Microbiologie, Immunologie, Cellule unique, Infection, Microscopie, Imagerie à haut contenu, Bioinformatique, Apprentissage automatique, Prédiction

Les maladies infectieuses constituent une menace majeure pour la santé humaine et les prévisions suggèrent qu'au cours des prochaines décennies, elles seront responsables d'un décès sur cinq dans le monde. Afin de trouver de nouvelles approches thérapeutiques pour lutter contre les infections, et plus particulièrement dans le contexte actuel d'émergence de résistances aux antibiotiques, il est crucial de comprendre comment les bactéries provoquent l'infection des cellules humaines. L'étude des interactions hôte-pathogène est d'une grande importance pour comprendre les processus d'infection, et le système immunitaire est un acteur clé de ces interactions. Certaines bactéries pathogènes ont développé un mode de vie intracellulaire et sont capables d'infecter les macrophages, les cellules immunitaires qui sont en première ligne dans la lutte contre les infections bactériennes. Nous avons observé que lors de l'infection, dans certains macrophages infectés, les bactéries intracellulaires ne se répliquent pas alors que dans d'autres, elles se répliquent. Cependant, les paramètres cellulaires déterminant le caractère permissif ou restrictif des macrophages humains à la réplication bactérienne restent largement inconnus. Il a été suggéré que certaines conditions métaboliques dans les macrophages pourraient être essentielles à l'infection intracellulaire. Comme les bactéries intracellulaires sont capables d'absorber les nutriments directement du cytoplasme des cellules infectées et que les macrophages doivent réguler leur métabolisme pour limiter la réplication bactérienne, ce bras de fer métabolique entre les agents pathogènes infectieux et leurs cellules hôtes pourrait déterminer l'issue finale de l'infection. processus. Cependant, à notre connaissance, ces observations n'ont jamais été suivies au niveau unicellulaire dans des expériences time-lapse. Ainsi, il est difficile de déterminer à partir de ces études si les macrophages présentant un certain phénotype métabolique ont alors permis ou restreint la réplication intracellulaire. Notre question de recherche est donc la suivante : existent-ils et quels sont les paramètres cellulaires qui déterminent la permissivité ou la restriction de la réplication bactérienne dans les macrophages humains ? Pour répondre à cette question, dans mon projet, j'ai développé un pipeline innovant allant du laboratoire humide aux analyses in silico, qui permet d'étudier ces paramètres. J'ai utilisé Legionella pneumophila comme modèle cliniquement pertinent de bactéries intracellulaires infectant les macrophages et provoquant des maladies humaines. J'ai surveillé au niveau unicellulaire dans les cellules vivantes, les paramètres cellulaires liés à la physiologie cellulaire, au métabolisme et à la morphologie lors de l'infection de macrophages primaires humains par des bactéries intracellulaires. J'ai automatiquement collecté et analysé des milliers d'images confocales en pour suivre l'infection des macrophages humains vivants au fil du temps. De cette manière, nous avons construit de grands ensembles de données enregistrant la dynamique de ces paramètres dans chaque cellule au cours de l'infection. Cela a permis de corréler les phénotypes cellulaires a priori avec le devenir cellulaire a posteriori (permissif/restrictif). Les données ont également été analysées à l'aide d'approches d'apprentissage automatique pour identifier les paramètres clés qui déterminent le sort des cellules au cours de l'infection. Nos résultats montrent que des altérations précoces des fonctions mitochondriales peuvent prédire le devenir d'une seule cellule lors d'une infection par des bactéries intracellulaires et apporter des informations sur la façon dont les macrophages humains et les bactéries pathogènes interagissent au cours de l'infection.