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Bio-informatique

Staphylocoque doré : variations sous haute surveillance

Comme toute bactérie, le staphylocoque doré se multiplie très vite et peut ainsi rapidement accumuler des variations génétiques. Cette « plasticité » lui permet de s'adapter aux changements de son environnement et d'échapper aux défenses immunitaires de son hôte. Il y a donc urgence à suivre à la trace ces modifications : c'est la raison pour laquelle à Rennes, des microbiologistes de l'Inra 1 ont fait appel à des informaticiens de l'Irisa 2.

« Pour étudier la plasticité d'un génome bactérien, il faut comparer un grand nombre de souches, fait remarquer Dominique Lavenier, directeur de recherche au CNRS au sein de l'équipe Symbiose (« Systèmes et modèles biologiques, bio-informatique et séquences ») de l'Irisa. Idéalement, il faudrait séquencer complètement chacune d'elles. Mais c'est long et coûteux. Mes collègues biologistes ont donc eu l'idée d'utiliser la technique de l'amplification en chaîne par polymérisation (ou PCR, Polymerase Chain Reaction). » De quoi s'agit-il ? D'abord, de « découper » le chromosome circulaire d'une souche déjà séquencée. Ensuite, d'amplifier chacun de ses morceaux. Enfin, de comparer aux morceaux de cette souche de référence ceux d'autres souches non séquencées soumises au même ­protocole.

Le tout ne prend en théorie que quelques semaines, mais les biologistes ne peuvent pas s'en sortir sans l'aide d'informaticiens. Pour découper le chromosome, il leur faut en effet y repérer tous les endroits où peut débuter et finir l'amplification : en clair, détecter les amorces, petites séquences de 25 caractères dotées de caractéristiques biologiques particulières. Or le génome du staphylocoque doré comporte 2,8 millions de ­caractères ! Le recours au logiciel Genofrag, mis sur pied par l'Irisa, est donc indispensable : on trouve ainsi 10 000 à 20 000 amorces possibles.

« Parmi elles, explique Dominique Lavenier, on doit détecter celles qui permettent un recouvrement complet du génome. De plus, les morceaux qu'elles délimitent doivent avoir la même taille (environ 10 000 caractères), et se chevaucher les uns les autres (de 1 000 à 2 000 caractères). C'est typiquement un problème où le nombre de solutions explose de manière exponentielle. Il y en a de l'ordre de 10 puissance 100 ! » Pour trouver la bonne, l'équipe Symbiose a appliqué des techniques algorithmiques éprouvées basées sur la programmation dynamique. Au final, le logiciel Genofrag donne la liste des amorces en une minute ! Celles-ci ont permis aux chercheurs de l'Inra de valider la méthode sur douze souches de staphylocoque doré (d'origine humaine, bovine, ovine ou caprine), dont une séquencée. Reste désormais à passer à l'étape suivante, en appliquant cette méthode à un grand nombre d'autres souches…

 

Anne Lefèvre-Balleydier

 

Pour en savoir plus

 

Nucleic Acids Research, 2004, vol. 32, n° 1, pp. 17-24.

1. Laboratoire de microbiologie STLO,
Inra / Agrocampus Rennes.
2. Installé à Rennes, l'Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Irisa) est un laboratoire de recherche publique regroupant environ 530 personnes, dont plus de 200 chercheurs issus de l'Inria (Institut national de recherche en informatique et en automatique), du CNRS et de l'université Rennes-I.

 

Contact

Dominique Lavenier
Irisa, Rennes
dominique.lavenier@irisa.fr


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