Thèse Dynamique des Interactions Entre les Éléments Génétiques Mobiles et les Systèmes d'Immunité Bactérienne dans l'Évolution de la Résistance aux Antibiotiques chez Klebsiella Pneumoniae H/F

Aix Marseille Université

Établissement : Aix Marseille Université
École doctorale : Recherches Biomédicales
Laboratoire de recherche : MEPHI - Microbes Evolution Phylogénie et Infections
Direction de la thèse : Jean-Marc ROLAIN ORCID 0000000224024467
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-07-17T23:59:59

Klebsiella pneumoniae est une bactérie opportuniste responsable d'infections nosocomiales sévères associées à une morbidité et une mortalité élevées. Elle constitue une menace majeure pour la santé publique mondiale en raison de sa capacité à acquérir et diffuser des mécanismes de résistance aux antibiotiques critiques, notamment aux carbapénèmes. Les systèmes de surveillance signalent une augmentation des souches productrices de -lactamases à spectre étendu (BLSE) et de carbapénémases, rendant les infections plus difficiles à traiter. Comprendre les mécanismes génétiques et évolutifs impliqués dans la propagation de l'antibiorésistance représente donc un enjeu scientifique majeur.

L'évolution de la résistance chez K. pneumoniae repose en grande partie sur l'action des éléments génétiques mobiles (EGM), tels que les plasmides, les transposons, les intégrons et les séquences d'insertion (IS). Ces éléments facilitent le transfert horizontal de gènes de résistance entre bactéries et contribuent à l'émergence de clones à haut risque. Des gènes codant pour des carbapénémases, comme blaKPC, blaNDM ou blaOXA-48, sont fréquemment associés à ces éléments mobiles qui assurent leur dissémination entre plasmides et chromosomes. Cette dynamique génétique confère à l'espèce une forte plasticité génomique et favorise son adaptation aux pressions antibiotiques.

Si le rôle des plasmides dans la diffusion de la résistance est bien documenté, celui des séquences d'insertion et des transposons reste encore insuffisamment caractérisé. Ces éléments peuvent mobiliser et réorganiser les gènes de résistance au sein du génome bactérien, facilitant leur amplification et leur propagation. Leur mobilité contribue à la restructuration du génome et pourrait influencer l'expression de gènes de virulence ou de résistance.

Par ailleurs, l'acquisition et le maintien des EGM sont modulés par différents systèmes de défense bactérienne, notamment les systèmes CRISPR-Cas, les systèmes de restriction-modification et les mécanismes d'infection abortive. Ces systèmes limitent l'intégration d'ADN étranger et influencent la plasticité génomique bactérienne. Chez K. pneumoniae, l'absence de systèmes CRISPR-Cas est souvent associée à une multirésistance accrue, suggérant un compromis évolutif entre maintien des mécanismes de défense et capacité d'acquisition de nouveaux gènes.

Dans ce contexte, ce projet de thèse vise à comprendre comment les éléments génétiques mobiles, en particulier les séquences d'insertion, interagissent avec les systèmes de défense bactérienne pour moduler la dynamique des gènes de résistance chez K. pneumoniae. Le projet reposera sur une approche intégrative combinant génomique comparative, analyses bioinformatiques et approches évolutives afin de retracer l'historique d'acquisition des gènes de résistance et des éléments mobiles.

Des approches expérimentales permettront également d'évaluer la mobilité intra-génomique des séquences d'insertion et leur impact fonctionnel, notamment sur l'expression des gènes de résistance et la fitness bactérienne. En intégrant l'étude des éléments mobiles, des systèmes de défense et de leur histoire évolutive, ce projet contribuera à mieux comprendre les mécanismes génétiques impliqués dans la propagation de l'antibiorésistance et à améliorer les stratégies de surveillance et de contrôle des bactéries multirésistantes.

L'antibiorésistance constitue une menace majeure pour la santé publique mondiale. Si le rôle des plasmides dans la dissémination des gènes de résistance est largement documenté, l'impact spécifique des séquences d'insertion et leur interaction avec les systèmes d'immunité bactérienne restent insuffisamment explorés. Comprendre ces interactions est essentiel pour décrypter les mécanismes évolutifs qui favorisent l'émergence et la stabilisation des souches multirésistantes, dans une perspective intégrée One Health.

L'objectif principal est d'analyser les interactions entre les éléments génétiques mobiles (plasmides, séquences d'insertion, transposons) et les systèmes de défense bactérienne (CRISPR-Cas, restriction-modification et autres) chez Klebsiella pneumoniae. Le projet vise à reconstituer l'historique d'acquisition des gènes de résistance et des EGMs, à identifier les compromis évolutifs entre la défense immunitaire et le transfert horizontal et à déterminer l'impact fonctionnel des séquences d'insertion sur la résistance et l'adaptation bactérienne.

Une approche intégrative combinant des analyses génomiques, bioinformatiques, phylogénétiques et expérimentales afin de décrypter la mobilité, l'intégration et la stabilité des gènes de résistance, ainsi que le rôle des systèmes de défense bactérienne
- Séquençage génomique d'isolats provenant de sources cliniques, animales et environnementales;
- Analyses bioinformatiques pour identifier les gènes de résistance, les EGMs et les systèmes immunitaires bactériens (CRISPR-Cas, systèmes de restriction-modification...),
- Analyses phylogénétiques pour reconstruire l'historique d'acquisition des gènes de résistance et des EGMs et à identifier les organismes impliqués dans le transfert horizontal;
- Analyses génomiques comparatives pour cartographier les gènes de résistance, les EGMs, les sites d'intégration et les variations entre isolats, permettant de comprendre les patterns de mobilité génétique;
- Analyses statistiques visant à évaluer l'impact des systèmes immunitaires bactériens sur le transfert horizontal des gènes et sur les SI, et à corréler ces interactions avec la pathogénicité et la résistance aux antibiotiques;
- Approches expérimentales in vitro visant à mesurer l'activité transpositionnelle des SI, leur impact sur l'expression des gènes de résistance et leur interaction avec les systèmes de défense, fournissant une validation fonctionnelle de l'étude in silico.