Les infections causées par des bactéries pathogènes résistantes aux antibiotiques constituent, à l’échelle de la planète, une menace croissante pour les santés humaine, animale et environnementale. La Résistance aux Anti-Microbiens (RAM) se manifeste par l’échec du traitement d’une infection par un micro-organisme (bactérie, virus, champignon ou parasite). Elle peut aboutir à une impasse thérapeutique et entraîner une surmortalité.
La RAM est favorisée par une utilisation généralisée et incontrôlée des antibiotiques. Elle émerge de modifications dans le génome des bactéries par des mutations ou par l’échange, entre bactéries, degènes de résistance aux antibiotiques. La propagation de la RAM est particulièrement rapide chez les bactéries qui possèdent deux types d’ADN : le chromosome principal et des molécules d’ADN mobiles plus petits (les éléments génétiques mobiles). Quand une population bactérienne devient résistante à un antibiotique et que le gène responsable se trouve sur un élément génétique mobile, ce gène peut passer d’une bactérie à une autre, d’une espèce identique ou différente. Les bactéries multirésistantes aux antibiotiques se trouvent partout : chez l’Homme, l’animal, dans la nourriture, associées aux plantes et aux environnements (eau, sol et air). Leur propagation n’a presque pas de frontière !
L’approche multidisciplinaire « One Health » prend en compte ces trois secteurs, humain, animal et environnemental. Elle est nécessaire pour obtenir une vue d’ensemble en temps réel l’apparition, l’évolution et la dissémination des bactéries (multi)résistantes parmi les populations humaines et les écosystèmes.
La bioinformatique en renfort de la recherche et la surveillance en antibiorésistance
Le génome d’une bactérie constitue une source d’information extrêmement riche pour identifier les mécanismes de résistance aux antibiotiques et pour reconstituer l’histoire évolutive et sa dissémination. En moyenne, les génomes bactériens sont constitués de 3000 gènes correspondant à 3 millions de caractères que sont les bases de l’ADN). La bioinformatique est l’application de l’informatique en sciences du vivant pour extraire de l’information pertinente des données biologiques. C’est un outil essentiel pour analyser rapidement des masses de données que représentent les séquences génomiques de milliers de souches bactériennes, mais aussi pour interroger et visualiser les données sur les séquences nucléiques, les bactéries (i.e., lieu et la date d’isolement) et les résultats des analyses. L’informatique est également nécessaire pour stocker, organiser les données dans des structures de bases de données, et enfin pour partager ces données.
La bioinformatique des agents pathogènes (virus, bactéries, champignons et parasites) combine différents domaines de la bioinformatique pour comprendre les mécanismes génétiques et moléculaires des agents pathogènes et de la résistance aux antimicrobiens,, dans le but d’améliorer le diagnostic, le traitement, la prévention et la surveillance des épidémies.
La bioinformatique des agents pathogènes joue donc un rôle crucial dans la recherche moderne sur les maladies infectieuses, en fournissant des informations essentielles à l’élaboration de mesures préventives et d’urgence par les autorités publiques.
ABRomics : une réponse aux besoins de gestion, de traitement et de partage des données en antibiorésistance
Afin d’accompagner la recherche dans le domaine de l’antibiorésistance, le programme prioritaire de recherche financé depuis 2022 le projet structurant ABRomics. Cette plateforme numérique nationale permet l’hébergement, la gestion, le traitement et le partage des données génomiques et métagénomiques pour la surveillance et la recherche sur la résistance aux antibiotiques, dans une approche One-Health.
ABRomics réunit un consortium multidisciplinaire de 43 équipes appartenant aux principaux organismes de recherche français. Ces équipes couvrent la diversité de la recherche sur l’antibiorésistance dans les domaines cliniques et fondamentaux des secteurs humain, animal et environnemental ainsi qu’un ensemble d’expertises en bioinformatique, informatique, base de données, architecture informatique et modélisation mathématique. Le projet ABRomics est coordonné par l’Institut Français de Bioinformatique et l’Institut Pasteur.
Les grands objectifs du projet ABRomics sont :
- Établir un référentiel de données microbiologiques centralisé multi-omiques, structurées, interopérables, standardisées d’origines humaine, animale et environnementale en
- couvrant un large éventail de types d’échantillons prélevés sur des patients, dans les aliments, chez les animaux et dans l’environnement.
- développant et enrichissant une base de données des gènes de résistance
- appliquant des principes FAIR (Findable, Accessible, Interoperable, Reusable) pour faciliter le partage des données dans le cadre de la surveillance et la recherche sur la résistance aux antibiotiques
- Offrir en libre accès un ensemble de pipelines de traitement des données génomiques et métagénomiques associé à un contrôle qualité et des méthodes standards et spécialisées d’analyse (méta)génomique qui favorisent une analyse reproductible des données selon les principes de la science ouverte.
Le projet ABRomics vise donc à mettre en place une infrastructure de stockage et de partage de données sur les bactéries pathogènes et la résistance aux antibiotiques afin d’optimiser la surveillance et la recherche au niveau national en priorité, puis international.
Les services offerts aujourd’hui par la plateforme ABRomics dans sa version génomique
La plateforme ABRomics est accessible aux utilisateurs disposant d’un compte personnel qui leur permet de charger leurs données et de les analyser. La création d’un compte ABRomics est simple et rapide. Elle est ouverte à toute personne qui dispose d’une adresse email institutionnelle en France, éventuellement autre dans le cadre d’une collaboration avec une acceptation par le comité de pilotage d’ABRomics.
La plateforme offre des interfaces conviviales permettant de :
- créer et gérer des projets (collaboratifs) : l’utilisateur défini le niveau de confidentialité de son projet et invite ses collaborateurs avec différents droits d’accès
- charger les fichiers de séquence et les métadonnées à partir d’un fichier excel (référentiel de métadonnées) pré rempli pour les souches à analyser, ou de l’interface Web dédiée qui guide l’utilisateur sur les valeurs attendues en utilisant un vocabulaire contrôlé
- suivre les étapes des analyses génomiques qui sont exécutées automatiquement une fois les données chargées dans ABRomics:
- contrôle qualité des données et assemblage des courtes lectures d’ADN issues du séquençage des génomes en plus longs fragments dans le cas de chargement de fichiers au format fastQ; ou contrôle qualité d’un assemblage dans le cas de chargement de fichiers au format fastA.
- identification des espèces et typage bactérien avec les méthodes (core genome) Multi Locus Sequence Typing (MLST et cgMLST)
- caractérisation de gènes de plasmides et prédiction d’Eléments Génétiques Mobiles (MGE)
- prédiction de gènes de résistance aux antibiotique et de gènes de virulence
- consulter le rapport d’analyse complet et télécharger les résultats (format excel ou format pdf)
- explorer les données (métadonnées, résultats d’analyse) à l’aide de filtres qui sont combinés de façon conviviale. Les requêtes peuvent être réalisées au sein d’un projet, ou entre projets des utilisateurs ABRomics, avec des données accessibles différentes selon le statut privé ou public des échantillons.
- visualiser graphiquement et de façon interactive certains résultats: cartes géographiques représentant la distribution spatiale de gènes de résistance, regroupement des souches étudiées en fonction de la distance de leurs profils cgMLST en nombre de gènes différents, etc.
- créer des alertes qui permettent de recevoir une notification lorsque de nouvelles données intégrées à la base communautaire répondent à certains critères de recherche définis par l’utilisateur.
Un principe fondamental de la plateforme d’ABRomics est de rendre accessible des données qui permettent de faire des liens entre souches et susciter des interactions entre partenaires dans le contexte One Health.
En conclusion: pourquoi adopter la plateforme ABRomics ?
A l’échelle d’un laboratoire, ABRomics fournit un soutien en bioinformatique pour l’automatisation des analyses de séquences avec des pipelines standardisés et mis à jour régulièrement, qui utilisent des bases de données de référence sur la résistance aux antibiotiques, elles aussi mises à jour. La plateforme permet à un utilisateur de gérer et d’interroger l’ensemble des données génomiques, et bientôt métagénomiques, de son laboratoire, qui sont organisées dans une base de données. Il peut ainsi retrouver une souche plus ancienne appartenant au même clone qu’une souche récente à l’aide des analyses cgMLST. L’ensemble de ces analyses peuvent être réalisées sans aucune connaissance en bioinformatique.
ABRomics permet de réaliser des projets sous forme de consortium grâce à l’organisation en projet avec différents niveaux de droits d’accès. Le partage de certaines données pour l’ensemble des génomes bactériens d’ABRomics facilite les collaborations et contribue à abaisser les frontières entre les secteurs environnemental, animal et humain, entre recherche académique et clinique, et avec les réseaux de surveillance, notamment les centres nationaux de référence.
A l’échelle nationale, ABRomics vise à constituer, en temps réel, des archives génomiques et métagénomiques sur la résistance aux antibiotiques et à contribuer à la veille sanitaire dans ce domaine. La « FAIRification » et l’intégration des données permettent de réaliser des analyses reproductibles, d’optimiser la réutilisation des données tout en protégeant les fournisseurs de données et la vie privée, et de faciliter la communication d’informations aux autorités publiques et aux citoyens.
Enfin, les bactéries ne connaissent pas de frontière, et le projet ABRomics vise des interactions internationales avec des structures équivalentes d’autres pays ou à l’échelle européenne.
Courte vidéo de présentation de la plateforme ABRomics
Auteur·trice·s
Claudine Médigue
Coordinatrice du projet ABRomics
CNRS UAR3601 Institut Français de Bioinformatique & UMR8030 Genoscope/LABGeM, Evry, France
Philippe Glaser
Coordinateur du projet ABRomics
Institut Pasteur Ecologie et Evolution de la Résistance aux Antibiotiques, Paris, France
