GENOMIC FEATURES AND INSIGHTS INTO THE BIOLOGY
OF MYCOPLASMA MELEAGRIDIS AND MYCOPLASMA GALLINARUM THROUGH COMPARATIVE GENOMIC ANALYSIS WITH OTHER AVIAN MYCOPLASMAS
Communication de Elhem Yacoub, doctorante à l''IPT, Colloque Jeunes Chercheurs de l'IPT (8-9 décembre 2016)
Introduction and objectives: Mycoplasma meleagridis and Mycoplasma gallinarum are avian
mycoplasma species often ignored and underestimated. We have previously reported that M. meleagridis
has broken the barrier of its turkey specific host since it was isolated from chicken. As for M. gallinarum,
usually considered avirulent, a pathogenic role was attributed to some of its strains. Few genomic data
are hitherto available for these avian mycoplasmas and little is known regarding their host range and
virulence determinants. By sequencing two Tunisian field strains of M. meleagridis (MM_26B8_IPT) and
M. gallinarum (Mgn_IPT), isolated from chickens, and by comparison of their genomic sequences with
those of M. meleagridis ATCC strain (MM_ATCC) and six other avian mycoplasmas, we attempted to
unravel the genetic factors ruling M. meleagridis transfer from turkey to chicken and to determine the
pathogenicity potential of M. gallinarum in chicken.
Materials and Methods: Genome sequencing of the three strains was achieved using MiSeq sequencer
(Illumina). De novo assembly was performed using CLC and ABySS softwares. Automatic annotation
was fulfilled by Rapid Annotation Subsystem Technology (RAST) and improved by additional manual
inspection. Genomic analysis was achieved using tools available in RAST and Molligen databases.
Results: M. meleagridis inter-strains whole genome comparison revealed that host transfer from turkey
to chicken is probably generated by genomic differences consisting in new DNA acquisition from Bacillus
coagulans and repetition of existing DNA, detected in MM_26B8_IPT. These differences, which their
sequence size is about 24 kb, have probably changed the proteomic landscape structure of M. meleagridis
field strain and allowed it to conquer a new host environment. Comparative genomic analyses based on
virulence factors have shown that MM_ATCC, MM_26B8_IPT, and Mgn_IPT are not armed with adhesins
and hemagglutinins as the most virulent avian mycoplasmas. It seems that they are rather relying on
nucleases and proteases to be harmful. Interestingly, Mgn_IPT was found to harbor additional genetic
determinants such as transposases, licD and lpd genes for which the involvement in virulence was
previously reported and proved.
Conclusion: Overall, this genomic comparative study had advanced biological knowledge
Rapport d'activité 2017 de l'Institut Pasteur de Tunis
Caractéristiques biologiques de Mycoplasma meleagridiset Mycoplasma gallinarum à travers des analyses génomiques comparatives
1. Caractéristiques biologiques
de Mycoplasma meleagridis
et Mycoplasma gallinarum
à travers des analyses génomiques
comparatives
Elhem YACOUB
Pr. Boutheina MARDASSI
Présenté par :
Encadré par :
Colloque Jeunes Chercheurs – 08 et 09 Décembre 2016
2. Les mycoplasmes
Sont ni des virus ni des champignons
Sont des BACTÉRIES
Ubiquitaires, infectant l’homme,
les animaux, les insectes, les plantes …
x x
3. Mycoplasma meleagridis
Mycoplasma gallinarum
Deux mycoplasmes aviaires
Sous-estimation de la prévalence des infections
Études limitées aux aspects phénotypique et antigénique
Manque / absence de séquences génomiques
Les mycoplasmes d’intérêt
5. Poule
Isolement atypique d’une
dizaine de souches locales de
Mycoplasma meleagridis
dans un élevage de poules
montrant des signes cliniques
Hôte inhabituel
Historique & problématique
6. Dinde
Poule
Isolement atypique d’une
dizaine de souches locales de
Mycoplasma meleagridis
dans un élevage de poules
montrant des signes cliniques
Hôte inhabituelHôte principal
Souche de référence de
Mycoplasma meleagridis
Historique & problématique
7. Facteurs et circonstances de ce
changement d’hôte
Dinde
Poule
Isolement atypique d’une
dizaine de souches locales de
Mycoplasma meleagridis
dans un élevage de poules
montrant des signes cliniques
Hôte inhabituelHôte principal
Souche de référence de
Mycoplasma meleagridis
Historique & problématique
8. Facteurs et circonstances de ce
changement d’hôte
Dinde
Poule
Isolement atypique d’une
dizaine de souches locales de
Mycoplasma meleagridis
dans un élevage de poules
montrant des signes cliniques
Hôte inhabituelHôte principal
Isolement d’une souche de
Mycoplasma gallinarum
Souche de référence de
Mycoplasma meleagridis
Historique & problématique
9. Facteurs et circonstances de ce
changement d’hôte
Dinde
Poule
Isolement atypique d’une
dizaine de souches locales de
Mycoplasma meleagridis
dans un élevage de poules
montrant des signes cliniques
Hôte inhabituelHôte principal
Large spectre d’hôtes
Apathogénie vs Pathogénie
Isolement d’une souche de
Mycoplasma gallinarum
Souche de référence de
Mycoplasma meleagridis
Historique & problématique
10. Facteurs et circonstances de ce
changement d’hôte
Dinde
Poule
Isolement atypique d’une
dizaine de souches locales de
Mycoplasma meleagridis
dans un élevage de poules
montrant des signes cliniques
Hôte inhabituelHôte principal
Large spectre d’hôtes
Apathogénie vs Pathogénie
Isolement d’une souche de
Mycoplasma gallinarum
Souche de référence de
Mycoplasma meleagridis
Historique & problématique
Degré d’incrimination dans la pathologie ??
11. Poule
Isolement atypique d’une
dizaine de souches locales de
Mycoplasma meleagridis
dans un élevage de poules
montrant des signes cliniques
Isolement d’une souche de
Mycoplasma gallinarum
Historique & problématique
Infection individuelle par le
mycoplasme aviaire
pathogène M. meleagridis
??
12. Poule
Isolement atypique d’une
dizaine de souches locales de
Mycoplasma meleagridis
dans un élevage de poules
montrant des signes cliniques
Isolement d’une souche de
Mycoplasma gallinarum
Historique & problématique
Infection individuelle par le
mycoplasme aviaire
pathogène M. meleagridis
??
Résultante de l’infection
mixte par les deux
mycoplasmes ensemble
??
13. Compréhension de la biologie de
M. meleagridis et de M. gallinarum
et la caractérisation générale
de leurs génomes
Objectif principal
14. Objectif principal
Démêlage des facteurs génétiques gouvernant
le changement d’hôte de M. meleagridis
Détermination du vrai potentiel pathogénique
de M. gallinarum
Objectifs ciblés
15. Analyse génomique comparative
M. synoviae
Isolat de terrain MS53
M. anatis
Souche de référence 1340, ATCC 25524
M. iwoae
Souche de référence 695, ATCC 33552
M. gallisepticum
3 isolats de terrain: Rhigh, Rlow, F
M. meleagridis
Souche de référence ATCC 25294 (dinde)
Isolat de terrain MM_26B8_IPT (poule)
M. gallinarum
Isolat de terrain Mgn_IPT (poule)
9 souches de
mycoplasmes aviaires
3
souches
6
souchesv
v
v
16. Analyse génomique comparative
M. synoviae
Isolat de terrain MS53
M. anatis
Souche de référence 1340, ATCC 25524
M. iwoae
Souche de référence 695, ATCC 33552
M. gallisepticum
3 isolats de terrain: Rhigh, Rlow, F
M. meleagridis
Souche de référence ATCC 25294 (dinde)
Isolat de terrain MM_26B8_IPT (poule)
M. gallinarum
Isolat de terrain Mgn_IPT (poule)
9 souches de
mycoplasmes aviaires
3
souches
6
souchesv
v
17. Analyse génomique comparative
M. synoviae
Isolat de terrain MS53
M. anatis
Souche de référence 1340, ATCC 25524
M. iwoae
Souche de référence 695, ATCC 33552
M. gallisepticum
3 isolats de terrain: Rhigh, Rlow, F
M. meleagridis
Souche de référence ATCC 25294 (dinde)
Isolat de terrain MM_26B8_IPT (poule)
M. gallinarum
Isolat de terrain Mgn_IPT (poule)
9 souches de
mycoplasmes aviaires
3
souches
6
souchesv
v
18. Analyse génomique comparative
M. synoviae
Isolat de terrain MS53
M. anatis
Souche de référence 1340, ATCC 25524
M. iwoae
Souche de référence 695, ATCC 33552
M. gallisepticum
3 isolats de terrain: Rhigh, Rlow, F
M. meleagridis
Souche de référence ATCC 25294 (dinde)
Isolat de terrain MM_26B8_IPT (poule)
M. gallinarum
Isolat de terrain Mgn_IPT (poule)
9 souches de
mycoplasmes aviaires
3
souches
6
souches
v
19. Analyse génomique comparative
M. synoviae
Isolat de terrain MS53
M. anatis
Souche de référence 1340, ATCC 25524
M. iwoae
Souche de référence 695, ATCC 33552
M. gallisepticum
3 isolats de terrain: Rhigh, Rlow, F
M. meleagridis
Souche de référence ATCC 25294 (dinde)
Isolat de terrain MM_26B8_IPT (poule)
M. gallinarum
Isolat de terrain Mgn_IPT (poule)
9 souches de
mycoplasmes aviaires
3
souches
6
souches
36. M. meleagridis et M. gallinarum sont deux espèces qui
hydrolysent l’arginine pour générer de l’énergie (ATP)
37. M. meleagridis et M. gallinarum sont deux espèces qui
hydrolysent l’arginine pour générer de l’énergie (ATP)
arcA
arcC
Perméase
Carbamate kinase
Arginine déiminase
Ornithine carbamoyl transférase
arcB
38. Comparaison de le synténie du locus de l’opéron
arcABC entre nos trois souches
de mycoplasmes aviaires
arcA arcB arcC perméase
39. Comparaison de le synténie du locus de l’opéron
arcABC entre nos trois souches
de mycoplasmes aviaires
arcA arcB arcC perméase
49. 7 scaffolds 32 scaffolds
Comparaison génomique des
deux souches de Mycoplasma meleagridis
ADN en excès
Localisation ?
Contenu ?
24 Kb
50. Changement d’hôte de M. meleagridis
Dinde
Poule
Acquisition d’un nouveau matériel génétique
à partir de Bacillus coagulans
Répétition de quelques locus existant déjà chez
la souche de référence
Comparaison génomique des
deux souches de Mycoplasma meleagridis
51. Acquisition d’un nouveau matériel génétique
à partir de Bacillus coagulans
Répétition de quelques locus existant déjà chez
la souche de référence
Hypothèse: Il serait possible que ces différences
génomiques aient changé le profil antigénique de la
souche de terrain de M. meleagridis et lui ont permis
par conséquent de conquérir un nouvel hôte (la poule)
Comparaison génomique des
deux souches de Mycoplasma meleagridis
Changement d’hôte de M. meleagridis
Dinde
Poule
52. Analyse BDBH entre les deux souches de
Mycoplasma meleagridis
MM_ATCC
505 CDSs
MM_26B8_IPT
539 CDSs
53. Analyse BDBH entre les deux souches de
Mycoplasma meleagridis
495 CDSs
Core genome
Gènes essentiels codant pour des
protéines assurant les fonctions
indispensables pour assurer la survie
MM_ATCC
505 CDSs
MM_26B8_IPT
539 CDSs
54. Analyse BDBH entre les deux souches de
Mycoplasma meleagridis
495 CDSs
Core genome
Gènes essentiels codant pour des
protéines assurant les fonctions
indispensables pour assurer la survie
MM_ATCC
505 CDSs
MM_26B8_IPT
539 CDSs
10
CDSs spécifiques
de MM_ATCC
55. Analyse BDBH entre les deux souches de
Mycoplasma meleagridis
495 CDSs
Core genome
Gènes essentiels codant pour des
protéines assurant les fonctions
indispensables pour assurer la survie
MM_ATCC
505 CDSs
MM_26B8_IPT
539 CDSs
10
CDSs spécifiques
de MM_ATCC 44
CDSs spécifiques
de MM_26B8_IPT
56. Analyse BDBH entre les deux souches de
Mycoplasma meleagridis
495 CDSs
Core genome10
CDSs spécifiques
de MM_ATCC
Gènes essentiels codant pour des
protéines assurant les fonctions
indispensables pour assurer la survie
MM_ATCC
505 CDSs
MM_26B8_IPT
539 CDSs
28
16
Nouvelles CDSs
CDSs répétées
62. Analyse génomique comparative entre les mycoplasmes
aviaires, basée sur la recherche de facteurs de virulence
Comparaison des facteurs de
virulence chez les mycoplasmes aviaires
63. Nos trois mycoplasmes
Sont dépourvus d’adhésines et d’hémagglutinines
Il semble que leur pathogénie est plutôt assurée par la
multitude de nucléases et de protéases qu’ils contiennent
Analyse génomique comparative entre les mycoplasmes
aviaires, basée sur la recherche de facteurs de virulence
Comparaison des facteurs de
virulence chez les mycoplasmes aviaires
64. Nos trois mycoplasmes
Sont dépourvus d’adhésines et d’hémagglutinines
Il semble que leur pathogénie est plutôt assurée par la
multitude de nucléases et de protéases qu’ils contiennent
Chez Mgn_IPT
Autres gènes de virulence (lpd, licD et transposases)
Analyse génomique comparative entre les mycoplasmes
aviaires, basée sur la recherche de facteurs de virulence
Caractère apathogène de cette espèce≠ !!!
Comparaison des facteurs de
virulence chez les mycoplasmes aviaires
68. MM_ATCC
genome
MM_26B8_IPT
genome
Mgn_IPT genome
Genome Library
Participation à l’enrichissement des bases de données
internationales (GenBank, Molligen )
- La souche de référence de M. meleagridis (ATCC 25294)
- Deux isolats locaux de mycoplasmes aviaires
Conclusion
Avancer les connaissances biologiques sur M. meleagridis
et M. gallinarum, spécificité d’hôte et la pathogénicité
69. Perspectives
Compréhension des mécanismes des interactions
entre M. meleagridis et son nouvel hôte
Évaluation réelle du vrai potentiel pathogénique de
M. gallinarum
70. Perspectives
Compréhension des mécanismes des interactions
entre M. meleagridis et son nouvel hôte
Évaluation réelle du vrai potentiel pathogénique de
M. gallinarum
71. Perspectives
Expression et/ou la délétion des gènes
Compréhension des mécanismes des interactions
entre M. meleagridis et son nouvel hôte
Évaluation réelle du vrai potentiel pathogénique de
M. gallinarum
72. Perspectives
Passer à la
GÉNÉTIQUE FONCTIONNELLE
Expression et/ou la délétion des gènes
Compréhension des mécanismes des interactions
entre M. meleagridis et son nouvel hôte
Évaluation réelle du vrai potentiel pathogénique de
M. gallinarum
73. Les analyses génomiques comparatives basées sur la
recherche des facteurs de virulence ont montré que
MM_ATCC, MM_26B8_IPT et Mgn_IPT sont, contrairement
aux mycoplasmes aviaires les plus redoutables, dépourvus
d’adhésines et d’hémagglutinines.
Il semble que la pathogénie de ces trois souches est plutôt
assurée par la multitude de nucléases et de protéases qu’elles
contiennent.
De plus, d’autres déterminants génétiques tels que les
transposases, les gènes licD et lpd dont l’incrimination dans la
virulence est antérieurement prouvée, ont été détectés chez
Mgn_IPT. Cette trouvaille semble contrarier la littérature
souvent rapportant le caractère avirulent de cette espèce.
Merci
de votre attention