens serait également importante pour identifier de nouveaux systèmes de défense.
Des compétences en microscopie, analyse de données et biologie des interactions bactéries-éléments mobiles constitueraient un atout majeur.