Génétique et Ecologie Evolutive

Stéphanie BEDHOMME

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Chargée de Recherche, HDR

CEFE/CNRS
Campus du CNRS
1919, route de Mende
34293 Montpellier 5

Tél : +33/0 4 67 61 32 11

Stephanie.bedhomme[at]cefe.cnrs.fr

 

Bref CV

2018 : HDR, Université de Montpellier

2014-     : CRCN CNRS, CEFE
2012-13 : Postdoc at Bellvitge Biomedical Research Institute (IDIBELL, Barcelone, Spain)
2009-12 : Postdoc at the Molecular and Cellular Plant Biology Institute (IBMCP, Valence, Spain)

2007-09 : Teaching and researche assistant, Münster University (Allemagne)

2005-07 : Postdoc at Queen’s University (Kingston, Canada)

2000-04 : PhD in the Genetic and Evolution of Infectious Disease laboratory (IRD, Montpellier)

Thèmes de recherches (english version below)

Transfert horizontal de gène, résistance antibiotique et évolution post-transfert

Nous travaillons actuellement sur les règles de circulation des gènes par transfert horizontal. Le transfert horizontal est un mécanisme qui contribue fortement à l'évolution des génomes procaryotes mais tous les gènes ne sont pas dans tous les génomes. Il existe donc des facteurs qui favorisent ou limitent les transferts et les orientent. Les recherches que nous conduisons actuellement visent à étudier le rôle de ces facteurs à différentes échelles temporelles et spatiales. Nous nous intéressons en priorité, mais pas en exclusivité, aux transferts de gènes de résistance aux antibiotiques : les données et connaissance les concernant sont abondantes, la manipulation des pressions de sélection en laboratoire est aisée et nos résultats ont potentiellement des applications plus ou moins directes pour la gestion du problème de santé publique que représente la propagation des résistances antibiotiques.

Les questions auxquelles nous essayons de répondre actuellement sont :

  • Quels sont les facteurs (écologie, pression de sélection, géographie…) qui déterminent les prévalences de gènes de résistances à l’échelle mondiale ?

  • Quels sont les facteurs (partage de niche écologique, association à des éléments génétiques mobiles, similarité de contexte génomique, distance phylogénétique entre hôte) qui favorisent les transferts horizontaux ?

  • L’usage de codons du gène transféré affecte-il la fonctionnalité de ce gène dans le génome récepteur ?

  • Le transfert horizontal d’un gène peut-il entrainer une évolution compensatoire ?

  • L’évolution post-transfert est-elle détectable à différentes échelles temporelles ?

Les approches utilisées sont la mesure de fitness de collections de mutants et de gènes, l'évolution expérimentale, la génomique bactérienne et la génomique comparative.

Propagation des hypermutateurs dans les populations bactériennes

Les hypermutateurs sont des génotypes bactériens dont le taux de mutation ponctuel est plus élevé (10 à 1000 fois) que dans le reste de l’espèce. Des modèles théoriques prédisent qu’ils ont un avantage et se propagent dans les populations qui se trouvent loin de leur optimum adaptatif. En effet, dans cette situation, la proportion de mutations avantageuses parmi toutes les mutations générées est plus importante ; les hypermutateurs ont donc un avantage transitoire en augmentant à l’approvisionnement en mutation avantageuse puis ils augmentent en fréquence en raison de la liaison génétique entre le déterminant génétique de l’hypermutation et la mutation avantageuse générée. Les conditions de propagation des hypermutateurs ont été étudiées par des approches théoriques et par des approches expérimentales qui mettent en compétition un hypermutateur avec son ancêtre mais il existe très peu d’approches expérimentales où l’apparition et la propagation d’hypermutateurs a été suivie dans plusieurs conditions environnementales. Nous avons mis en place un dispositif d’évolution expérimentale qui permet de faire cela pour les conditions environnementales suivantes : doses subinhibitrices de gentamicine et forte salinité. Dans le cadre de cette approche, nous posons les questions suivantes :

  • La probabilité et la vitesse de propagation des hypermutateurs dépend-elle du type de stress et de la largeur de la base génétique d’adaptation à ce stress ?

  • Comment déterminer la nature et la base génétique de l’adaptation par une approche « évoluer et reséquencer » ?

  • L’évolution en présence de concentrations subinhibitrices de gentamicine conduit-elle à des niveaux élevés de résistance ?

  • Quel est le rôle de l’hétérogénéité de taux de mutation le long du génome dans l’évolution parallèle entre populations indépendante ?

Pollution microplastique, bactéries pathogènes et résistances antibiotique.

Les plastiques, en usage ou après usage, se dégradent et libèrent dans leur environnement immédiat des nano- et microparticules. Ces particules sont transportées à longue distance par l’eau ou l’air, peuvent pénétrer dans tous les organismes vivants et représentent un danger direct pour la santé humaine, animale et végétale. Ces particules peuvent également se convertir en support pour la formation de biofilm qui peuvent contenir des espèces bactériennes pathogènes pour certaines espèces animales et/ou pour les humains. Nous nous intéressons au rôle potentiel des micro-plastiques comme vecteur de pathogènes en utilisant Vibrio anguillarum comme modèle bactérien et des microparticules de polystyrène, polypropylène et polyéthylène téréphtalate.

Dans ce contexte scientifique, nous posons les questions suivantes :

  • Quelle est la variabilité intraspécifique d’adhérence de V. anguillarum aux microparticules de plastique ? Peut-on identifier les déterminants génétiques de cette adhérence ?

  • Quelles sont les espèces bactériennes composant les biofilms sur les microparticules ? Comment cette composition varie-t-elle au cours des saisons et au travers des environnements marins ou côtier ?

  • Les biofilms associés aux microplastiques présentent-ils une surreprésentation de certaines espèces ou de certains gènes (résistance aux antibiotiques par exemple) par rapport au microbiote environnant ?

  • La composition des biofilms associés aux microplastiques affecte-t-elle l’adhésion de la bactérie pathogène V. anguillarum ?

  • Les biofilms associés aux microplastiques sont-ils des points chauds de transfert horizontal ?

Mots clés:

transfert horizontal de gène, résistance aux antibiotiques, effet en fitness de la variation synonyme, usage des codons, évolution expérimentale, génomique bactérienne, biofilms, pollution microplastique.

Research topics

Horizontal gene transfer, antibiotic resistance and post-transfer evolution

We are currently working on the horizontal transfer traffic rules. Horizontal transfer is a mechanism that strongly contributes to the evolution of prokaryotic genomes but all genes are not found in all genomes. There are therefore factors that promote or limit transfers and direct them. Our current research aims to study the role of these factors at different temporal and spatial scales. We are primarily, but not exclusively, interested in the transfer of antibiotic resistance genes: data and knowledge about them are abundant, the manipulation of selection pressures in the laboratory is easy, and our results have potentially more or less direct applications for the management of the public health problem represented by the spread of antibiotic resistance.

The questions we are currently trying to answer are:

  • - What are the factors (ecology, selection pressure, geography...) that determine the prevalences of resistance genes on a global scale?

  • - What are the factors (ecological niche sharing, association with mobile genetic elements, genomic context similarity, phylogenetic distance between hosts) that favor horizontal transfers?

  • - Does codon usage of the transferred gene affect the functionality of that gene in the recipient genome?

  • - Can horizontal transfer of a gene lead to compensatory evolution?

  • - Is post-transfer evolution detectable at different time scales?

The approaches used are fitness measurement of mutant and gene collections, experimental evolution, bacterial genomics and comparative genomics.

Propagation of hypermutators in bacterial populations

Hypermutators are bacterial genotypes with a higher point mutation rate (10 to 1000 times) than the rest of the species. Theoretical models predict that they have an advantage and spread in populations that are far from their adaptive optimum. This is because in this situation, the proportion of advantageous mutations among all generated mutations is greater; thus, hypermutators have a transient advantage by increasing in supply of advantageous mutation and then increase in frequency due to the genetic linkage between the genetic determinant of the hypermutation and the generated advantageous mutation. The conditions of hypermutator propagation have been studied by theoretical approaches and by experimental approaches that put a hypermutator in competition with its ancestor but there are very few experimental approaches where the appearance and propagation of hypermutators has been followed under several environmental conditions. We have set up an experimental evolutionary setup that does this for the following environmental conditions: subinhibitory doses of gentamicin and high salinity. In this approach, we ask the following questions:

  • Does the probability and rate of hypermutator spread depend on the type of stress and the width of the genetic basis for adaptation to that stress?

  • How can the nature and genetic basis of adaptation be determined by an "evolve and resequence" approach?

  • Does evolution in the presence of subinhibitory concentrations of gentamicin lead to high levels of resistance?

  • What is the role of mutation rate heterogeneity along the genome in parallel evolution between independent populations?

Microplastic pollution, pathogenic bacteria and antibiotic resistance.

Plastics, in use or after use, degrade and release nano- and micro-particles into their immediate environment. These particles are transported over long distances by water or air, can penetrate all living organisms and represent a direct danger for human, animal and plant health. These particles can also become a surface where biofilm forms which may contain bacterial species pathogenic to certain animal species and/or humans. We are interested in the potential role of micro-plastics as pathogen vectors using Vibrio anguillarum as a bacterial model and polystyrene, polypropylene and polyethylene terephthalate microparticles.

In this scientific context, we ask the following questions:

  • What is the intraspecific variability of V. anguillarum adherence to plastic microparticles? Can we identify the genetic determinants of this adhesion?

  • What are the bacterial species composing biofilms on microparticles? How does this composition vary over the seasons and across marine or coastal environments?

  • Do microplastic-associated biofilms show an over-representation of certain species or genes (e.g. antibiotic resistance) relative to the surrounding microbiota?

  • Does the composition of microplastic-associated biofilms affect the adhesion of the pathogenic bacterium V. anguillarum?

  • Are microplastic-associated biofilms hotspots for horizontal transfer?

Key words:

Horizontal gene transfer, antibiotic resistance, fitness effect of synonymous variation, codon usage, experimental evolution, bacterial genomics, biofilms, microplastic pollution.

Publications

  • Callens M., Scornavacca C. and Bedhomme S. (2021) Evolutionary responses to codon usage of horizontally transferred genes in Pseudomonas aeruginosa. Microbial Genomics, 7:000587. doi: 10.1099/mgen.0.000587.

  • Pradier L., Tissot T., Fiston-Lavier A-S. and Bedhomme S. (2021) PlasForest: a homology-based random forest classifier for plasmid detection in genomic datasets. BMC Bioinformatics, 22: 349. doi: 10.1186/s12859-021-04270-w.

  • Callens M., Pradier L., Finnegan M., Rose C.J. and Bedhomme S. (2021) Read between the lines: Diversity of non-translational selection pressures on local codon usage. Genome Biology and Evolution, evab097. doi:10.1093/gbe/evab097.

  • Bedhomme S., Amorós-Moya D., Valero L.M., Bonifaci N., Pujana M-A. and Bravo I.G. (2019) Evolutionary changes after translational challenges imposed by horizontal gene transfer. Genome Biology and Evolution, 11:814–831. doi:10.1093/gbe/evz031.

  • Bedhomme S., Perez-Pantoja D. and Bravo I.G. (2017) Plasmid and clonal interference during post-horizontal gene transfer evolution. Molecular Ecology, 26: 1832-1847. doi:10.1111/mec.14056.

  • Mengual-Chuliá B., Bedhomme, S., Lafforgue, G., Elena, S.F., Bravo, I.G. (2016) Assessing parallel gene histories in viral genomes. BMC Evolutionary Biology 16:32.

  • Félez-Sánchez M., Trösemeier J-H., Bedhomme S., González-Bravo M-I, Kamp C. and Bravo I.G. (2015) Cancer, warts or asymptomatic infections: clinical presentation matches codon usage preferences in human papillomaviruses. Genome Biology and Evolution, 7:2117–2135.

  • Bedhomme S., Hillung, J. and Elena S.F. (2015). Emerging viruses: why they are not jacks of all trades? Current Opinion in Virology 10:1–6.

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  • Agnew, P., Bedhomme, S., Haussy, C. and Michalakis, Y. (1999). Age and size at maturity of the mosquito Culex pipiens infected by the microsporidian parasite Vavraia culicisProceedings of the Royal Society of London B 266: 947-952.

Book chapter:

  • Bataillon, T., Bedhomme, S., Dillmann, C., Gaba, S., Gallet, R., Guidot, A., Goldringer, I., Jasmin, J-N., Kaltz, O., Méry, F., Nidelet, T., Reboud, X., Schneider, D., Sicard, D. and Spor, A. 2015. Evolution expérimentale. In F. Thomas, T. Lefèvre et M. Raymond (Eds), Biologie Evolutive, De Boeck, collection LMD, France, 617-646.

  • Bedhomme, S. and Chippindale A.K. (2007) Irreconcilable differences: When sexual dimorphism fails to resolve sexual conflict (pp 185-194). In: Sex, Size and Gender Roles: Evolutionary studies of sexual size dimorphism. DJ Fairbairnm WU Blanckenhorn et T Székely editors. Oxford University Press, Oxford.