Study of integron recombination mechanism, and integron use as a genetic shuffling device for biotechnological purpose

Etude du mécanisme de recombinaison des intégrons, et leur utilisation comme générateur de combinaisons génétiques à des fins biotechnologiques

David Bikard (1)

1 PGB - Plasticité du Génome Bactérien

Integrons are bacterial recombination systems that play a major in the spread of antibiotic resistance genes. These genetic platforms are able to capture gene cassettes and reorganize them to find adaptive solution to changing environments. The mechanism of integron recombination is unusual. In contrast to the other site-specific recombination systems of the same family (catalysed by a tyrosine recombinase), the recombination site of gene cassettes is recognized as folded single-stranded DNA. Half of my thesis work was dedicated to understanding how and when these recombination sites are able to go from the stable double-helix form of DNA to a conformation allowing recombination. The other half consisted in using the remarkable recombination capacities of integrons to develop a genetic shuffling device that can be used for the directed evolution of synthetic gene networks and metabolic pathways. Such device can indeed be of great use to genetic engineers trying to assemble new genetic pathways implementing functions of interest.

Les integrons sont des systèmes de recombinaison génétique bactériens qui jouent un rôle majeur dans la dissémination des gènes de résistances aux antibiotiques. Ces plateformes génétiques sont capables de capturer des cassettes de gène et de les réorganiser afin de trouver des solutions adaptatives à un environnement changeant. Le mécanisme de recombinaison des intégrons est original. Contrairement aux autres systèmes de recombinaison spécifique de site de la même famille (catalysés par les recombinases à tyrosine), le site de recombinaison associé aux cassettes est reconnu sous forme d'ADN simple brin replié. Une large part de mon travail de thèse a été dédiée à la compréhension des mécanismes qui permettent à ces sites de recombinaison de passer de la forme stable qu'est la double hélice d'ADN à la conformation leur permettant d'être reconnu par la recombinase des intégrons. L'autre partie de ma thèse a consisté au développement d'un outil génétique utilisant les remarquables propriétés de recombinaison des intégrons. Ce nouvel outil, nommé « intégron synthétique » permet de générer un grand nombre de combinaisons de séquences hétérologues in vivo. Il pourrait être d'une grande utilité aux ingénieurs tentant d'assembler des réseaux et voies génétiques d'intérêt, par évolution dirigée.

Mots clés: recombination; synthetic biology; directed evolution; DNA folding

Mots clés: Biologie synthétique; integron; recombinaison; évolution dirigée; repliement de l'ADN

Domaines: Biochimie [q-bio.BM]

David Bikard. Etude du mécanisme de recombinaison des intégrons, et leur utilisation comme générateur de combinaisons génétiques à des fins biotechnologiques. Biochimie [q-bio.BM]. Université Paris-Diderot - Paris VII, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00569123⟩