Deciphering in vivo efficacy of virulent phages in the mammalian gut
Institution:
Sorbonne universitéDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The mammalian gut is a heterogeneous environment inhabited by a large and diverse microbial community, including bacteria and their viral predators, bacteriophages (phages). Dynamic interactions between virulent phages and bacteria in the gut are still poorly understood, which is also an obstacle for the design of successful therapeutic interventions based on phages. Independent experiments have shown that virulent phages were found to have no major effects on their targeted bacteria in the gut, in spite of sustainable phage amplification. This suggests that there are unknown factors in the gut environment that modulate these interactions. Using comparative transcriptomics analysis of E. coli grown in vitro and in vivo (within the mammalian gut) we found that in the gut, bacteria downregulate the expression of genes related to phage receptors, which provides an explanation for the lack of selection of phage-resistant bacteria during in vivo experiments. We also found that the acquisition of a pathogenicity island commonly found in human E. coli isolates affects phage susceptibility possibility by downregulating a defense mechanism against invading DNA. Finally, we examined the repartition of phages and bacteria through mucosal and luminal gut sections and observed a heterogeneous spatial distribution of these two antagonist populations, supporting the hypothesis of source-sink dynamics. Altogether our data demonstrates that multiple factors encompassing, spatial distribution, bacterial physiology and defenses against foreign DNA modulate the interactions between bacteria and phages within the gut.
Abstract FR:
L'intestin des mammifères est peuplé de nombreux et divers microbes comprenant des bactéries et leurs prédateurs viraux, des bactériophages (phages). Les interactions entre les phages et les bactéries intestinales sont encore mal comprises. Des expériences indépendantes ont montré que les phages virulents n’avaient aucun effet majeur sur l’abondance des bactéries intestinales ciblées, en dépit de leur amplification durable. Cela suggère que des facteurs encore inconnus de l'environnement intestinal modulent ces interactions. À l’aide d’une analyse transcriptomique comparative de la bactérie Escherichia coli cultivée in vitro et in vivo (dans l’intestin de mammifères), nous avons constaté que, dans l’intestin, les bactéries réduisent l’expression de gènes liés aux récepteurs du phage. Ceci permet d’expliquer l’absence de sélection des bactéries mutées devenues résistantes aux phages lors d'expériences in vivo. D’autre part, nous avons montré que l'acquisition d'un îlot de pathogénicité, souvent associé aux souches intestinales humaines d'E. coli, affecte la susceptibilité aux phages en régulant négativement un mécanisme de défense contre l'ADN étranger. Enfin, nous avons examiné la répartition des phages et des bactéries dans les parties mucosales et luminales de l’intestin et avons observé une distribution spatiale hétérogène de ces deux populations antagonistes, corroborant l'hypothèse d'une dynamique « source-sink ». Globalement, nos données démontrent que de multiples facteurs incluant la distribution spatiale, la physiologie bactérienne et les défenses contre l’ADN étranger modulent les interactions entre bactéries et phages dans l’intestin des mammifères.