En Europe, Clostridium difficile, une bactérie Gram positif anaérobie stricte et sporulé, est la principale cause des infections nosocomiales post-antibiotiques intestinales chez l’adulte. Les infections à C. difficile (ICD) se produisent généralement chez les patients présentant un microbiote intestinal altéré. C. difficile est responsable de 15 à 25 % des diarrhées associées aux traitements antibiotiques et de la majorité des colites pseudomembraneuses. Nos études portent sur i) les stratégies adaptatives utilisées par C. difficile en réponse aux stress rencontrés durant l’infection telles que les mécanismes de résistance au stress oxydatif/nitrosatif et la formation de biofilm; ii) le réseau complexe de régulation de la sporulation de C. difficile et les relations qui existent entre les spores et les cellules du colon pendant la colonisation; iii) les mécanismes de régulation de la production de toxines en réponse aux voies métaboliques cellulaires et vi) l’impact des prophages dans la variabilité génétique des souches de C. difficile.

Les recherches menées dans l’unité de Biologie des Bactéries Intracellulaires (BBI ), associée au CNRS (UMR 6047),  se concentrent principalement sur les caractéristiques génomiques liées à la pathogénicité des bactéries pathogènes intracellulaires Legionella et leur fonction dans les interactions hôte-pathogène. De nombreux aspects de nos recherches sont basés sur les études de la génomique de Legionella que nous avons initié ces dernières années à l’Institut Pasteur.

Notre recherche est liée à la pathophysiologie de deux Streptocoques majeurs, les Streptocoques des groupes A (SGA, Streptococcus pyogenes) et B (SGB, Streptococcus agalactiae), impliqués dans des infections invasives graves se déclarant pendant la grossesse ou la période néonatale. Notre but est de comprendre pourquoi une bactérie commensale chez l’adulte est un redoutable pathogène du nouveau-né. Enfin, nous avons une activité de santé publique en tant que Centre National de Référence des Streptocoques (CNR-Strep) qui collecte les données cliniques envoyées par un réseau de laboratoires cliniques répartis sur l’ensemble du territoire national et caractérise au niveau moléculaire les souches responsables d’infections invasives et non-invasives.

Nous étudions les mécanismes responsables de la variabilité du génome bactérien avec un intérêt tout particulier pour ceux qui sont impliqués dans l’acquisition de gènes exogènes (transfert horizontal de gènes). Notre système-modèle est l’intégron, un système naturel de capture et d’expression de gènes impliqué dans le développement et la dissémination de gènes de résistance aux antibiotiques, principalement parmi les bactéries à Gram négatif. Nous caractérisons les mécanismes moléculaires de la recombinaison dans ces éléments génétiques, ainsi que leur évolution et leur impact phénotypique sur la physiologie des cellules bactériennes qui les hébergent.

Notre unité mène des recherches fondamentales et appliquées sur les toxines bactériennes protéiques à action intracellulaire sur l’hôte. Ces toxines sont impliquées dans l’étiologie de maladies infectieuses graves causées par des bactéries hautement pathogènes ou impliquant des résistances multiples aux antibiotiques. En particulier, nous étudions les neurotoxines botuliques, reconnues comme agents toxiques les plus puissants, avec comme ambition de concevoir et mettre en œuvre de nouvelles approches thérapeutiques et prophylactiques. Nous cherchons aussi à comprendre le mécanisme d’action moléculaire de toxines capables de stimuler des voies pro-oncogéniques de l’hôte. Ces toxines semblent émerger dans des souches d’E. coli multirésistantes aux antibiotiques, conférant une capacité de colonisation du tractus gastro-intestinal. Les E. coli produisant ces toxines résident chez environ 10% de la population générale et se retrouvent enrichies au sein des microbiotes associés au cancer colorectal. Nous cherchons à comprendre leur contribution dans l’expansion de souches porteuses dans les populations de pays industrialisés et leur impact comme facteur de risque dans le cancer.

L’Unité comprend  deux Centres Nationaux de Référence (CNR) et un Centre Collaborateur de l’OMS. Nos travaux de recherche sont consacrés à l’analyse de la structure des populations bactériennes et à la dynamique de transmission de bactéries pathogènes entériques telles Salmonella, Shigella, Escherichia coli et Vibrio cholerae, avec une attention toute particulière pour les souches émergentes, épidémiques et résistantes aux antibiotiques. Par cette approche fine de la biodiversité bactérienne, nous développons de nouveaux outils d’identification moléculaire ou de typage de ces agents majeurs d’infections d’origine alimentaire ou hydrique.

Nous étudions comment un large éventail de processus fonctionnels de base sont modifiés, et éventuellement coordonnés, pour contrôler l’homéostasie cellulaire. Notre recherche utilise principalement E. coli comme modèle, mais les concepts seront également testés sur des agents pathogènes tels que Salmonella ou Shigella . En se concentrant sur deux processus cellulaires mondiaux, la biogenèse des grappes Fe-S et l’homéostasie lipidique, nous permet d’étudier l’impact du stress sur le métabolisme aérobie et anaérobie, l’homéostasie de l’enveloppe cellulaire et de la membrane, les changements redox, la limitation des nutriments, les stress métaboliques et antibiotiques.
Les approches moléculaires, biochimiques et génétiques, ainsi que les technologies de pointe (-omique, imagerie, analyse monocellulaire), visent à atteindre une vision intégrée et mécaniste de la cellule bactérienne. Multiplier et diversifier les façons d’aborder un processus est très gratifiant, et nous collaborons avec des biochimistes, des structuralistes, des chimistes, des biophysiciens, des bioinformaticiens et des phylogénéticiens.

Notre unité « Dynamique des interactions hôte-pathogène » développe de nouvelles approches pour étudier en temps réel les interactions entre les pathogènes et leurs hôtes dans des cellules uniques. En particulier, nous souhaitons déchiffrer les bases moléculaires et cellulaires sur lesquelles un certain nombre d’agents pathogènes bactériens, tels que Shigella ou Salmonella, pénètrent dans les cellules hôtes au cours du processus d’infection. Pour y parvenir, nous filmons ces événements d’invasion grâce à une microscopie à fluorescence innovante. Nous sommes convaincus que le déchiffrement des détails moléculaires et cellulaires des stratégies d’invasion utilisées par les bactéries pathogènes permettra d’identifier de nouvelles cibles médicamenteuses et fournira de nouvelles informations sur les processus biologiques cellulaires fondamentaux.

Le groupe se focalise essentiellement sur la tuberculose, l’une des maladies les plus mortelles pour l’homme et un problème majeur de santé publique. L’agent responsable, Mycobacterium tuberculosis, est un micro-organisme à développement lent, avec un temps de division optimal de 24 heures, qui a établi une forte association avec son hôte au cours de leur co-évolution. Notre groupe s’intéresse à l’étude des bases moléculaires et des effets de l’hétérogénéité phénotypique intercellulaire dans la mycobactérie. L’hétérogénéité phénotypique est-elle cruciale pour moduler l’adéquation et l’adaptation bactérienne au moment de l’infection? Y-a-t-il une interaction significative entre des sous populations distinctes? Quel est l’impact des micro environnements sur une diversification de la population mycobactérienne? Pour répondre à ces questions et autres questions connexes, nous employons une approche multidisciplinaire. Nous utilisons d’un côté la génétique classique, la microbiologie conventionnelle et les essais biologiques de cellules, et d’un autre côté des techniques utilisant une cellule unique, dont le FACS et la microscopie epifluorescente en temps réel en combinaison avec des systèmes de cultures microfluidiques.

Nous étudions la pathogenèse de Neisseria meningitidis (ou méningocoque), une bactérie Gram négatif qui récapitule ces différents effets pathologiques. Les questions en suspens en termes de compréhension de la pathogenèse de N. meningitidis comprennent : comment les bactéries traversent-elles l’épithélium et atteignent-elles la circulation sanguine ? Comment survivent-ils dans le sang ? Comment endommagent-ils les vaisseaux et atteignent le liquide céphalo-rachidien (c’est-à-dire provoquent un choc septique et une méningite) ? Ces questions ouvrent la voie à des études plus larges concernant la biologie tissulaire, l’adaptation bactérienne à différents environnements et les fonctions fondamentales du système immunitaire inné. Nous abordons ces questions à différentes échelles.

Notre unité de recherche étudie le métabolisme du peptidoglycane (PGN) ayant pour but de mieux comprendre comment les bactéries assemblent un PGN mature et essentiel conférant rigidité et forme à la bactérie malgré un processus dynamique accompagnant la croissance et la division cellulaire.

Notre unité se concentre principalement sur l’analyse de :

• Interactions entre Yersinia pathogène et l’hôte au niveau cellulaire, tissulaire et animal
• Génomique comparative et transcriptomique entre Y. pestis et Y. pseudotuberculosis
• Bases moléculaires de la pathogénicité exceptionnelle de Y. pestis.
• Bases génétiques de la susceptibilité de l’hôte à la peste et mécanismes d’immunité innée et adaptative de l’hôte
• Résistance aux antibiotiques et mécanismes de transfert horizontal de gènes chez Yersinia

L’Unité développe également un vaccin contre la peste et la pseudotuberculose, des outils de typage pour l’épidémiologie moléculaire, une technologie d’imagerie in vivo en temps réel pour suivre la cinétique de développement de Y. pestis chez son hôte, des outils pour la complémentation stable des gènes et l’expression des gènes in vitro et in vivo. L’Unité participe à la surveillance de Yersinia entéropathogène (Laboratoire de Référence et Réseau Français de Surveillance), et à la lutte contre la peste au niveau international (Centre Collaborateur de l’OMS).

Les biofilms sont des communautés de micro-organismes qui interagissent avec les surfaces et sont connus pour présenter des propriétés uniques qui les différencient des micro-organismes individuels flottants. Bien que les biofilms soient répandus et jouent de nombreux rôles positifs dans tous les environnements, ils sont également difficiles à éradiquer lorsqu’ils adhèrent à des surfaces dans des contextes médicaux et industriels.

Nous utilisons la génétique, la génomique, la biologie moléculaire et divers modèles de biofilms in vitro et in vivo pour mieux comprendre les fonctions associées aux biofilms utilisées par les bactéries commensales et pathogènes. Nous tentons également de traduire nos approches fondamentales en stratégies anti-biofilm pertinentes en collaboration avec des cliniciens et des partenaires industriels.

Les infections systémiques résultent de l’invasion des hôtes par des agents pathogènes microbiens. Un déterminant pathogène essentiel des microbes est leur capacité à se déplacer de l’environnement externe vers l’hôte à travers les barrières muqueuses, à se disséminer de manière systémique et à atteindre les tissus protégés tels que le système nerveux central et le fœtus.

Nos recherches se concentrent sur l’identification des interactions hôte-microbe qui permettent aux microbes de cibler spécifiquement les cellules hôtes, de traverser les barrières muqueuses, hémato-encéphaliques et placentaires et de se diffuser de manière systémique et dans les tissus. Nous visons également à étudier les conséquences de ces interactions pour le microbe et l’hôte dans le développement et la résolution des processus infectieux, ainsi que l’hétérogénéité intraspécifique de la virulence microbienne et de la susceptibilité de l’hôte à l’infection.

Le but principal de nos recherche est de déterminer le rôle des modifications de la chromatine induite lors d’interactions hôte bactéries et leurs conséquences à long terme. Nous travaillons à l’interface entre la microbiologie, l’épigénomique et l’immunité innée. Cette approche pluridisciplinaire permettra la découverte de stratégies utilisées par les bactéries afin de reprogrammer la transcription de l’hôte pendant la colonisation et l’infection, et apportera une nouvelle compréhension des mécanismes cellulaires fondamentaux comme la tolérance et la mémoire de l’immunité innée. Par ailleurs, la connaissance des régulations épigénomique induites par les bactéries sur les réponses immunitaires pourrait aboutir au développement de nouveaux traitements antimicrobiens.

Avec une surface estimée entre 35 et 70m2, l’intestin est notre principale interface avec le milieu extérieur. Cette interface forme une barrière dynamique et finement régulée qui permet à la fois de digérer et d’absorber les nutriments indispensables à nos besoins métaboliques, mais aussi de contrôler la vaste et complexe communauté de microbes qui colonisent sa surface après la naissance.

Notre objectif principal est de comprendre comment cellules épithéliales et cellules immunitaires coopèrent pour maintenir l’intégrité et les fonctions de cette barrière tout en évitant inflammation et destruction tissulaire. En analysant les bases génétiques de maladies intestinales graves, nous espérons identifier les mécanismes indispensables à son fonctionnement et à sa régulation chez l’homme.

Nous cherchons simultanément à définir de nouveaux outils de diagnostic et des stratégies thérapeutiques adaptées. En parallèle, nous analysons comment le microbiote intestinal influence la maturation post-natale de la barrière immunitaire intestinale.

Notre unité étudie de nouvelles voies et mécanismes impliqués dans la pathogenèse des bactéries Gram-positives à faible pourcentage de GC en se concentrant sur les principaux agents pathogènes humains Streptococcus agalactiae et Staphylococcus aureus. Nous étudions également le pathogène émergent Streptoccus gallolyticus, une cause de septicémie et d’endocardite infectieuse chez les personnes âgées, qui a été systématiquement associée au cancer colorectal (CCR). Nos thèmes de recherche incluent l’étude de i) la relation entre métabolisme et virulence, ii) la fonction des protéines bactériennes impliquées dans l’interaction avec l’hôte, iii) la régulation de l’expression des gènes de virulence et l’adaptation aux conditions environnementales stressantes, et iv) la diversité génomique et l’évolution des pathogènes.

L’unité Écologie et évolution de la résistance aux antibiotiques (EERA) vise à caractériser les facteurs contribuant à l’émergence et à la diffusion de clones de résistance aux antibiotiques à l’hôpital et dans la communauté. Nos projets de recherche portent sur les entérobactéries résistantes aux carbapénèmes et/ou exprimant des b-lactamases à spectre étendu. L’Unité est implantée à l’Institut Pasteur et à l’Hôpital Bicêtre, et est une structure mixte entre l’Institut Pasteur, l’Assistance Publique Hôpitaux de Paris (APHP) et l’Université Paris Sud. Établir un lien entre recherche et cas cliniques est un axe clé de nos recherches.

Notre unité se concentrent sur la recherche mycobactérienne et particulièrement ses espèces pathogènes. Nous étudions notamment les systèmes de sécrétion mycobactériens de type VII/ESX, la patho-évolution du complexe Mycobacterium tuberculosis à partir d’un pool de mycobactéries génériques de type Mycobacteriium canettii, ainsi que certains aspects de la pathogénicité, de l’immunité anti-mycobactérienne et du développement de vaccins antituberculeux.

Dans notre groupe, nous explorons la biodiversité des microorganismes aux travers d’approches phylogénomiques de pointe, avec un regard original sur la totalité de l’Arbre de Vie. Nous sommes particulièrement intéressés par la reconstruction de phylogénies robustes en utilisant des jeux de données très larges de marqueurs moléculaires, ce qui nous permet de résoudre les divergences les plus anciennes des phylums majeurs chez les Bactéries et Archées, de reconstruire les relations évolutives entre les trois domaines du vivant, et de mettre en évidence des nouvelles et importantes clades de microorganismes. Ces arbres de référence représentent un cadre essentiel qui nous permet d’étudier la diversité et l’histoire évolutive de processus cellulaires clés chez les microorganismes, avec une composante importante d’annotation fonctionnelle et découverte de nouveaux gènes, qui est complémenté par du travail expérimental. L’ensemble ce des analyses nous permet d’adresser des transitions évolutives majeures dans l’histoire de la vie, et de défier un nombre de paradigmes bien établis en évolution microbienne.

Notre laboratoire s’intéresse à la diversité, à l’évolution et à l’épidémiologie des bactéries pathogènes ainsi qu’aux liens entre la diversité génotypique et phénotypique (écologie, colonisation, transmission, virulence, résistance aux antibiotiques, réponse immunitaire) des souches au sein d’espèces particulières. Nous nous concentrons sur trois agents pathogènes de haute importance pour la santé publique : la Klebsiella pneumoniae multirésistante, qui provoque divers types d’infections, notamment des infections des voies urinaires, respiratoires et sanguines ; Bordetella pertussis, l’agent de la coqueluche ; et Corynebacterium diphtheriae, l’agent de la diphtérie. Nous combinons des approches de surveillance épidémiologique, de microbiologie, de génomique, de protéomique, de bioinformatique et immunologiques ainsi que des modèles d’infection in vivo et in vitro. Nous développons et maintenons également des bibliothèques génomiques de génotypes bactériens et de nomenclatures de souches qui facilitent la surveillance collaborative mondiale et la biologie des populations d’agents pathogènes bactériens.