Amélioration de la technique DGGE en vue d’identifier des microorganismes sulfato-réducteurs

1. Amélioration de la technique DGGE en vue d’identifier des microorganismes sulfato-réducteurs Sous la tutelle de Laurence Casalot Diagnostic Moléculaire Audrey BLANCHARD Nadège FOISELLE Le 25 novembre 2008

2. PCR-DGGE • Technique permettant l’analyse de la diversité bactérienne d’un échantillon après amplification d’un gène donné • Electrophorèse en gel dénaturant, contenant des concentrations variables de dénaturant, formant un gradient de dénaturation

3. Ilôt GC Ilôt GC Ilôt GC PCR-DGGE • Fragments d’ADN double brin plus ou moins dénaturés en fonction de sa séquence : • GC% • Enchaînement des acides nucléiques • Ajout d’un îlot GC contenant une succession de G et de C sur 40pb 30% dénaturation 70% dénaturation 0% dénaturation

4. PCR-DGGE • Comparaison des résultats d’analyses par PCR-Electrophorèse non dénaturante et PCR-DGGE

5. PCR-DGGE • Comparaison des résultats d’analyses par PCR-Electrophorèse non dénaturante et PCR-DGGE Electrophorèse non dénaturante DGGE 30% Gradient dénaturant 70%

6. PCR-DGGE • Avantages • Théoriquement, une bande par microorganisme présent dans l’échantillon • Détection de mutation ponctuelle • Séquençage possible des fragments • Inconvénients • Fragments de faible taille • Parfois difficilement interprétable • Temps de migration long

7. Anciennes techniques d’analyse de la diversité des SRP • PCR-DGGE à partir du gène codant pour l’ARNr 16S • PCR-DGGE à partir du gène dsrB

8. Limites de la PCR-DGGE sur ARNr 16S • Absence d’amplification pour certaines espèces car les amorces utilisées ne sont pas spécifiques de toutes les espèces bactériennes de SRP • Résultats obtenus non représentatifs de la réelle diversité des SRP dans les prélèvements • Nécessité d’étudier un autre gène plus spécifique des SRP

9. Gène dsrB • Le gène dsrB code pour la sous unité B de la sulfite réductase (dissimilatory (bi)sulfite reductase) • Enzyme clé qui permet la libération d’énergie pendant la réduction des sulfates • Enzyme uniquement présente chez les SRP • Séquence du gène très conservée à travers les différentes espèces • Topologie proche pour les arbres phylogénétiques construits à partir du gène dsrAB et du gène codant pour l’ARNr16S

10. Limites de la PCR-DGGE sur dsrB • Migration de différents fragments à une même distance • Nécessité de cloner les fragments d’ADN extrait des différentes bandes du gel avant de pouvoir les séquencer • Long et fastidieux lorsqu’un grand nombre d’échantillons est concerné

11. Limites de la PCR-DGGE sur dsrB • Migration de différents fragments à une même distance • Absence d’amplification pour certains SRP • Souches naturellement peu abondantes • Mauvaise hybridation de l’amorce sens : jusqu’à 3 nucléotides différents • Diminution de la sensibilité due à la présence de l’îlot GC sur l’amorce sens lors de la PCR

12. Amélioration de la PCR-DGGE sur dsrB • But de l’équipe de Miletto : Mettre au point une technique permettant l’identification de l’ensemble des SRP d’un échantillon • Amplification du gène dsrB de l’ensemble des SRP présent dans l’échantillon • Séparation totale de l’ensemble des différents fragments d’ADN afin de réaliser un séquençage direct

13. Démarche Echantillon de sol Extraction de l’ADN Mélange d’amorces : - 3 amorces sens - 4 amorces antisens ADN environnemental Nested PCR PCR dsrAB - amorce sens avec ilôt GC - une amorce antisens Sélection des amplicons de 1,9kb Référence Clonage PCR dsrB Banque de clones dsrAB Amplicons dsrB - amorce sens avec ilôt GC - une amorce antisens PCR dsrB Amplicons dsrB Séquences dsrB Séquençage

14. Nested PCR • Principe • Amplification par PCR avec un premier couple d’amorces • Amplification par PCR avec un second couple d’amorces

15. Démarche PCR dsrB Amplicons dsrB Echantillon de sol Extraction de l’ADN ADN environnemental PCR dsrAB Sélection des amplicons de 1,9kb Clonage PCR dsrB - amorce sens avec ilôt GC - une amorce antisens Banque de clones dsrAB Amplicons dsrB PCR dsrB DGGE PCR dsrB Amplicons dsrB Séquences dsrB Séquençage Séquences dsrB Séquençage

16. Résultats PCR-DGGE sur dsrB Approche directe Nested PCR Banque de clones (référence)

17. Résultats PCR-DGGE sur dsrB • Résultats obtenus en nested PCR ne semblent pas présenter d’artefact dû à l’approche utilisée • Augmentation du nombre de bandes détectables avec les stratégies de nested PCR et de clonage (90% de bandes communes) • Diminution du biais introduit par la PCR : détection des souches peu abondantes • Meilleure sensibilité Approche directe Nested PCR Banque de clones (référence)

18. Conditions de migration PCR-DGGE • La qualité des résultats obtenus en PCR-DGGE ne dépend pas uniquement de la stratégie d’amplification • Temps de migration élevé • Voltage adapté • Gradient de dénaturant adapté • Migration 30h à 75V • Gradient de dénaturant compris entre 35 et 80%

19. Analyse phylogénétique de dsrB • Construction de l’arbre phylogénétique • 97 séquences protéiques de dsrAB extraites de GenBank • Méthode des distances • Ajout manuel des séquences protéiques partielles déduites de dsrB méthode de parcimonie • Mise en évidence d’une grande diversité des SRP dans l’échantillon • Confirme les résultats obtenus en DGGE

20. Analyse phylogénétique de dsrB • Abondance relative des différentes familles de SRP  Résultats comparables d’une technique d’étude à l’autre

21. Analyse phylogénétique de dsrB • Abondance relative des différentes familles de SRP  Souches peu abondantes dans l’échantillon traité

22. Validation de cette technique • Etude des variations de compositions de microcosmes • Echantillon de vase prélevé en zone intertidale en Belgique • Traité avec un régime de marée • Utilisation d’une eau a une salinité différente • Traitement de 4 semaines

23. Validation de cette technique • Résultats • Mise en évidence de l’enrichissement sélectif en SRP de l’espèce Desulfosarcina • Confirme le résultat obtenu par une autre technique

28. Démarche Echantillon de sol Extraction de l’ADN Mélange d’amorces : - 3 amorces sens - 4 amorces antisens ADN environnemental Nested PCR PCR dsrAB - amorce sens avec ilôt GC - une amorce antisens Sélection des amplicons de 1,9kb Référence Clonage PCR dsrB - amorce sens avec ilôt GC - une amorce antisens Banque de clones dsrAB Amplicons dsrB - amorce sens avec ilôt GC - une amorce antisens PCR dsrB DGGE PCR dsrB Amplicons dsrB Séquences dsrB1 Séquençage Séquences dsrB2 Séquençage