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| - Like all living things, bacteria need to reproduce to survive in the long term. Most bacteria do so by binary fission, including the model organism Escherichia coli. Underneath its conceptual simplicity, binary fission appears to be a complex molecular process. It involves multiple basic mechanisms, which are highly conserved among strains of the same species. The efficiency of this proliferation program, i.e. its rapidity and low failure rate, also relies on a strong spatio-temporal coordination of all the cell cycle events. This is particularly remarkable in the case of fast-growing bacteria that are able to manage several replication eyes simultaneously. Since the 1960's, bacterial physiology studies have been working to decipher this molecular network and to define general models describing cell cycle coordination. Recent advances in single-cell analysis techniques offer new perspectives. I am particularly interested in the phenotypic diversity found between strains belonging to the same species. During my thesis, I applied a comparative cell biology approach to test the existing correlations between phenotypic parameters related to the cell cycle. Using optical microscopy, cell density monitoring, droplet digital PCR and flow cytometry, I accurately characterized a series of phenotypes, namely morphology, proportions of segregating and dividing cells during exponential growth, population growth rate, duration of cell cycle periods, for eight different E. coli strains. My recent data suggest differences in the correlation between cell size and cell growth, implying differences in the volume at the initiation of DNA replication between strains of the same bacterial species. They also reveal a remarkable conservation of genetic replication and cell division durations between these strains. The segregation period of chromosomal replicates also appears to be relatively invariant for a given strain under different growth conditions, but its duration varies from strain to strain. Thus, a diversity in the control of the initiation time, but also in the duration of some cell cycle events can be identified between strains sharing more than 95% identity between the genes of their core genome. These observations could lead to the identification of new factors involved in the control of the bacterial cell cycle.
- Comme tous les êtres vivants, les bactéries ont besoin de se reproduire pour survivre à long terme. La plupart des bactéries le font par fission binaire, y compris l'organisme modèle Escherichia coli. Sous sa simplicité conceptuelle, la fission binaire apparaît comme un processus moléculaire complexe. Elle implique de multiples mécanismes de base, qui sont hautement conservés parmi les souches d'une même espèce. L'efficacité de ce programme de prolifération, c'est-à-dire sa rapidité et son faible taux d'échec, repose également sur une forte coordination spatio-temporelle de tous les évènements du cycle cellulaire. Cela est particulièrement remarquable dans le cas des bactéries à croissance rapide qui sont capables de gérer plusieurs yeux de réplication en simultané. Depuis les années 60, les études de physiologie bactérienne travaillent au décryptage de ce réseau moléculaire et la définition de modèles généraux décrivant la coordination du cycle cellulaire. Les progrès récents des techniques d'analyse unicellulaire offrent de nouvelles perspectives. Je suis particulièrement intéressée par la diversité phénotypique que l'on retrouve entre des souches appartenant à une même espèce. Au cours de ma thèse, j'ai appliqué une approche de biologie cellulaire comparative pour tester les corrélations existantes entre les paramètres phénotypiques liés au cycle cellulaire. Grâce à la microscopie optique, au suivi de la densité optique des cultures, à la PCR numérique en gouttelettes et à la cytométrie en flux, j'ai caractérisé précisément une série de phénotypes, à savoir la morphologie, les proportions de cellules en ségrégation et en division pendant la croissance exponentielle, le taux de croissance de la population, la durée des périodes du cycle cellulaire, et cela pour huit souches différentes d'E. coli. Mes données récentes suggèrent des différences de corrélation entre taille cellulaire et croissance cellulaire, impliquant des différences de volume à l'initiation de la réplication de l'ADN entre souches d'une même espèce bactérienne. Elles révèlent également une remarquable conservation des durées de réplication du matériel génétique et de division cellulaire entre ces souches. La période de ségrégation des réplicats chromosomiques semble également relativement invariable pour une souche donnée dans différentes conditions de croissance, mais sa durée varie de souche à souche. Ainsi, une diversité dans le contrôle du moment d'initiation, mais aussi dans la durée de certains évènements du cycle cellulaire peut être identifiée entre souches partageant plus de 95% d'identité entre les gènes de leur génome cœur. Ces observations pourraient permettre par la suite d'identifier de nouveaux facteurs impliqués dans le contrôle du cycle cellulaire bactérien.
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