Projet IRIS : Impact des Radiations IonisanteS sur l’évolution des bactéries E.coli LPC, UMR 6533 CNRS- IN2P3, Université Blaise Pascal Marianne Coulon,

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1 Projet IRIS : Impact des Radiations IonisanteS sur l’évolution des bactéries E.coli LPC, UMR 6533 CNRS- IN2P3, Université Blaise Pascal Marianne Coulon, Nathanael Lampe, David Sarramia, Lydia Maigne, Vincent Breton LMGE, CNRS- INEE, Université Blaise Pascal David Biron, Pierre Marin, Laboratoire Souterrain de Modane UMR CNRS IN2P3 CEA Michel Zampaolo, Charlotte Riccio, Fabrice Piquemal coulon@clermont.in2p3.fr, nathanael.lampe@clermont.in2p3.fr, sarramia@clermont.in2p3.fr, maigne@clermont.in2p3.fr, breton@clermont.in2p3.fr, michel.zampaolo@lsm.fr, charlotte.riccio@lsm.fr, piquemal@cenbg.in2p3.fr

2 Le projet IRIS ❑ Évolution expérimentale : comparaison de l’évolution de la bactérie Escherichia coli entre deux milieux radiatifs différents : ❑ un milieu radiatif normal (radioactivité naturelle) au Laboratoire de Physique Corpusculaire de Clermont-Ferrand (LPC); ❑ un milieu protégé des radiations au Laboratoire Souterrain de Modane (LSM) ❑ Principe : évolution sur X générations à partir d’un ancêtre commun puis comparaison entre les générations obtenues (entre elles ou contre l’ancêtre conservé) Projet IRIS 30/09/2014 1

3 Contexte ❑ Long-term experimental evolution in E.coli, Lenski et al., Am. Nat. 1991 ❑ Expérience d’évolution expérimentale sur 12 populations d’E. coli en conditions naturelles ❑ Début : 1988 – 60 000 générations (avril 2014) ❑ Évolutions observées : augmentation de la taille des cellules, réduction du temps de latence… ❑ Rôle des rayonnements ionisants sur l’évolution ? Inconnu ? ? ? ? ? ? ? ? Projet IRIS 30/09/2014 2

4 Étude de l’effet des radiations : 3 approches scientifiques BiologieInformatiquePhysique Évolution expérimentale in vitro Évolution in silico avec un automate cellulaire Mesure et simulation des radiations LMGE, LPC, LSMLPCLPC, LSM Projet IRIS 30/09/2014 3

5 Biologie : expérimentation ❑ Comment quantifier l’évolution des bactéries ? ❑ Adaptation de la bactérie à son environnement : comparaison ancêtre- évoluée (mesure de fitness relative) ❑ Mesures faites dans différents environnements radiatifs : mesure de l’impact possible des radiations - 20°C Thomas Hindré Projet IRIS 30/09/2014 4

6 Informatique : simuler une population cellulaire ❑ Les automates cellulaires permettent la simulation d’une population par ses individus et leurs interactions ❑ Dans notre cas : ❑ Un individu = Une bactérie ❑ Le système = Une population de bactéries dans un environnement connu ❑ En permettant aux paramètres des bactéries de varier comme une mutation génétique, nous pourrons simuler les chemins préférés par l’évolution… et les non préférés L'évolution prévue est préférée Autres chemins moins probables ? Projet IRIS 30/09/2014 5

7 Physique : mesures expérimentales ❑ Il faut connaître l'environnement radiatif à Modane et à Clermont ❑ Mesurer le niveau bas avec les détecteurs Germanium ❑ Surveillance in situ par les dosimètres portable. ❑ Le dosage reçu va être extrapolé de ces mesures par une simulation GEANT4 LSM/X. Spertini Salle des détecteurs Germanium au Laboratoire Souterrain de Modane Projet IRIS 30/09/2014 6

8 Physique : simulations Geant4 ❑ Les mutations viennent des radiations - mais pas toujours! ❑ Etudes in silico pour simuler les chemins d’évolution ❑ Geant4-DNA, une plateforme qui simule les intéractions rayonnements - ADN. ❑ Information sur le nombre de cassures à différents niveaux de radiation Une simulation GEANT4 de l’irradiation d’un dinucleosome Physique : simulations Geant4 Projet IRIS 30/09/2014 7

9 Premiers résultats ❑ Aujourd’hui au LPC : 850 générations ❑ Les mesures de fitness relative représentent un rapport entre le taux de croissance d’une souche évoluée et celui de son ancêtre (génération 0), ce qui nous permet de déterminer si les bactéries se sont adaptées à leur milieu au cours du temps. Dans ce cas la fitness doit être >1. Projet IRIS 30/09/2014 8

10 Premiers résultats 606 et 607 sont deux souches isogéniques à l’exception d’un gène qui permet la consommation d’arabinose comme source de carbone chez 607 (permet de les différencier lors de l’expérience de fitness). Les * représentent les lignées dont la moyenne de fitness est significativement supérieure à 1 Projet IRIS 30/09/2014 9

11 Premiers résultats ❏ Pour l’instant nous n’observons pas un changement de fitness en fonction du nombre de générations ❑ Pour améliorer la précision de nos résultats, il faudra augmenter le nombre de répétitions par lignée. Souche 607-2 (amélioration pas évidente)Souche 606-1 (mutations bénéfiques évidentes) Projet IRIS 30/09/2014 10

12 A suivre : études protéomiques ❑ En collaboration avec le LMGE (Laboratoire Microbiologie Génome et Environnement) ❑ Détermination des protéines présentes chez E.coli ❑ Etude des variations des protéines en fonction de l’évolution Structure d’une ACP (protéine porteuse d’acyle) d’E. coli Exemple d’étude en SDS-PAGE de l’expression de différentes protéines d’E.coli Projet IRIS 30/09/2014 11

13 A suivre - Modane ❑ Mise en place du laboratoire de microbiologie au LSM ❑ Cultiver 1000 générations de bactéries à Modane LSM/X. Spertini Projet IRIS 30/09/2014 12