Développement d'un outil moléculaire pour suivre l'expression génique d'Escherichia coli dans le tractus digestif

Résumé

Si l'étude de l'expression génique des microorganismes dans leur environnement naturel est indispensable pour comprendre comment ils s'adaptent et évoluent dans les écosystèmes, les outils méthodologiques adaptés pour répondre à cette problématique restent limités. Grâce à l’utilisation combinée de deux protéines fluorescentes, nous avons développé un système rapporteur qui permet de repérer la souche bactérienne étudiée dans un échantillon intestinal complexe puis de quantifier l’expression du gène d’intérêt par une approche de cytométrie en flux. La validation de cet outil s’est faite à travers l’étude de l’expression des gènes eut de la bactérie Escherichia coli, impliqués dans la consommation de l’éthanolamine, un substrat naturellement présent dans l’environnement digestif. Par ailleurs, ce travail a également révélé que les gènes eut sont exprimés de façon hétérogène par les cellules bactériennes aussi bien en condition de laboratoire que dans le tractus digestif, révélant ainsi un phénomène d’hétérogénéité phénotypique. Le déploiement de ce type d’approche devrait permettre à terme de mieux caractériser comment les microorganismes s’adaptent à leur environnement dynamique à travers des mécanismes de régulations génétiques.

Résultats

Nous avons développé un outil qui permet de suivre l’expression d’un gène d’intérêt à l’échelle de la cellule unique chez la bactérie Escherichia coli lorsque celle-ci se situe dans le tractus gastro-intestinal, un écosystème abritant plusieurs centaines de milliards de bactéries d’espèces très variées. Grâce à l’utilisation combinée de deux protéines fluorescentes, le système rapporteur développé permet de repérer la souche bactérienne étudiée dans l’échantillon intestinal puis de quantifier l’expression du gène d’intérêt par une approche de cytométrie en flux. La validation de cet outil s’est faite à travers l’étude de l’expression des gènes eut impliqués dans la consommation de l’éthanolamine, un substrat naturellement présent dans l’environnement digestif. Par ailleurs, ce travail a également révélé que les gènes eut sont exprimés de façon hétérogène par les cellules bactériennes aussi bien en condition de laboratoire que dans le tractus digestif, révélant ainsi un phénomène d’hétérogénéité phénotypique.

Perspectives 

Le déploiement de ce type d’approche devrait permettre à terme de mieux caractériser comment les microorganismes s’adaptent à leur environnement dynamique à travers des mécanismes de régulations génétiques.

Valorisation

Ce travail a fait l'objet d'une publication dans le journal "Applied Microbiology & Biotechnology" en 2023.
Moreira de Gouveia, M.I., Reuter, A., Garrivier, A. et al. Design and validation of a dual-fluorescence reporter system to monitor bacterial gene expression in the gut environment. Appl Microbiol Biotechnol (2023). https://doi.org/10.1007/s00253-023-12788-7

Analyse par microscopie à épifluorescence et par cytométrie de flux de l'expression des gènes eut par Escherichia coli. L'ensemble des cellules exprime la fluorescence bleue (BFP) alors que seulement une fraction de celle-ci exprime la fluorescence verte (GFP) reportant l'expression des gènes eut.