Développement d'une approche innovante de génomique sur cellules uniques et application aux communautés bactériennes du sol

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ID de réunion: 925 8946 1109
Code secret: 264712

Le jury est composé de:

Rapporteurs avant soutenance :
Lucie BITTNER MC, ISYEB Paris
Graeme NICOL DR CNRS, EEA/Ampère Lyon

Examinateurs :
Stéphane HACQUARD Research group leader, Institut Max Planck Cologne
Christophe MOUGEL DR, INRAE Rennes

Dir. de thèse : Philippe VANDENKOORNHUYSE PR, ECOBIO Rennes
Co-dir. de thèse : Cécile MONARD CR CNRS, ECOBIO Rennes
Invité(s) : Cécile Thion Senior scientist, Cellenion Lyon

Résumé
Le séquençage du génome entier d'une seule cellule (scWGS) pour étudier les bactéries s'est développé ces dernières années. Les microbiologistes sont particulièrement intéressés par cette approche pour accéder à l'échelle de la population de l'organisation des bactéries et évaluer le potentiel d'évolution et d'interaction de ces structures bactériennes. Le scWGS devrait également accélérer la découverte de bactéries inconnues et fournir un contenu génomique plus précis que la métagénomique traditionnellement utilisée, qui n'est pas adaptée à la description des communautés bactériennes à des échelles organisationnelles fines. Dans la pratique, les scWGS sont peu utilisés en raison de leurs limites en termes de coût, d'équipement nécessaire, de temps de manipulation long et de génomes récupérés partiels et contaminés. J’ai développé une préparation de librairies génomique unicellulaire afin de proposer une approche facile à utiliser avec un coût limité et discute ses possibles améliorations futures. Pour compenser le manque de procédures de décontamination universelles pour de tels jeux de données, un pipeline de décontamination automatisé a été développé et permet l'unification du traitement des données unicellulaires. Je démontre, sur des souches bactériennes pures et environnementales, la nécessité d'une procédure de décontamination systématique et souligne les avantages du scWGS par rapport à la métagénomique. Enfin, je discute des perspectives techniques et écologiques que cette approche a à offrir à la microbiologie.

Abstract:
The development of single-cell whole genome sequencing (scWGS) to study bacteria has grown in recent years. Microbiologists are particularly interested in this approach to access the population scale of bacteria organisation and evaluate the potential of these bacterial structures to evolve and interact. scWGS is also expected to accelerate the discovery of unknown bacteria and to provide more accurate genome content than the traditionally used metagenomics which is not suited for bacterial community description at fine organisational scales. In practice, scWGS are timidly used for their limitations regarding their cost, equipment requirements, long handling time, and partial and contaminated recovered genomes. Here, I developed an improved single-cell genomic library preparation to propose an easy-to-use approach with limited cost and discuss its possible future improvements. To compensate for the lack of universal decontamination procedures for such datasets, an automated decontamination pipeline was developed and allows the unification of single-cell data handling. I demonstrate, on pure and environmental bacterial strains, the necessity for systematic decontamination procedure and highlight the advantages of scWGS compared to metagenomics. Finally, I discuss the technical and ecological perspectives that single-cell omics have to offer to microbiology.