Characterization of integrative conjugative elements (ICE) in Mycoplasma hominis
Caractérisation d'éléments conjugatifs intégratifs (ICE) chez Mycoplasma hominis
Résumé
Mycoplasmas are small-genome bacteria derived from Gram-positive ancestors by a succession of genetic material losses. It has long been considered that genetic reduction was the only force governing the evolution of these bacteria, however, horizontal transfers of large chromosomal regions within and between mycoplasma species have recently been reported. Conjugative and integrative elements (ICE) found in some species of mycoplasma may be responsible for these transfers. These ICEs encode the systems necessary for excision, conjugative transfer and integration into a recipient cell.Mycoplasma hominis is a commensal genital mycoplasma that can be responsible for gynecological infections, neonatal infections and extragenital infections. Preliminary analysis of M. hominis genomes had showed the presence of coding regions characteristic of ICEs. The objectives of this thesis were to search for and characterize ICEs in one reference strain and 11 fully sequenced M. hominis clinical isolates and to determine the prevalence of these ICEs in the M. hominis species. To do so, a retrospective study over a period of 6 years was conducted on clinical isolates collected at the Bordeaux University Hospital. The minimum inhibitory concentrations of tetracyclines and fluoroquinolones as well as resistance mechanisms were determined, providing a collection of clinical isolates characterized for the study of ICEs.ICEs of 27-30 kpb were found in one or two copies in seven of the 12 M. hominis sequenced strains. Only five of these ICEs seemed functional since circular forms of extrachromosomal ICE were detected. All M. hominis ICEs exhibited a similar structure consisting of a 4.0-5.1 kb module composed of five to six juxtaposed CDSs, encoding proteins that share common structural features with transcription activator-like (TAL) effectors, involved in polynucleotide recognition and signal transduction in symbiotic bacteria. The characterization of antibiotic resistance mechanisms in M. hominis clinical isolates collected at Bordeaux University Hospital enabled us to obtain a collection of 183 isolates isolated between 2010 and 2015, of which 14.8% harbored the tet(M) gene responsible for tetracycline resistance, 2.7% were resistant to levofloxacin and 1.6% were resistant to moxifloxacin by mutation in topoisomerase IV and DNA gyrase genes. Screening of 120 of these clinical isolates revealed a high prevalence of ICEs in M. hominis, measured to be 45%. The proportion of ICEs was not higher in isolates carrying the tet (M) gene, suggesting that ICEs were not responsible for the spread of tetracycline resistance.Additional mating experiments will be necessary to confirm the functionality of the ICEs found in the M. hominis species. However, the conserved and specific structure of M. hominis ICEs and the high prevalence in clinical strains suggest that these ICEs may confer a selective advantage for the physiology or pathogenicity of the bacteria. This work opens the way for future studies that will provide a better understanding of horizontal gene transfers and virulence factors in M. hominis.
Les mycoplasmes sont des bactéries à petit génome dérivées d’ancêtres à Gram positif par une succession de pertes de matériel génétique. Il a longtemps été considéré que la réduction génétique était la seule force régissant l’évolution de ces bactéries, cependant, des transferts horizontaux de grandes régions chromosomiques au sein et entre les espèces de mycoplasmes ont été récemment mis en évidence. Des éléments conjugatifs et intégratifs (ICE) découverts chez certaines espèces de mycoplasme pourraient être à l’origine de ces transferts. Ces ICEs codent les systèmes nécessaires pour leur excision, leur transfert conjugatif et leur intégration dans la cellule receveuse.Mycoplasma hominis est un mycoplasme commensal des voies génitales qui peut être responsable d’infections gynécologiques, d’infections néonatales et d’infections extragénitales. L’analyse préliminaire de génomes de M. hominis avait montré la présence de régions codantes caractéristiques des ICEs. Les objectifs de cette thèse étaient de rechercher et caractériser les ICEs chez 12 isolats cliniques de M. hominis entièrement séquencés et de déterminer la prévalence de ces ICEs au sein de l’espèce M. hominis. Pour cela, une étude rétrospective sur une période de 6 ans a été menée sur des isolats cliniques obtenus au CHU de Bordeaux. Les concentrations minimales inhibitrices des tétracyclines et des fluoroquinolones ainsi que les mécanismes de résistance ont été déterminés, permettant de disposer d’une collection d’isolats cliniques caractérisés pour l’étude des ICEs.Des ICEs de près de 30 kpb ont été trouvés en une ou plusieurs copies dans sept des 12 souches de M. hominis séquencées. Seulement cinq de ces ICEs semblaient fonctionnels puisqu’une forme circulaire a pu être détectée. Tous les ICEs de M. hominis présentaient une structure similaire avec un module spécifique de M. hominis d’environ 4-kpb, codant des protéines ayant des caractéristiques structurelles similaires à des effecteurs TAL (transcription activator-like), impliqués dans la reconnaissance de nucléotides et dans la transduction de signaux chez les bactéries symbiotiques. La caractérisation des mécanismes de résistance aux antibiotiques des isolats cliniques de M. hominis collectés au CHU de Bordeaux nous a permis de disposer d’une collection de 183 isolats isolés entre 2010 et 2015, parmi lesquels 14,8% étaient porteur du gène tet(M) responsable de la résistance aux tétracyclines, 2,7% étaient résistant à la lévofloxacine et 1,6% étaient résistants à la moxifloxacine par mutation des gènes de la topoisomérase IV et de l’ADN gyrase. Le screening de 120 de ces isolats cliniques a révélé une prévalence élevée des ICEs dans l’espèce M. hominis, mesurée à 45%. Il n’y avait pas de prédominance des ICEs dans les isolats portant le gène tet(M), suggérant que les ICEs n’étaient pas responsables de la dissémination de la résistance à la tétracycline.Des expériences complémentaires de conjugaison seront nécessaires pour confirmer la fonctionnalité des ICEs retrouvés dans l’espèce M. hominis. Cependant, la forte prévalence et le caractère très conservé des ICEs chez M. hominis suggèrent que ces ICEs pourraient conférer un avantage sélectif pour la physiologie ou la physiopathologie de la bactérie. Ce travail ouvre ainsi la voie à de futures études qui permettront une meilleure compréhension des transferts horizontaux de gènes et des facteurs de virulence chez M. hominis.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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