Encadrement:
Directeurs: Samuel Venner (Écologue, Université Lyon 1, LBBE) et Xavier Charpentier (Généticien, microbiologiste, INSERM, CIRI)
Co-encadrants: Thomas Koffel (Ecologue Théoricien, LBBE) , Charles Coluzzi (Génomicien spécialiste des plasmides, LBBE) et Rémi Tuffet (Post-Doctorant, spécialiste de l’écologie des génomes bactériens, IEES)
Résumé du projet
La propagation des gènes d’antibiorésistance (ARGs) représente une menace majeure pour la santé humaine. Longtemps attribués aux environnements cliniques, ces ARGs sont maintenant identifiés dans les communautés bactériennes évoluant en environnement extra-hospitaliers et exposées à des antibiotiques produits par d’autres micro-organismes. Par ailleurs, les ARGs sont souvent véhiculés par des plasmides qui sont des éléments génétiques mobiles capables de circuler horizontalement entre bactéries d’une même espèce ou d’espèces différentes, parfois très éloignées phylogénétiquement. Les plasmides ont ainsi leur propre trajectoire évolutive. Ils sont extrêmement divers et ont des interactions avec leur bactérie-hôte qui peuvent aller du parasitisme (plasmides coûteux) au mutualisme (portage de gènes occasionnellement bénéfiques comme les ARGs). Les plasmides sont par ailleurs en compétition pour exploiter leurs hôtes bactériens communs. Certains plasmides sont ciblés par le système immunitaire bactérien ou par des mécanismes de défenses portés par d’autres plasmides. En d’autres termes, la propagation des ARGs relèvent d’une dynamique complexe de coévolution, en environnement fluctuant, entre les bactéries et les plasmides qui circulent dans et entre les communautés bactériennes et entre les plasmides eux-mêmes.
Ce projet de thèse vise à mobiliser les théories et modèles développés en écologie évolutive et en écologie des communautés pour comprendre l’évolution des stratégies des bactéries et des plasmides en environnement fluctuant (exposition aux stress antibiotiques). Ce travail permettra d’examiner les conséquences de l’évolution de ces stratégies sur l’émergence et la propagation de l’antibiorésistance dans les communautés bactériennes. En développant différents modèles théoriques de dynamique de communautés bactériennes dans lesquelles circulent des plasmides, la thèse s’articulera autour de trois axes visant à (1) tester l’hypothèse selon laquelle la réduction de l’immunité bactérienne contre les plasmides constitue une stratégie adaptative leur permettant d’exploiter transitoirement des plasmides mutualistes face à un stress aléatoire ; (2) développer un cadre théorique inspiré de l’écologie des communautés pour modéliser la dynamique éco-évolutive des plasmidomes ; (3) évaluer comment la structure des plasmidomes (richesse, diversité) circulant dans les microbiotes humains influence le risque d’invasion biologique de plasmides exotiques (issus de communautés microbiennes extra-hospitalière et porteurs d’ARGs) dans ces microbiotes.
Le travail de modélisation dégagera de nouvelles perspectives de recherche, en encourageant l’intégration des concepts issus de l’écologie dans l’étude de la propagation de l’antibiorésistance. Cette proposition sera renforcée par une articulation étroite avec d’autres approches développées en parallèle et relevant de la génomique comparative et de la génétique expérimentale.
Mots clefs: écologie évolutive des communautés; modélisation; bactéries; plasmides; antibiorésistance; immunité bactérienne; environnement fluctuant
Financement: Cette thèse est financée par l’EID@Lyon, une école universitaire de recherche (EUR) du Programme France 2030, dédiée aux maladies infectieuses émergentes.
Profil recherché: Les candidates et candidats devront avoir des compétences et expérience en modélisation mathématique et informatique appliquées aux systèmes biologiques, idéalement dans le domaine de l’écologie ou de l’éco-épidémiologie. Une maîtrise des cadres conceptuels relatifs à l’évolution des traits d’histoire de vie en environnement fluctuant, à la coexistence d’espèces en compétition ou à l’invasion biologique donnera une plus-value à la candidature. Les profils relevant exclusivement de l’analyse génomique ne seront pas prioritaires.
Localisation et environnement de travail: La thèse se déroulera au laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive (LBBE) de l’université de Lyon 1 (campus de la Doua, Villeurbanne), en interaction étroite avec le Centre International de Recherche en Infectiologie (CIRI). Le LBBE fournit un cadre scientifique unique pour développer un projet à l’interface de l’écologie, la génomique et la santé en mobilisant des approches de modélisation. La thèse offrira aussi l’opportunité de suivre une formation « Agir et innover contre les maladies infectieuses » dispensée par l’EID qui vise à encourager le développement des approches transdisciplinaires et One Health. Les candidates et candidats retenu(e)s seront invité(e)s à prendre contact avec les doctorants et associations de non permanents pour avoir un avis indépendant sur la vie scientifique et sociale au sein du LBBE.
Références de l’équipe encadrante en lien avec le projet
Coluzzi C, Garcillán-Barcia MP, de la Cruz F, Rocha E.P.C (2022). Evolution of Plasmid Mobility: Origin and Fate of Conjugative and Nonconjugative Plasmids, Molecular Biology and Evolution, 39, 6,, msac115, https://doi.org/10.1093/molbev/msac115
Coluzzi C., Rocha E.P.C. (2025). The Spread of Antibiotic Resistance Is Driven by Plasmids Among the Fastest Evolving and of Broadest Host Range, Molecular Biology and Evolution, 42, 3, , msaf060, https://doi.org/10.1093/molbev/msaf060
Durieux, I.*, Ginevra, C.*, Attaiech, L., Picq, K., Juan, P.-A., Jarraud, S., and Charpentier, X. (2019). Diverse conjugative elements silence natural transformation in Legionella species. Proceedings of the National Academy of Sciences 116, 18613–18618. https://doi.org/10.1073/pnas.1909374116.
Koffel, T, T Daufresne, CA Klausmeier. (2021) From competition to facilitation and mutualism: a general theory of the niche. Ecological Monographs 91(3): e01458. doi:10.1002/ecm.1458
Koffel, T, K Umemura, E Litchman, CA Klausmeier. (2022) A general framework for species-abundance distributions: linking traits and dispersal to explain commonness and rarity. Ecology Letters 25(11): 2359–2371. doi:10.1111/ele.14094
Mazzamurro, F., Chirakadavil, J.B., Durieux, I., Poiré, L., Plantade, J., Ginevra, C., Jarraud, S., Wilharm, G., Charpentier, X.*, and P C Rocha, E.* (2024). Intragenomic conflicts with plasmids and chromosomal mobile genetic elements drive the evolution of natural transformation within species. PLoS Biology 22, e3002814. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002814.
Tuffet, R., Carvalho, G., Godeux, A. S., Mazzamurro, F., Rocha, E. P., Laaberki, M. H.*, Venner S.* & Charpentier, X*. (2024). Manipulation of natural transformation by AbaR-type islands promotes fixation of antibiotic resistance in Acinetobacter baumannii. Proceedings of the National Academy of Sciences, 121(39), e2409843121.
Venner S., Feschotte C. & Biémont C. (2009). Dynamics of transposable elements: towards a community ecology of the genome. Trends in Genetics 25, 317-323.
Venner S., Miele V., Terzian C., Biémont, C. Daubin, V., Feschotte C., Pontier D. (2017) Ecological networks to unravel the routes to horizontal transposon transfers. Plos Biology 15(2), e2001536.
Date de début du contrat: 01/10/2025 au 01/12/2025
Soumission des candidatures: Les candidatures seront à envoyer par mail à samuel.venner@unv-lyon1.fr et xavier.charpentier@univ-lyon1.fr, au plus tard le 01 juillet, en y joignant les pièces suivantes : CV, lettre de motivation, notes de Master M1 et M2, les coordonnées de deux personnes référentes, ainsi qu’une lettre de recommandation. Les candidatures seront examinées au fur et à mesure de leur arrivée.
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