2013 escf metagenome fungal and bacterial interactions

Integration of Research Unit à CHRU Lille
30 Jun 2014
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Notes de l'éditeur

  1. Good morning everyone.   1st, I would like to thank ESCF committee, Mister Moss and Mac Elvaney for giving this opportunity to share with you our data.
  2. Microorganisms (bacteria, archaea, yeasts, moulds, viruses) are able to colonize all ecological systems, even extreme environments (such as tropical rain forest, desert or hypersaline water for which the concentration of bacteria ranged from the million to thousands of millions) A majority of these microorganisms remains to be identified
  3. Regarding fungi,   They are also present in various ecosystems (but poorly studied or analysed) They are playing an important role in soil regeneration. Fungi/molds (especially ascomycetes such as Aspergillus) have (along with bacteria) a key role in most land-based ecosystems – they are important decomposers, breaking down organic substances. One million and a half represents the number of fungus species currently estimated for the entire world. But only 6% have been identified   Microbes et environnement: grand intérêt+++ Microorganismes: impliqués dans de nombreux processus globaux Microorganismes: Rôle fondamental en biotechnologie (ATB, fermentation, expression, biomatériaux) the Ascomycota are heterotrophic organisms that require organic compounds as energy sources ils ne peuvent pas, comme les plantes, synthétiser leur matière organique à partir du CO2 atmosphérique. Ils doivent donc puiser dans le milieu ambiant l’eau et les substances organiques et minérales nécessaires à leurs propres synthèses ; ils sont hétérotrophes (Kendrick 2001).
  4. As other ecological systems mine, see, animal and soil, there is a microbial diversity of human organisms. Especially a gut microbiota La recherche sur le microbiome du poumon est un domaine relativement nouveau pouvant conduire à modifier notre vision des maladies respiratoires [1]. Les poumons des sujets en bonne santé ont longtemps été considérés comme stériles sur la base de données obtenues par les méthodes classiques, principalement fondées sur la culture bactérienne. De fait, le grand projet américain initié par le National Institute of Health (NIH) sur le microbiome humain n’incluait pas, jusqu’à récemment, les poumons comme un site de recherche [2]. Cependant, des données récemment publiées, basées sur des méthodes indépendantes des cultures bactériennes, ont démontré que les poumons de sujets sains non fumeurs étaient habitées par une population bactérienne, peu abondante mais diversifiée [3]. La fonction respiratoire est l’un des plus grands enjeux de demain en matière desanté publique: - Les troubles… -la BPCO sera la 4ème -la prévalence de l’asthme est en augmentation dans Pays développés (25 millions d’américains atteints asthme) -la mucoviscidose, pathologie à laquelle nous nous intéressons plus particulièrement, est la maladie génétique la plus fréquente dans la population caucasienne. (1/3000 -4000 Nnés en France). L’épaississement du mucus observé dans la mucoviscidose, a comme conséquence directe une accumulation (un piégeage) des microorganismes (bactérie champ) au niv pulmonaire, ce qui entrave fortement la fonction respiratoire, est responsable d’infection/ sur-infections pulmonaires (notamment les infections à Pseudomonas aeruginosa) = cause majeure de mortalité dans la mucoviscidose Au même titre que les sols, les océans (et autres milieux), il existe un microbiote de l’organisme humain: le plus étudié et documenté étant le microbiote intestinal . environ 100 000 milliards, soit au moins deux fois plus que le nombre moyen de cellules de l'organisme Mais de la même façon, il existe un microbiote cutané, vaginal, et biensur pulmonaire A ce jour c’est essentiellement le microbiote bactérien qui est étudié Rationnel: Aspergillus scedos : 2 plus frequent champ chez la muco P jiroveci: portage très fréquent muco + BPCO - Portage Pj associé aux stades sévères (III, et IV) de BPCO: role dans la réponse inflammatoire ?; 2.5% d’API chez les patients atteints de BPCO avec une mortalité très élévée 70-95%: signifcation de la colonisation sensibilisation ?
  5. We have genomes in our genome, bacteria are living in us (1 human being = 1 thousand million of bacteria). … with a repartition depending on the sites . But (As you guess) there were two missing elements : One missing mucosa and tract: the lung microbiota which is now included in this project And the fungal micobiota Recently (about 2011-12), lungs have been included in the Human Microbiome NIH project as a site of microbiota analysis. But, exclusively bacterial microbiota analysis have been assessed la majorité des bactéries humaines appartiennent à 4 grands embranchements, sur les cinquante connus. Il s'agit des : Firmicutes (en bleu), Bacteroidetes (en rose), Actinobacteria (en vert) et Proteobacteria (en violet). -Nov 2010 BIEN QU'ENCORE TRÈS PRÉLIMINAIRE, l'analyse du microbiote humain a déjà fourni plusieurs résultats marquants [1]. Comme on le voit sur le schéma ci-dessus, la majorité des bactéries humaines appartiennent à quatre grands embranchements, sur les cinquante connus. Il s'agit des Firmicutes (en bleu), Bacteroidetes (en rose), Actinobacteria (en vert) et Proteobacteria (en violet). Leur abondance respective varie selon les organes considérés. Ainsi, le côlon abrite en majorité des Firmicutes et des Bacteroidetes, et il semble que cette caractéristique se retrouve chez tous les individus (même si les proportions relatives peuvent varier). Le vagin, lui, est essentiellement peuplé de Firmicutes chez une majorité de femmes (ci-dessus), mais chez une minorité, il abrite majoritairement des Actinobacteria. - MÊME SI LES BACTÉRIES de notre microbiote appartiennent majoritairement à seulement 4 embranchements, elles n'en sont pas moins très diverses. Cette diversité apparaît au niveau des espèces (ci-dessus, chiffres entre parenthèses), et plus encore au niveau des souches (non montré). Si l'on compare les organes étudiés à ce jour, on constate, ainsi que l'indique la taille de chaque diagramme, que le côlon possède la plus grande diversité : 195 espèces par individu en moyenne. Or on estime que 80 % des espèces bactériennes présentes chez un individu donné lui sont propres. À l'échelle de la planète, la diversité de nos bactéries atteindrait donc plusieurs milliards d'espèces...
  6. La concentration dans un environnement intérieur sans contamination fongique est généralement en dessous de 103 spores/m3 d’air (OMS 2009). La fonction respiratoire est l’un des plus grands enjeux de demain en matière desanté publique: - Les troubles… -la BPCO sera la 4ème -la prévalence de l’asthme est en augmentation dans Pays développés (25 millions d’américains atteints asthme) -la mucoviscidose, pathologie à laquelle nous nous intéressons plus particulièrement, est la maladie génétique la plus fréquente dans la population caucasienne. (1/3000 -4000 Nnés en France). L’épaississement du mucus observé dans la mucoviscidose, a comme conséquence directe une accumulation (un piégeage) des microorganismes (bactérie champ) au niv pulmonaire, ce qui entrave fortement la fonction respiratoire, est responsable d’infection/ sur-infections pulmonaires (notamment les infections à Pseudomonas aeruginosa) = cause majeure de mortalité dans la mucoviscidose Au même titre que les sols, les océans (et autres milieux), il existe un microbiote de l’organisme humain: le plus étudié et documenté étant le microbiote intestinal . environ 100 000 milliards, soit au moins deux fois plus que le nombre moyen de cellules de l'organisme Mais de la même façon, il existe un microbiote cutané, vaginal, et biensur pulmonaire A ce jour c’est essentiellement le microbiote bactérien qui est étudié Rationnel: Aspergillus scedos : 2 plus frequent champ chez la muco P jiroveci: portage très fréquent muco + BPCO - Portage Pj associé aux stades sévères (III, et IV) de BPCO: role dans la réponse inflammatoire ?; 2.5% d’API chez les patients atteints de BPCO avec une mortalité très élévée 70-95%: signifcation de la colonisation sensibilisation ?
  7. La fonction respiratoire est l’un des plus grands enjeux de demain en matière desanté publique: - Les troubles… -la BPCO sera la 4ème -la prévalence de l’asthme est en augmentation dans Pays développés (25 millions d’américains atteints asthme) -la mucoviscidose, pathologie à laquelle nous nous intéressons plus particulièrement, est la maladie génétique la plus fréquente dans la population caucasienne. (1/3000 -4000 Nnés en France). L’épaississement du mucus observé dans la mucoviscidose, a comme conséquence directe une accumulation (un piégeage) des microorganismes (bactérie champ) au niv pulmonaire, ce qui entrave fortement la fonction respiratoire, est responsable d’infection/ sur-infections pulmonaires (notamment les infections à Pseudomonas aeruginosa) = cause majeure de mortalité dans la mucoviscidose Au même titre que les sols, les océans (et autres milieux), il existe un microbiote de l’organisme humain: le plus étudié et documenté étant le microbiote intestinal . environ 100 000 milliards, soit au moins deux fois plus que le nombre moyen de cellules de l'organisme Mais de la même façon, il existe un microbiote cutané, vaginal, et biensur pulmonaire A ce jour c’est essentiellement le microbiote bactérien qui est étudié Rationnel: Aspergillus scedos : 2 plus frequent champ chez la muco P jiroveci: portage très fréquent muco + BPCO - Portage Pj associé aux stades sévères (III, et IV) de BPCO: role dans la réponse inflammatoire ?; 2.5% d’API chez les patients atteints de BPCO avec une mortalité très élévée 70-95%: signifcation de la colonisation sensibilisation ?
  8. Nous nous sommes attachés à déterminer la composition du microbiote fongique du patient atteint de muco, en prenant également en compte les bactéries, Avec comme questions biologiques sous-jacentes (aux quelles nous avons essayé de répondre) : -Le microbiote du patient atteint de muco est-il différent de celui du patient sain? -Quelle est sa stabilité dans le temps? -Est-il corrélé à l’état clinique/évolution du patient? Et nous avons utilisé les outils qui nous semblaient les plus adaptés au contexte càd les approches DE SEQUENCAGE HAUT-DEBIT
  9. Notre stratégie méthodologique était basée sur le pyroséq sur automate 454 (roche) Je vais en donner les grandes étapes de cette méthodologie Si vous souhaitez nous pourrons en reparler après. -aà partir des expecto (8 de 4 patients adultes stables cliniquement), nous avons extrait l’AND total OU métagenome (kit Hight pure Kit – Roche) -2 PCR ciblant l’ADN16 (V3) des bactéries et le locus ITS2 des champignons ont été réalisées (grâce à 2 couples d’amorces) -Séquençage multi-parallélisé, obtention de plusieurs milliers de pyroséquences Elles ont été identifiées par comparaisosn à 2 banques de données la banque SILVA en accès libre pour les seq de 16S et une banque spécifique des séquences ITS2 que nous avons créé et validé pour cette étude en collaboration avec Genoscreen à IPL Après plusieurs étapes de bioinformatique, les pyroséquences sont groupées en fonction de leur identité puis attribuées à une espèce quand c’est possible ou sinon à un genre conformément aux données de nos 2 banques et selon les critères choisis. Puis nous avons réalisé une analyse phylogénétique des différents taxons permettant de comparer les 2 échantillons d’un même patient = grâce au logiciel MEGAN,
  10. - Pseudomonas reads were highly similar to P. aeruginosa strains isolated from CF patients or endotracheal tube biofilms. Notre stratégie méthodologique était basée sur le pyroséq Je vais en donner les grandes étapes de cette méthodologie Si vous souhaitez nous pourrons en reparler après. -a partir des expecto, nous avons extrait l’AND total -2 PCR ciblant l’ADN16 des bacteries et le locus ITS2 des champignons ont été réalisées (grace à 2 couples d’amorces) -Plusieurs milliers de pyroséquences ont été obtenus, Elles ont été identifiées par comparaisosn à 2 banques de données la banque SILVA en accès libre pour les seq de 16S et une banque specifique des séquences ITS2 que nous avons créé et validé pour cette étude en collaboration avec Genoscreen à IPL Après plusieurs étapes de bioinformatique, les pyroséquences sont groupées en fonction de leur identité puis attibuées à une espèce quand c’est possible ou sinon à un genre conformément aux données de nos 2 banques et selon les critères choisis. Puis nous avons réalisé une analyse phylogénétique des differents taxons permettant de comparer les 2 échantillons d’un même patient,
  11. (1/3000 Nnés en France) (1/3000 Nnés en France) Rationel Aspergillus scedos : 2 plus frequent champ chez la muco P jiroveci: portage très fréquent muco + BPCO 2.5% d’API chez les patients atteints de BPCO avec une mortalité très élévée 70-95%: siginifcation de la colonisation sensibilisation ? Portage Pj associé aux stades sévères (III, et IV) de BPCO: role dans la réponse inflammatoire ?
  12. (1/3000 Nnés en France) (1/3000 Nnés en France) Rationel Aspergillus scedos : 2 plus frequent champ chez la muco P jiroveci: portage très fréquent muco + BPCO 2.5% d’API chez les patients atteints de BPCO avec une mortalité très élévée 70-95%: siginifcation de la colonisation sensibilisation ? Portage Pj associé aux stades sévères (III, et IV) de BPCO: role dans la réponse inflammatoire ?
  13. (1/3000 Nnés en France) (1/3000 Nnés en France) Rationel Aspergillus scedos : 2 plus frequent champ chez la muco P jiroveci: portage très fréquent muco + BPCO 2.5% d’API chez les patients atteints de BPCO avec une mortalité très élévée 70-95%: siginifcation de la colonisation sensibilisation ? Portage Pj associé aux stades sévères (III, et IV) de BPCO: role dans la réponse inflammatoire ?
  14. (1/3000 Nnés en France) (1/3000 Nnés en France) Rationel Aspergillus scedos : 2 plus frequent champ chez la muco P jiroveci: portage très fréquent muco + BPCO 2.5% d’API chez les patients atteints de BPCO avec une mortalité très élévée 70-95%: siginifcation de la colonisation sensibilisation ? Portage Pj associé aux stades sévères (III, et IV) de BPCO: role dans la réponse inflammatoire ?
  15. At the physiology level, Mucus composition in CF provides conditions suitable for chronic co-infection: - Reduced oxygen tension in CF lung favourable for growth of P. aeruginosa, anaerobes (i.e. SMG members), C. albicans, and A. fumigatu - All are known to be able to form biofilm consortia, and to produce direct and indirect microbe-microbe interactions including quorum-sensing phenomenon Establishing microbiota in CF airways = dynamic event managed (we can supppose) to be beneficial to all members of the microbial population, probably with some “synergene” phenomenon
  16. Principal component analysis (PCA) is a mathematical procedure that uses an orthogonal transformation to convert a set of observations of possibly correlated variables into a set of values of linearly uncorrelated variables called principal components. The number of principal components is less than or equal to the number of original variables. This transformation is defined in such a way that the first principal component has the largest possible variance (that is, accounts for as much of the variability in the data as possible), and each succeeding component in turn has the highest variance possible under the constraint that it be orthogonal to (i.e., uncorrelated with) the preceding components. Principal components are guaranteed to be independent only if the data set is jointly normally distributed. PCA is sensitive to the relative scaling of the original variables.
  17. The Addition of the 2 axes represents the explained part of the variance Principal component analysis (PCA) is a mathematical procedure that uses an orthogonal transformation to convert a set of observations of possibly correlated variables into a set of values of linearly uncorrelated variables called principal components. The number of principal components is less than or equal to the number of original variables. This transformation is defined in such a way that the first principal component has the largest possible variance (that is, accounts for as much of the variability in the data as possible), and each succeeding component in turn has the highest variance possible under the constraint that it be orthogonal to (i.e., uncorrelated with) the preceding components. Principal components are guaranteed to be independent only if the data set is jointly normally distributed. PCA is sensitive to the relative scaling of the original variables.
  18. The Addition of the 2 axes represents the explained part of the variance Principal component analysis (PCA) is a mathematical procedure that uses an orthogonal transformation to convert a set of observations of possibly correlated variables into a set of values of linearly uncorrelated variables called principal components. The number of principal components is less than or equal to the number of original variables. This transformation is defined in such a way that the first principal component has the largest possible variance (that is, accounts for as much of the variability in the data as possible), and each succeeding component in turn has the highest variance possible under the constraint that it be orthogonal to (i.e., uncorrelated with) the preceding components. Principal components are guaranteed to be independent only if the data set is jointly normally distributed. PCA is sensitive to the relative scaling of the original variables.
  19. Kappamyces is a new genus for a chytrid member of the Rhizophydium clade is described zoospore in the Chytridiales Granulicatella species, along with the genus Abiotrophia, were originally known as ‘nutritionally variant streptococci’. They are a normal component of the oral flora, but have been associated with a variety of invasive infections in man and are most noted as a cause of bacterial endocarditis. It is often advised that Granulicatella endocarditis should be treated in the same way as enterococcal endocarditis. Atopobium= Anearobie bacteria, involved in vaginosis. This inability to prevent recurrences reflects our lack of knowledge on the origins of BV. Atopobium vaginae has been recently reported to be associated with BV Gemella bacteria are primarily found in the mucous membranes of humans and other animals, particularly in the oral cavity and upper digestive tract.
  20. Definition of NECTRIACEAE. : a family of ascomycetous fungi (order Hypocreales) that are close to fusarium and currently environmental /phytopathogen Capnocytophaga is a genus of Gram-negative bacteria. Normally found in the oropharyngeal tract of mammals, they are involved in the pathogenesis of some animal bite wounds as well as periodontal diseases.[1]
  21. OW: raisonnable mais pas parfait (tobramycine n’impacterait pas la diversité) Pour conclure, cette étude est modeste : 8 echantillons mais à mon sens très prometteuse elle a clairement mis en évidence une correlation entre la diversité du microbiote et le statut du patient en utilisant le séquençage haut-débit et les outils de bioinfo correspondant(elle vient d’être publiée) Sur le plan physiopathologique, dans la mucoviscidose, la composition du mucus représente des conditions favorables au développement des co-infection / co-colinisation Il a été montré que La réduction de tension en oxygène (observée dans la muco) favorise la croissance de … De plus tous ces microorganismes sont capables de former des biofilms avec de potentielles interactions intra mais aussi inter-spécifiques La formation du microbiote est donc un évement dynamique, pour mieux le comprendre, il nous faut maintenant
  22. (1/3000 Nnés en France) (1/3000 Nnés en France) Rationel Aspergillus scedos : 2 plus frequent champ chez la muco P jiroveci: portage très fréquent muco + BPCO 2.5% d’API chez les patients atteints de BPCO avec une mortalité très élévée 70-95%: siginifcation de la colonisation sensibilisation ? Portage Pj associé aux stades sévères (III, et IV) de BPCO: role dans la réponse inflammatoire ?
  23. (1/3000 Nnés en France) (1/3000 Nnés en France) Rationel Aspergillus scedos : 2 plus frequent champ chez la muco P jiroveci: portage très fréquent muco + BPCO 2.5% d’API chez les patients atteints de BPCO avec une mortalité très élévée 70-95%: siginifcation de la colonisation sensibilisation ? Portage Pj associé aux stades sévères (III, et IV) de BPCO: role dans la réponse inflammatoire ?