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Genomic analysis of smooth tubercle bacilli provides insights into ancestry and pathoadaptation of Mycobacterium tuberculosis

Authors :
Wafa Frigui
Fadel Sayes
Camille Locht
Gregory Salvignol
Varun Khanna
Eve Willery
Danielle Walker
Anne-Sophie Debrie
Philip Supply
Michael Marceau
Timothy P. Stinear
Alessandro Cascioferro
Roland Brosch
Sylvain Brisse
Michael A. Quail
Stephen D. Bentley
Michel Fabre
Sophie Mangenot
Laurence Fiette
Claudine Médigue
Stéphane Cruveiller
Carine Rouanet
Claude Leclerc
Alexandre Pawlik
Julien Tap
Torsten Seemann
Laleh Majlessi
Christiane Bouchier
Roxane Simeone
Laurence Ma
David Roche
Cecile Parmentier
Valérie Barbe
Mickael Orgeur
Julian Parkhill
Eva C. Boritsch
Alexis Criscuolo
Maria-Cristina Gutierrez
Centre d’Infection et d’Immunité de Lille - INSERM U 1019 - UMR 9017 - UMR 8204 (CIIL)
Institut Pasteur de Lille
Réseau International des Instituts Pasteur (RIIP)-Réseau International des Instituts Pasteur (RIIP)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Lille-Centre Hospitalier Régional Universitaire [Lille] (CHRU Lille)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Génomique métabolique (UMR 8030)
Genoscope - Centre national de séquençage [Evry] (GENOSCOPE)
Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université d'Évry-Val-d'Essonne (UEVE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Pathogénomique mycobactérienne intégrée
Institut Pasteur [Paris] (IP)
Régulation Immunitaire et Vaccinologie
Institut Pasteur [Paris] (IP)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)
Génotypage des Pathogènes et Santé Publique (Plate-forme) (PF8)
Histopathologie humaine et Modèles animaux
Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)
HIA Percy
Mécanismes moléculaires de la pathogénie microbienne
Réseau International des Instituts Pasteur (RIIP)-Réseau International des Instituts Pasteur (RIIP)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
The Wellcome Trust Sanger Institute [Cambridge]
Génomique (Plate-Forme) - Genomics Platform
Victorian Bioinformatics Consortium [Clayton]
Monash University [Clayton]
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Mécanismes moléculaires de la pathogenèse bactérienne
Département Infection et Epidémiologie - Department of Infection and Epidemiology
University of Melbourne
The work was supported in part by the Institut Pasteur (PTR 314 and PTR 383), European Community's Framework Programme 7 grant 260872, Wellcome Trust grant 098051 and Genoscope collaborative grant 114.
European Project: 260872,EC:FP7:HEALTH,FP7-HEALTH-2010-single-stage,MM4TB(2011)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre Hospitalier Régional Universitaire [Lille] (CHRU Lille)-Université de Lille-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut Pasteur de Lille
Réseau International des Instituts Pasteur (RIIP)-Réseau International des Instituts Pasteur (RIIP)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Évry-Val-d'Essonne (UEVE)
Institut Pasteur [Paris]
Institut Pasteur [Paris]-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)
Source :
Nature Genetics, Nature Genetics, 2013, 45 (2), pp.172-179. ⟨10.1038/ng.2517⟩, Nature Genetics, Nature Publishing Group, 2013, 45 (2), pp.172-179. ⟨10.1038/ng.2517⟩, Nature Genetics; Vol 45
Publication Year :
2013
Publisher :
Springer Science and Business Media LLC, 2013.

Abstract

International audience; Global spread and limited genetic variation are hallmarks of M. tuberculosis, the agent of human tuberculosis. In contrast, Mycobacterium canettii and related tubercle bacilli that also cause human tuberculosis and exhibit unusual smooth colony morphology are restricted to East Africa. Here, we sequenced and analyzed the whole genomes of five representative strains of smooth tubercle bacilli (STB) using Sanger (4-5× coverage), 454/Roche (13-18× coverage) and/or Illumina DNA sequencing (45-105× coverage). We show that STB isolates are highly recombinogenic and evolutionarily early branching, with larger genome sizes, higher rates of genetic variation, fewer molecular scars and distinct CRISPR-Cas systems relative to M. tuberculosis. Despite the differences, all tuberculosis-causing mycobacteria share a highly conserved core genome. Mouse infection experiments showed that STB strains are less persistent and virulent than M. tuberculosis. We conclude that M. tuberculosis emerged from an ancestral STB-like pool of mycobacteria by gain of persistence and virulence mechanisms, and we provide insights into the molecular events involved.

Details

ISSN :
15461718 and 10614036
Volume :
45
Database :
OpenAIRE
Journal :
Nature Genetics
Accession number :
edsair.doi.dedup.....ef649d98c04f218e7b079417be72f666
Full Text :
https://doi.org/10.1038/ng.2517