Thèse Exploration des Déterminants Génétiques du Succès Épidémiologique des Souches de Staphylococcus Aureus Cc398 Résistance aux Phages et Transferts Horizontaux de Gènes 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 : Floriane LAUMAY ORCID 0009000281533310 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-09T23:59:59 Contexte
Staphylococcus aureus est un problème majeur de santé publique à l'échelle mondiale en raison de sa capacité à coloniser les animaux, mais aussi à infecter l'homme. Au sein de cette espèce, le complexe clonal 398 (CC398) est particulièrement préoccupant. Initialement associé aux animaux d'élevage, le CC398 s'est peu à peu étendu à l'homme. Des études indiquent que son succès est lié à l'acquisition d'éléments génétiques mobiles (EGM), notamment de prophages, qui renforcent son potentiel de colonisation et de virulence. Toutefois, des questions demeurent : i)Comment cette lignée s'est-elle établie dans les élevages puis chez l'homme, ii) Pourquoi certains EGM sont spécifiques de ce CC ?
Des résultats préliminaires montrent que les isolats CC398 résistent à de nombreux phages, notamment les Silviavirus (pourtant reconnus comme des phages généralistes) et présentent une résistance inhabituelle à la transformation hétérologue. Des comparaisons génomiques entre isolats résistants et mutants sensibles suggèrent que la protéine S19\_01226 influence la sensibilité aux phages et la transformation ; la comparaison avec des isolats non-CC398 a également révélé 3 systèmes de défense qui semblent spécifiques des souches CC398.
Notre hypothèse est que la résistance aux phages a façonné la trajectoire évolutive de cette lignée, favorisant l'acquisition de prophages et d'EGM chez les animaux d'élevage avant une adaptation à l'homme. Cependant, les fondements génétiques de cette dynamique évolutive demeurent inconnus, ce qui constitue un défi majeur dans un contexte de développement de phages thérapeutiques.Objectifs
Le projet vise à décrypter les déterminants de la résistance aux phages et des transferts horizontaux de gènes (THG) chez les isolats CC398, avec :
1. L'identification des éléments génomiques et systèmes de défense contrôlant la sensibilité aux phages et aux THG,
2. L'étude des gènes candidats impliqués dans la limitation de la plasticité génomique.

Plan de travail
WP1. Caractérisation des isolats CC398 : 200 isolats cliniques séquencés seront rassemblés avec le CNR des Staphylocoques, afin de couvrir la diversité de la lignée (prophages, EGM, gènes de virulence/résistance). La sensibilité (en gélose et en milieu liquide) à un panel varié de six phages virulents, ainsi que l'adsorption des phages seront évalués. Un sous-ensemble de 50 isolats sera testé dans des expériences de transformation et de lysogénie avec un panel de plasmides et prophages. Vingt souches non-CC398 sensibles aux phages et/ou aux THG serviront de contrôles.
WP2. Identification des déterminants génétiques : À partir des phénotypes (WP1) et des génomes des souches, des analyses GWAS combinées aux données de DefenseFinder et PADLOC (qui cartographient les défenses antivirales bactériennes) identifieront des gènes candidats. La génomique comparative opposera isolats résistants et sensibles, en ciblant les systèmes de défenses intracellulaires. Le rôle des gènes sélectionnés, incluant les 3 systèmes spécifiques au CC398 identifiés, seront validés par surexpression dans une souche sensible.
WP3. Analyse fonctionnelle : La protéine S19\_01226 sera étudiée par la construction de souches portants des variants du gène identifiés dans des souches sensibles ou résistantes. Des mutants seront aussi générés par remplacement allélique puis complémentation. Sur la base des données de séquençage, la prévalence du gène et la variabilité de sa séquence au sein du CC398 seront corrélées aux phénotypes de résistance.

Résultats attendus et impacts
1. Cartographie de la sensibilité aux phages et du potentiel de THG des isolats CC398,
2. Identification de nouveaux systèmes de défense contre les phages chez S. aureus,
3. Compréhension des mécanismes de régulation de la plasticité génomique et de la dynamique évolutive chez S. aureus,
4. Meilleure compréhension du succès évolutif de la lignée CC398 et identification potentielle de stratégies pour limiter sa dissémination.
Depuis des décennies, Staphylococcus aureus pose d'importants défis cliniques dans les hôpitaux, les communautés et les milieux vétérinaires en raison de sa capacité exceptionnelle d'adaptation. Alors qu'environ un tiers de la population en est porteur asymptomatique, S. aureus peut provoquer des maladies allant d'infections cutanées bénignes à des pathologies potentiellement mortelles telles que les septicémies. Cette adaptabilité est alimentée par une grande flexibilité métabolique et une forte plasticité génomique, les mutations spontanées et l'acquisition d'ADN étranger conduisant à l'émergence de lignées résistantes et hypervirulentes [1]. Cette situation a conduit l'OMS à inclure S. aureus parmi les pathogènes ESKAPE [2]. Un facteur majeur de cette adaptabilité est la présence d'éléments génétiques mobiles (EGM) - plasmides, transposons, îlots de pathogénicité et prophages - qui représentent 22 à 25 % du génome [3]. Les bactériophages tempérés, intégrés sous forme de prophages, jouent un rôle particulièrement important dans l'évolution génétique. Ils peuvent transporter des facteurs de virulence tels que les entérotoxines, la leucocidine de Panton-Valentine (PVL), la toxine exfoliative A et des gènes du cluster d'échappement immunitaire [4]. En situation de stress, les prophages peuvent s'exciser et faciliter les transferts horizontaux de gènes (THG) [5]. Les EGM hébergent également fréquemment des déterminants de résistance aux antibiotiques, notamment l'élément SCCmec conférant la résistance à la méthicilline (MRSA).

Dans ce contexte, le complexe clonal (CC) 398 est particulièrement intéressant et son évolution récente est devenue un sujet clé dans le cadre de l'approche 'One Health'. Initialement décrit comme un colonisateur inoffensif chez les porcs et les éleveurs de porcs, des isolats de CC398 ont ensuite été observés dans des infections humaines liées à l'exposition animale [6]. Plus préoccupante encore est l'émergence de souches CC398 qui se propagent chez l'homme indépendamment des animaux [7,8]. Au cours de la dernière décennie, ces souches ont été de plus en plus associées à des infections graves et récurrentes dans les milieux communautaires et hospitaliers à l'échelle mondiale [9,10]. Leur diffusion rapide rappelle celle du clone USA300 aux États-Unis, et les infections sanguines à CC398 sont désormais reconnues comme des facteurs prédictifs de mauvais pronostic [11].

Des études génomiques à grande échelle ont permis de clarifier l'évolution globale du CC398, en identifiant des phylogroupes distincts avec des contenus spécifiques en EGM en Asie, dans les Amériques et en Europe [12,13]. Plusieurs études suggèrent que l'acquisition de prophages, encore partiellement caractérisés, qui pourraient façonner leurs caractéristiques épidémiologiques et pathogènes uniques [12,14,15]. Fait intéressant, les isolats CC398 ont montré une résistance à la transformation hétérologue mais non autologue, ainsi qu'une résistance aux phages, y compris ceux de la collection autrefois utilisée pour le typage de S. aureus et les phages à large spectre du genre Silviavirus [14,16].

La résistance inhabituelle aux phages des souches CC398 pourrait avoir orienté la trajectoire distinctive de leur évolution, initialement dans les élevages porcins, en facilitant l'acquisition de prophages et d'éléments génétiques mobiles spécifiques qui ont ensuite favorisé leur adaptation à l'homme. Cela constitue un défi majeur à l'heure où la phagothérapie est de plus en plus envisagée pour surmonter les échecs thérapeutiques dans les infections à S. aureus.
Les souches de Staphylococcus aureus appartenant au complexe clonal (CC) 398 sont désormais reconnues comme un problème de santé publique à l'échelle mondiale, avec une propagation incontrôlée dans diverses zones géographiques à la surface du globe, ce qui démontre une capacité de dissémination large et la nécessité d'une attention accrue. Comment cette lignée s'est-elle établie dans les élevages puis chez l'homme en acquérant des facteurs de virulence et de résistance et pourquoi certains éléments génétiques mobiles (EGM) sont spécifiquement associés au CC398 sont des questions qui restent sans réponse.

Nous émettons l'hypothèse que la capacité des isolats CC398 à résister à l'infection par les phages et à acquérir des prophages spécifiques ainsi que d'autres EGM, en raison de sa plasticité génomique inhabituelle, a contribué à sa dynamique épidémiologique et à l'augmentation de sa virulence.

Les objectifs principaux sont : (i) D'identifier les éléments génétiques et les systèmes de défense qui contrôlent la sensibilité aux phages et la capacité aux transferts horizontaux de gènes (THG) ; (ii)D'étudier le rôle des gènes candidats identifiés, notamment la protéine S19\_01226 potentiellement impliquée dans la limitation de la plasticité génomique.

En combinant des analyses à l'échelle du génome avec des validations expérimentales et des études fonctionnelles, ce projet vise à identifier les déterminants clés de la résistance aux phages et des THG chez les isolats CC398, ce qui pourrait fournir des informations essentielles sur la manière dont ces clones ont acquis des EGM spécifiques et ont réussi à se disséminer avec succès. Voir pdf attaché à la proposition de thèse.

Le.a candidat.e devra être diplômé.e d'un Master 2 ou équivalent en sciences de la vie, microbiologie, infectiologie ou domaines apparentés.
*Savoirs faires : Le.a candidat.e devra être familier.e avec la manipulation de microorganismes en laboratoire de type BSL2. Une expérience des phages et de la modification génétique de microorganismes serait appréciée.
*Savoirs êtres : Motivé.e, rigoureux.se, en recherche d'autonomie, sait travailler en équipe.
*Langues : français courant ; anglais avancé souhaité mais non requis.