Clonage et modification du génome de Mycoplasma hominis dans la levure Saccharomyces cerevisiae

Abstract

Mycoplasma hominis est un pathogène humain opportuniste responsable d’infections génitales et néo-natales. Modifier génétiquement cette bactérie est nécessaire afin de comprendre les mécanismes de virulence et d’infection de ce pathogène. Il n’existe à ce jour aucun outil moléculaire efficace permettant de manipuler le génome de M. hominis, limitant les recherches sur sa pathogénicité et son métabolisme particulier reposant sur l’arginine. De nouvelles technologies rassemblées sous le terme de Biologie de Synthèse (BS) ont récemment émergé, offrant des perspectives inédites pour l’étude des mycoplasmes en permettant de modifier leurs génomes à grande échelle et de produire des souches mutantes. Ces travaux menés au J. Craig Venter Institute (JCVI, USA) ont montré que le génome de mycoplasmes apparentés pouvait être cloné et manipulé dans la levure avant d’être transplanté dans une cellule receveuse. La levure sert d’hôte d’accueil temporaire pour modifier le génome de la bactérie. Cette approche novatrice ouvre de nombreuses perspectives dans le cadre du développement de la génomique fonctionnelle chez les mycoplasmes pour lesquels les outils génétiques efficaces sont peu nombreux. Le but de cette thèse a été d’adapter pour la première fois certains outils de BS à M. hominis dans le but de créer des mutants déficients pour une fonction donnée. Pour cela, le génome de la souche type de M. hominis PG21 (665 kb) a été cloné dans la levure Saccharomyces cerevisiae par « Transformation-Associated Recombination cloning » (TAR-cloning). Deux clones (B3-2 et B3-4) de levure possédant le génome complet de M. hominis ont été validés par analyse en PCR simplex, PCR multiplex et électrophorèse en champs pulsé (PFGE). Ces clones levures ont ensuite été propagés en milieu sélectif durant 180 générations (30 passages), afin d’évaluer la stabilité du génome bactérien dans son hôte. Cette expérience a montré que (i) si la taille du génome de M. hominis ne variait pas au cours des premiers passages, elle diminuait progressivement à partir du dixième passage (≈60 générations), et que (ii) les zones du génome enrichies en séquence répétées étaient préférentiellement perdues. En tenant compte de ces résultats, le génome de M. hominis a été modifié chez le clone B3-4 par la technique « Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/Cas9 » (CRISPR/Cas9) lors de passages précoces. Des clones de S. cerevisiae possédant un génome de M. hominis PG21 complet délété du gène vaa, codant une protéine d’adhésion majeure, ont été ainsi produits. La dernière étape de cette approche consistait à transplanter le génome modifié dans une cellule receveuse de M. hominis ou de Mycoplasma arthritidis, espèce phylogénétiquement la plus proche de M. hominis. Aucun protocole de transformation de M. hominis n’étant disponible au début de nos travaux, cette étape constituait un verrou majeur dans la mise en place des outils de BS chez cette espèce. Ce verrou a été en partie levé puisqu’une méthode de transformation de M. hominis basée sur du polyéthylène glycol (PEG) et mettant en jeu le plasposon pMT85 (plasmide contenant un transposon conférant la résistance à la tétracycline) a été mise au point au laboratoire. Cette technique de transformation, développée pour la souche de référence M. hominis M132 (745 kb) reste encore peu efficace ; elle est néanmoins reproductible et a permis d’obtenir des mutants d’intérêt de M. hominis. Le transformant n°28-2 a, ainsi, été muté dans le gène Mhom132_2390, codant le précurseur de la protéine P75, une adhésine putative de M. hominis. Le séquençage des génomes complets d’autres transformants a révélé l’insertion de multiples copies du transposon et la présence d’évènements de duplication et d’inversion de larges fragments d’ADN dans au moins deux génomes de M. hominis.