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Dernière mise à jour : Mai 2018

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Micalis

Des régulations génétiques à l'adaptation moléculaire bactérienne

Génétique et adaptation moléculaire de B. subtilis à son environnement

Notre équipe s’intéresse de longue date aux mécanismes de régulation de l’expression génétique impliqués dans l’adaptation d’une bactérie aux changements de son environnement. Nous conduisons ces recherches en nous appuyant sur l’espèce modèle des bactéries à Gram positif, Bacillus subtilis. Nous avons ainsi découvert et décrit de manière très détaillée, parfois jusqu’au niveau structural en collaboration avec des collègues bio-physiciens, plusieurs systèmes originaux de régulation transcriptionnelle de gènes impliqués dans l’utilisation de sources de carbone particulières ou encore dans le métabolisme central du carbone (Aymerich and Steinmetz, PNAS, 1992; Manival et al., EMBO J, 1997; Yang et al., EMBO J, 2002; Doan and Aymerich, Mol Microbiol, 2003; Servant et al., Mol Microbiol, 2005). Dans plusieurs cas il s’agissait de gènes du métabolisme central que nous avions précédemment caractérisés dans le cadre d’une analyse fonctionnelle systématique du génome. Nous avons ainsi contribué à enrichir et préciser la connaissance du réseau métabolique carboné de B. subtilis et du réseau de régulation génétique associé (Goelzer et al., BMS Syst Biol, 2008). Ces dernières années, pour aller au-delà de l’identification de tel ou tel gène et mécanisme de régulation spécifique impliqué dans un processus d’adaptation particulier, nous avons cherché à décrire l’ensemble des éléments interagissant de manière dynamique lors d’un même processus d’adaptation et, surtout, à comprendre comment et selon quels principes leur mise en œuvre coordonnée est organisée. Cette approche systémique demande une capacité de formalisation des données, d’analyse statistique et de reconstruction mathématique ou modélisation. Elle est développée dans le cadre de projets collaboratifs impliquant notamment des partenaires mathématiciens (V. Fromion, INRA, Jouy-en-Josas) et physiologistes (U. Sauer, ETHZ, Zürich). Ces travaux permettent de prédire en retour l’existence d’éléments du système et/ou de mécanismes encore inconnus. Nous tentons ensuite de vérifier ces prédictions afin de compléter ou de corriger la reconstruction actuelle des réseaux métabolique et génétique de B. subtilis (Kleijn et al., J Biol Chem, 2010; Meyer et al., J Bacteriol, 2011). Ces travaux constituent aussi pour nous le socle sur lequel nous posons de nouvelles questions à l’échelle systémique (Rühl et al., J Biol Chem, 2012). Nous explorons notamment la contribution, dans TBE un processus d’adaptation donné, de la régulation transcriptionnelle par rapport aux autres niveaux de contrôle de l’activité cellulaire (Buescher et al., Science, 2012 ; Chubukov et al., Mol Syst Biol, sous presse). Ou encore l’existence, en plus des nombreux mécanismes spécifiques de régulation déjà identifiés ou suspectés, de mécanismes globaux d’ajustement de l’expression des gènes en fonction de la vitesse de croissance de B. subtilis atteinte dans telle ou telle condition de culture. Nous explorons également de quelle manière les régulations post-transcriptionnelles et traductionnelles participent à l'adaptation cellulaire globale.

Notre équipe étudie aussi, en partenariat avec les équipes de N Declerck et C Royer (CBS, Montpellier) et D Chatenay (LJP, Paris), l’expression génétique à l’échelle de la cellule unique parce que :

  • d’une part les techniques d’analyses développées pour ce niveau d’observation permettent de décrire in vivo et de manière quantitative le fonctionnement moléculaire précis des systèmes de régulation transcriptionnelle que nous avons découverts et caractérisés à l’échelle de populations cellulaires (Ferguson et al., PNAS, 2012)
  • d’autre part nous souhaitons mieux décrire la stochasticité de l’expression génétique et explorer la possibilité que la stochasticité de l’expression de certains composants et voies métaboliques cellulaires explique la variabilité des paramètres physiologiques observés au sein d’une population isogénique de cellules bactériennes.

Voir aussi

The European integrated projects, BaSysBio (Bacillus Systems Biology) and BaSynthec (Bacterial Synthetic minimal genomes for biotechnology)