Utilisation et besoins en phylogénie en microbiologie clinique
description
Transcript of Utilisation et besoins en phylogénie en microbiologie clinique
Utilisation et besoins en phylogénie Utilisation et besoins en phylogénie en microbiologie clinique en microbiologie clinique
Pierre-Edouard FournierPierre-Edouard FournierUnité des RickettsiesUnité des Rickettsies
CNRS UMR6020CNRS UMR6020Faculté de Médecine - MarseilleFaculté de Médecine - Marseille
Phylogénie en microbiologie cliniquePhylogénie en microbiologie cliniquepourquoi?pourquoi?
• Nécessaire pour la taxonomie et l’identificationNécessaire pour la taxonomie et l’identification
• Mise au point de méthodes de détectionMise au point de méthodes de détection
• Genomique: origine des genes (LGT)Genomique: origine des genes (LGT)
• Traitement: prédiction de la sensibilité aux anti-Traitement: prédiction de la sensibilité aux anti--microbiens-microbiens
Phylogénie phénotypiquePhylogénie phénotypique
Limites = peu discriminant, convergencesLimites = peu discriminant, convergences
• Zuckerland and Pauling. Molecules as documents of Zuckerland and Pauling. Molecules as documents of evolutionary history. J Theor Biol. 1965;8:357-66.evolutionary history. J Theor Biol. 1965;8:357-66.
• Fox Fox et al. et al. The phylogeny of prokaryotes. Science. The phylogeny of prokaryotes. Science. 1980;209:457-63.1980;209:457-63.
Renouveau de la phylogénie des Renouveau de la phylogénie des BacteriaBacteria
Découverte des Découverte des ArchaeArchae
Plus discriminantPlus discriminant
Plus fiablePlus fiable
Phylogénie moléculairePhylogénie moléculaire
Familles
Rickettsiaceae
Bartonellaceae
Anaplasmataceae
Tribus
Rickettsieae
Ehrlichieae
Wolbachieae
Genres
Rickettsia
Rochalimaea
Coxiella
Ehrlichia
Cowdria
Neorickettsia
Wolbachia
Bartonella
Anaplasma
Haemobartonella sp.
Eperythrozoon sp.
Espèces
tsutsugamushi
prowazekii
rickettsii
quintana
burnetii
sennetsu
canis
phagocytophila
ruminantium
helminthoeca
pipientis
persica
bacilliformis
marginale
Protéobactéries
Orientia tsutsugamushi
Rickettsia prowazekii
Rickettsia rickettsii
Ehrlichia sennetsu
Neorickettsia helminthoeca
Wolbachia pipientis
Anaplasma phagocytophilum
Anaplasma marginale
Ehrlichia chaffeensis
Ehrlichia canis
Cowdria ruminantium
Bartonella quintana
Bartonella bacilliformis
Brucella melitensis
Coxiella burnetii
Wolbachia persica
Legionella pneumophila
Bacilles à gram positif à G+C% faible
1
2
• ARNr 16SARNr 16S
• gltAgltA, , rpoB, …rpoB, …
• Core genesCore genes
Cibles moléculairesCibles moléculaires
Les outilsLes outils
• AlignementAlignement ClustalW, T-CoffeeClustalW, T-Coffee
• Distance matrixDistance matrix DNADIST, PROTDISTDNADIST, PROTDIST
• NJ treeNJ tree NEIGHBOR, ClustalWNEIGHBOR, ClustalW
• MP treeMP tree DNAPARS, PROTPARSDNAPARS, PROTPARS
• ML treeML tree DNAML, PROTML, DNAML, PROTML, fastDNAmlfastDNAml
• BootstrapingBootstraping SEQBOOT, CONSENSESEQBOOT, CONSENSE
• Software packages: MEGA, PHYLIP, PAUP...Software packages: MEGA, PHYLIP, PAUP...
Quand croire les arbres?Quand croire les arbres?
• > 2 méthodes congruentes: distance + MP + > 2 méthodes congruentes: distance + MP + MLML
• Valeurs de bootstrap élévéesValeurs de bootstrap élévées• Comparaison du ratio de noeuds validés par Comparaison du ratio de noeuds validés par
des bootstraps > 90%des bootstraps > 90%• Comparaison des phylogénies obtenues à Comparaison des phylogénies obtenues à
partir de plusieurs gènespartir de plusieurs gènes• Concaténation de gènesConcaténation de gènes
Utilisation en microbiologie cliniqueUtilisation en microbiologie clinique• Description de nouveaux taxons Description de nouveaux taxons
(organisation, distance phylogénique)(organisation, distance phylogénique)
• Nouvelles espèces, nouveaux genresNouvelles espèces, nouveaux genresR. conorii (AF123721)
R. rickettsii (X16353)
R. honei (AF123724)
R. africae (AF123706)
R. parkeri (AF123717)
R. sibirica (AF123722)
R. slovaca (AF123723)
R. japonica (AF123713)
R. aeschlimannii (AF123705)
R. massiliae (AF123714)
R. rhipicephali (AF123719)
R. montanensis (AF123716)
R. helvetica (AF123725)
Rickettsia sp. strain IO-1 (DQ110870)
R. felis (AF210695)
R. australis (AF123709)
R. akari (AF123707)
R. typhi (L04661)
R. prowazekii (AF123718)
79
79
60
87
8050
95
79
100
99
100
100
100
100
100
100
Rickettsia sp. strain AT-1 (DQ113910)
93
R. conorii (AF123721)
R. rickettsii (X16353)
R. honei (AF123724)
R. africae (AF123706)
R. parkeri (AF123717)
R. sibirica (AF123722)
R. slovaca (AF123723)
R. japonica (AF123713)
R. aeschlimannii (AF123705)
R. massiliae (AF123714)
R. rhipicephali (AF123719)
R. montanensis (AF123716)
R. helvetica (AF123725)
Rickettsia sp. strain IO-1 (DQ110870)
R. felis (AF210695)
R. australis (AF123709)
R. akari (AF123707)
R. typhi (L04661)
R. prowazekii (AF123718)
79
79
60
87
8050
95
79
100
99
100
100
100
100
100
100
Rickettsia sp. strain AT-1 (DQ113910)
93
Bactéries isolées et/ou caractérisées dans l’UMR6020 et maladies découvertes
ABC
AB
AB
Description de nouvelles bactériesDescription de nouvelles bactéries
Utilisation en microbiologie cliniqueUtilisation en microbiologie clinique• Mise au point de nouveaux outils Mise au point de nouveaux outils
diagnostiquesdiagnostiques• Amorces spécifiques de clusters de Amorces spécifiques de clusters de
bactériesbactéries R. conorii (AF123721)
R. rickettsii (X16353)
R. honei (AF123724)
R. africae (AF123706)
R. parkeri (AF123717)
R. sibirica (AF123722)
R. slovaca (AF123723)
R. japonica (AF123713)
R. aeschlimannii (AF123705)
R. massiliae (AF123714)
R. rhipicephali (AF123719)
R. montanensis (AF123716)
R. helvetica (AF123725)
Rickettsia sp. strain IO-1 (DQ110870)
R. felis (AF210695)
R. australis (AF123709)
R. akari (AF123707)
R. typhi (L04661)
R. prowazekii (AF123718)
79
79
60
87
8050
95
79
100
99
100
100
100
100
100
100
Rickettsia sp. strain AT-1 (DQ113910)
93
R. conorii (AF123721)
R. rickettsii (X16353)
R. honei (AF123724)
R. africae (AF123706)
R. parkeri (AF123717)
R. sibirica (AF123722)
R. slovaca (AF123723)
R. japonica (AF123713)
R. aeschlimannii (AF123705)
R. massiliae (AF123714)
R. rhipicephali (AF123719)
R. montanensis (AF123716)
R. helvetica (AF123725)
Rickettsia sp. strain IO-1 (DQ110870)
R. felis (AF210695)
R. australis (AF123709)
R. akari (AF123707)
R. typhi (L04661)
R. prowazekii (AF123718)
79
79
60
87
8050
95
79
100
99
100
100
100
100
100
100
Rickettsia sp. strain AT-1 (DQ113910)
93
Utilisation en microbiologie cliniqueUtilisation en microbiologie clinique• Genomique: origine des genesGenomique: origine des genes
3’ partialATPase
tniA Transpositionhelper
trkAputative
monooxygenase
trxBthioredoxinreductase
arsH arsB arsC arsR arsC
Arsenic resistance operon
uspA pbrR Heavymetaldetoxificationprotein
lspA Transposase strA
trbI sulI 5’-partialATPase
pbrR Heavymetaldetoxificationprotein
lspA Transposase
1_59
recG
1_718
1_467 1_465 1_376 1_377 1_386 1_442 1_434
1_837
Transposase Résolvase IS15 IS26 aphA1IS15InsB (Tn1)
1_287 1_562 1_555 1_314 1_318 1_528 1_319 1_522
aac3 aadDA1intIintégrase
qacE1tnpM
1_516 1_513 1_339 1_348 1_352
orfX
1_343
orfX’
1_344
Résolvase
1_36
5
1_366
1_16 1_17 1_821 1_819 1_817 1_816 1_814 1_813 1_812 1_811 1_808 1_43 1_44 1_52
strB
1_62
intIintegrase
dfrI sulI cmlA tetR tetA lysR Transposase-like protein
GroEL-integrasefusion protein
qacE1
1_779 1_73 1_78 1_81 1_88 1_748 1_103 1_107 1_732 1_724
Transposase
1-710
aac6’
1_126
Pseudomonassp.
Salmonella sp.
E. coli
Other bacteria
Best Blast match
merE merC merP merT merR
Mercury
pecM cat InsA (Tn1)merD merA tetR tetA TnpATnpA
1_213
urf2y
1_6121_6151_6211_6221_6241_627 1_2441_609
ybjA
1_598 1_258 1_588 1_275 1_277 1_569 1_285
IS1999 blaVEB-1 aadB arr-2 cmlA5 blaOXA-10 aadA1 TransposaseORF513
orf5qacE1 sulI dfrX sulIqacE1
1_2071_2031_1991_1961_1941_1871_1831_1791_1761_1661_1651_1631_699 1_173
IS6100
1_633
1_780
tnpM
intIintegrase
1-703
IS26
1_326
sulI
1_356
orf5
1_360
orfX
1_341
ISPpu12 – like transposon
ISPpu12-like transposon
Tn21 - like transposon truncatedTn1721 - like transposon
truncatedTn5393 -liketransposon
IS1 - like transposon
’ partialATPase
Transpositionhelper
trkAputative
monooxygenase
trxBthioredoxinreductase
arsH arsB arsC arsR arsC uspA pbrR Heavymetaldetoxificationprotein
lspA Transposase strA
trbI sulI ’-partialATPase
pbrR Heavymetaldetoxificationprotein
lspA Transposase
1_59
recG
1_718
1_467 1_465 1_376 1_377 1_386 1_442 1_434
1_837
Transposase Résolvase aphA1IS15InsB
1_287 1_562
IS26
1_5551_555 1_314 1_318 1_528 1_319 1_522
aac3 aadDA1intIintégrase
qacE1
1_516 1_513 1_339 1_348 1_352
orfX
1_343
orfX’
1_344
Résolvase
1_36
5
1_366
1_16 1_17 1_821 1_819 1_817 1_816 1_814 1_813 1_812 1_811 1_808 1_43 1_44 1_52
strB
1_621_62
intIintegrase
sulI cmlA tetR tetA lysR Transposase-like protein
qacE1
1_779 1_73 1_78 1_81 1_88 1_748 1_103 1_107 1_732 1_724
Transposase
1-710
Transposase
1-710
aac6’
1_126
Pseudomonassp.
Salmonella sp.
E. coli
Other bacteria
Best Blast match
Pseudomonas sp.
Salmonella sp.
E. coli
Other bacteria
Best Blast match with
merE merC merP merT merR
Mercury resistance operon
pecM cat InsAmerD merA tetR tetA TnpATnpA
1_213
urf2y
1_6121_6151_6211_6221_6241_627 1_2441_609
ybjA
1_598 1_258 1_588 1_275 1_277 1_569 1_285
IS1999 blaVEB-1 aadB arr-2 cmlA5 blaOXA-10 aadA1 TransposaseORF513
orf5qacE1 sulI sulIqacE1
1_2071_2031_1991_1961_1941_1871_1831_1791_1761_1661_1651_1631_699 1_173 1_6331_633
1_780
tnpM
intIintegrase
1-703
1_326
sulI
1_356
orf5
1_360
orfX
1_341
-like transposon
truncated
truncatedtransposon
3’ partialATPase
tniA Transpositionhelper
trkAputative
monooxygenase
trxBthioredoxinreductase
arsH arsB arsC arsR arsC
Arsenic resistance operon
uspA pbrR Heavymetaldetoxificationprotein
lspA Transposase strA
trbI sulI 5’-partialATPase
pbrR Heavymetaldetoxificationprotein
lspA Transposase
1_59
recG
1_718
1_467 1_465 1_376 1_377 1_386 1_442 1_434
1_837
Transposase Résolvase IS15 IS26 aphA1IS15InsB (Tn1)
1_287 1_562 1_555 1_314 1_318 1_528 1_319 1_522
aac3 aadDA1intIintégrase
qacE1tnpM
1_516 1_513 1_339 1_348 1_352
orfX
1_343
orfX’
1_344
Résolvase
1_36
5
1_366
1_16 1_17 1_821 1_819 1_817 1_816 1_814 1_813 1_812 1_811 1_808 1_43 1_44 1_52
strB
1_62
intIintegrase
dfrI sulI cmlA tetR tetA lysR Transposase-like protein
GroEL-integrasefusion protein
qacE1
1_779 1_73 1_78 1_81 1_88 1_748 1_103 1_107 1_732 1_724
Transposase
1-710
aac6’
1_126
Pseudomonassp.
Salmonella sp.
E. coli
Other bacteria
Best Blast match
merE merC merP merT merR
Mercury
pecM cat InsA (Tn1)merD merA tetR tetA TnpATnpA
1_213
urf2y
1_6121_6151_6211_6221_6241_627 1_2441_609
ybjA
1_598 1_258 1_588 1_275 1_277 1_569 1_285
IS1999 blaVEB-1 aadB arr-2 cmlA5 blaOXA-10 aadA1 TransposaseORF513
orf5qacE1 sulI dfrX sulIqacE1
1_2071_2031_1991_1961_1941_1871_1831_1791_1761_1661_1651_1631_699 1_173
IS6100
1_633
1_780
tnpM
intIintegrase
1-703
IS26
1_326
sulI
1_356
orf5
1_360
orfX
1_341
ISPpu12 – like transposon
ISPpu12-like transposon
Tn21 - like transposon truncatedTn1721 - like transposon
truncatedTn5393 -liketransposon
IS1 - like transposon
’ partialATPase
Transpositionhelper
trkAputative
monooxygenase
trxBthioredoxinreductase
arsH arsB arsC arsR arsC uspA pbrR Heavymetaldetoxificationprotein
lspA Transposase strA
trbI sulI ’-partialATPase
pbrR Heavymetaldetoxificationprotein
lspA Transposase
1_59
recG
1_718
1_467 1_465 1_376 1_377 1_386 1_442 1_434
1_837
Transposase Résolvase aphA1IS15InsB
1_287 1_562
IS26
1_5551_555 1_314 1_318 1_528 1_319 1_522
aac3 aadDA1intIintégrase
qacE1
1_516 1_513 1_339 1_348 1_352
orfX
1_343
orfX’
1_344
Résolvase
1_36
5
1_366
1_16 1_17 1_821 1_819 1_817 1_816 1_814 1_813 1_812 1_811 1_808 1_43 1_44 1_52
strB
1_621_62
intIintegrase
sulI cmlA tetR tetA lysR Transposase-like protein
qacE1
1_779 1_73 1_78 1_81 1_88 1_748 1_103 1_107 1_732 1_724
Transposase
1-710
Transposase
1-710
aac6’
1_126
Pseudomonassp.
Salmonella sp.
E. coli
Other bacteria
Best Blast match
Pseudomonas sp.
Salmonella sp.
E. coli
Other bacteria
Best Blast match with
merE merC merP merT merR
Mercury resistance operon
pecM cat InsAmerD merA tetR tetA TnpATnpA
1_213
urf2y
1_6121_6151_6211_6221_6241_627 1_2441_609
ybjA
1_598 1_258 1_588 1_275 1_277 1_569 1_285
IS1999 blaVEB-1 aadB arr-2 cmlA5 blaOXA-10 aadA1 TransposaseORF513
orf5qacE1 sulI sulIqacE1
1_2071_2031_1991_1961_1941_1871_1831_1791_1761_1661_1651_1631_699 1_173 1_6331_633
1_780
tnpM
intIintegrase
1-703
1_326
sulI
1_356
orf5
1_360
orfX
1_341
-like transposon
truncated
truncatedtransposon
Utilisation en microbiologie cliniqueUtilisation en microbiologie clinique• Prédiction de la sensibilité aux Prédiction de la sensibilité aux
antibiotiquesantibiotiquesR. conorii (AF123721)
R. rickettsii (X16353)
R. honei (AF123724)
R. africae (AF123706)
R. parkeri (AF123717)
R. sibirica (AF123722)
R. slovaca (AF123723)
R. japonica (AF123713)
R. aeschlimannii (AF123705)
R. massiliae (AF123714)
R. rhipicephali (AF123719)
R. montanensis (AF123716)
R. helvetica (AF123725)
Rickettsia sp. strain IO-1 (DQ110870)
R. felis (AF210695)
R. australis (AF123709)
R. akari (AF123707)
R. typhi (L04661)
R. prowazekii (AF123718)
79
79
60
87
8050
95
79
100
99
100
100
100
100
100
100
Rickettsia sp. strain AT-1 (DQ113910)
93
R. conorii (AF123721)
R. rickettsii (X16353)
R. honei (AF123724)
R. africae (AF123706)
R. parkeri (AF123717)
R. sibirica (AF123722)
R. slovaca (AF123723)
R. japonica (AF123713)
R. aeschlimannii (AF123705)
R. massiliae (AF123714)
R. rhipicephali (AF123719)
R. montanensis (AF123716)
R. helvetica (AF123725)
Rickettsia sp. strain IO-1 (DQ110870)
R. felis (AF210695)
R. australis (AF123709)
R. akari (AF123707)
R. typhi (L04661)
R. prowazekii (AF123718)
79
79
60
87
8050
95
79
100
99
100
100
100
100
100
100
Rickettsia sp. strain AT-1 (DQ113910)
93
Sensibilité Sensibilité aux macrolidesaux macrolides
Résistance Résistance À la rifampicineÀ la rifampicine
Limites - ProblèmesLimites - Problèmes
• Pas d`outil integrePas d`outil integre• Difficultés d’alignement, surtout en cas de Difficultés d’alignement, surtout en cas de
séquences répétées => vérification manuelleséquences répétées => vérification manuelle• Difficulté de réaliser des analyses phylogéniques Difficulté de réaliser des analyses phylogéniques
sur de grands nombres de séquences et/ou des sur de grands nombres de séquences et/ou des séquences de grande taille, surtout si séquences de grande taille, surtout si bootstrapingbootstraping
Besoins en phylogénieBesoins en phylogénie
• Ideal = outil omnipotentIdeal = outil omnipotent
• Alignement fiable => analyses multiples Alignement fiable => analyses multiples => arbre=> arbre
Besoins en phylogénieBesoins en phylogénie
• Outils d’alignement performantsOutils d’alignement performants
• Serveurs pouvant analyser rapidement Serveurs pouvant analyser rapidement des nombres élévés de séquences (> 100) des nombres élévés de séquences (> 100) de grande taille (> 4000 bp), notamment de grande taille (> 4000 bp), notamment en MLen ML
• Outils permettant d’identifier dans un Outils permettant d’identifier dans un alignement à partir d’un arbre des alignement à partir d’un arbre des séquences spécifiques d’un taxon ou d’un séquences spécifiques d’un taxon ou d’un cluster cluster
A
B
C
D
E
F
G
H
I
Besoins en phylogénieBesoins en phylogénie
Shigella
Escherichia
Salmonella
Klebsiella
Serratia
Yersinia
Vibrio
Haemophilus
Acinetobacter
Pseudomonas
Legionella
Stenotrophomonas
Minibacterium
Neisseria
Bordetella
Burkholderia
Ralstonia
Rickettsia
Ehrlichia
Brucella
Sphingomonas
Desulfovibrio
Campylobacter
Helicobacter
Wolinella
Chlorobium
Pelobacter
Chlamydia
Parachlamydia
Leptospira
Borrelia
Treponema
Anabaena
Prochlorococcus
Deferribacterales
Fibrobacter
Dehalococcoides
Bacteroides
Porphyromonas
Fusobacterium
Mycoplasma
Streptococcus
Enterococcus
Lactobacillus
Listeria
Bacillus
Staphylococcus
Tropheryma
Propionibacterium
Corynebacterium
Nocardia
Mycobacterium
Nitrospira
Acidobacter
Verrucomicrobium
Rhodopirulella
Dictyoglomus
Thermus
Aquifex
Thermotoga
100
100
100
100
90
99
88
75
100
99
87
99
81
58
100
100
100
84
100
87
100
91
94
42
100
51
100
100
63
94
86
54
64
87
71
99
99
100
63
63
29
82
18
43
66
39
22
39
9
21
26
22
7
13
9
4
16
0.05
Thermotoga
Aquificae
Deinococcus-Thermus
Dictyoglomi
Planctomycetes
Verrucomicrobia
Acidobacteria
Nitrospirae
Actinobacteria
Firmicutes
Fusobacteria
Bacteroidetes
Chloroflexi
Fibrobacteres
Deferribacteres
Cyanobacteria
Spirochaetes
Chlamydiae
Proteobacteria
Chlorobi
Proteobacteria
Proteobacteria
Proteobacteria
Proteobacteria
Proteobacteria
Number of genomes
60
18
30
5
6
1
10
6
11
0
0
2
4
1
67
19
0
0
0
1
0
2
1
1
Number of species
44
16
25
5
4
1
6
5
8
0
0
2
3
1
45
16
0
0
0
1
0
1
1
1
Shigella
Escherichia
Salmonella
Klebsiella
Serratia
Yersinia
Vibrio
Haemophilus
Acinetobacter
Pseudomonas
Legionella
Stenotrophomonas
Minibacterium
Neisseria
Bordetella
Burkholderia
Ralstonia
Rickettsia
Ehrlichia
Brucella
Sphingomonas
Desulfovibrio
Campylobacter
Helicobacter
Wolinella
Chlorobium
Pelobacter
Chlamydia
Parachlamydia
Leptospira
Borrelia
Treponema
Anabaena
Prochlorococcus
Deferribacterales
Fibrobacter
Dehalococcoides
Bacteroides
Porphyromonas
Fusobacterium
Mycoplasma
Streptococcus
Enterococcus
Lactobacillus
Listeria
Bacillus
Staphylococcus
Tropheryma
Propionibacterium
Corynebacterium
Nocardia
Mycobacterium
Nitrospira
Acidobacter
Verrucomicrobium
Rhodopirulella
Dictyoglomus
Thermus
Aquifex
Thermotoga
100
100
100
100
90
99
88
75
100
99
87
99
81
58
100
100
100
84
100
87
100
91
94
42
100
51
100
100
63
94
86
54
64
87
71
99
99
100
63
63
29
82
18
43
66
39
22
39
9
21
26
22
7
13
9
4
16
0.05
Thermotoga
Aquificae
Deinococcus-Thermus
Dictyoglomi
Planctomycetes
Verrucomicrobia
Acidobacteria
Nitrospirae
Actinobacteria
Firmicutes
Fusobacteria
Bacteroidetes
Chloroflexi
Fibrobacteres
Deferribacteres
Cyanobacteria
Spirochaetes
Chlamydiae
Proteobacteria
Chlorobi
Proteobacteria
Proteobacteria
Proteobacteria
Proteobacteria
Proteobacteria
Number of genomes
60
18
30
5
6
1
10
6
11
0
0
2
4
1
67
19
0
0
0
1
0
2
1
1
Number of genomes
60
18
30
5
6
1
10
6
11
0
0
2
4
1
67
19
0
0
0
1
0
2
1
1
Number of species
44
16
25
5
4
1
6
5
8
0
0
2
3
1
45
16
0
0
0
1
0
1
1
1
Number of species
44
16
25
5
4
1
6
5
8
0
0
2
3
1
45
16
0
0
0
1
0
1
1
1
Et la Et la phylogénomique ?phylogénomique ?