Characterization of human intestinal microbiota and cheese microbiota by quantitative metagenomic method

La flore microbienne est un ensemble de micro-organismes comme les bactéries, archées, eucaryotes inférieurs et virus, jouant un rôle important dans l’équilibre d’un écosystème. Cette flore reste encore mal définie car en 2012, seules ~30% des micro-organismes de la flore intestinale humaine étaient caractérisés, et moins de 50% des micro-organismes de la flore fromagère traditionnelle étaient caractérisés au niveau fonctionnel. Depuis 2006, les séquenceurs à ADN de seconde génération permettent d’analyser directement le contenu génique d’un prélèvement de flore sans contrainte d’isolement ou de culture. Toutefois, les séquences d’ADN générées ne sont pas structurées en génome et sont hautement fragmentées, freinant considérablement l’analyse et l’exploitation de ces données. Dans ce travail, nous avons développé de nouvelles méthodes dites de métagénomiques quantitatives, car elles permettent de regrouper les courtes séquences d’ADN ayant la même abondance au sein de plusieurs échantillons métagénomiques, pouvant provenir d’une même espèce microbienne.Au niveau du microbiote intestinal humain, nous avons structuré un catalogue de 3,9 millions de gènes de la flore intestinale humaine en 741 unités ou « clusters » correspondant à des génomes de bactéries, d’archées et d’eucaryotes, que nous appelons espèces métagénomiques (MGS) et 6640 unités correspondant principalement à des génomes de virus, plasmides et divers ilots génomiques comme des CRISPR, que nous appelons unités métagénomiques (MGU). Cette méthode de structuration a ensuite été utilisée pour faciliter des analyses d’associations de la composition de la flore intestinale avec des maladies humaines comme la maladie de Crohn, l’obésité ou le diabète de type 2. Enfin, au niveau des flores alimentaires, nos méthodes ont été utilisées pour constituer un catalogue de 134 génomes d’espèces bactériennes fromagères et caractériser la flore de surface de fromages traditionnels. Ceci nous a permis de détecter la présence de nouvelles bactéries alimentaires, pouvant enrichir la liste des bactéries à possible intérêt technologique dans les produits laitiers fermentés.The microbial flora is a micro-organism complex containing for example bacteria, archaea, lower eukaryotes and viruses, which play an important role in ecosystem equilibrium. This flora remains poorly defined as in 2012, only ~30% of the intestinal flora micro-organisms have been characterized, and less than 50% of traditional cheese floras were characterized at the functional level. Since 2006, the second generation of DNA sequencers have allowed the direct analysis of the genetic content from a microbial flora sample without isolation or culture limitation. However, the DNA reads generated are not structured with respect to genomes and also are highly fragmented, slowing down dramatically the exploitation and analysis of these data.In this work, a new methodology based on quantitative metagenomic are described., This allows the clustering of short DNA sequences with the same abundance in multiple metagenomic samples, which should originate from the same microbial species. A 3.9 million gene catalog has been built from the human intestinal tract microbiota and divided into 741 units or clusters corresponding to bacteria, archaea and eukaryote genomes. These have been defined as metagenomic species (MGS) and 6640 units of them corresponds mainly to viral genomes, plasmids and genetic islands like CRISPR, with the sub-name of metagenomic units (MGU). This methodology was then used to facilitate the association analysis of the intestinal flora composition with human diseases such as Crohn’s disease, obesity or type 2 diabetes. Within, the alimentary flora, our methods have also been used to constitute a 134 genomic catalog of cheese bacteria and characterize them from the surface of traditional cheeses. This allowed the detection of new alimentary bacteria, that will enriched the list of bacteria with potential interest for the commercial exploitation of fermented products