Estimation de paramètres génétiques du microbiote avec des modèles Poisson-Log Normaux

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Présentation INRAE

L’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) est un établissement public de recherche rassemblant une communauté de travail de 12 000 personnes, avec 272 unités de recherche, de service et expérimentales, implantées dans 18 centres sur toute la France. INRAE se positionne parmi les tout premiers leaders mondiaux en sciences agricoles et alimentaires, en sciences du végétal et de l’animal. Ses recherches visent à construire des solutions pour des agricultures multi-performantes, une alimentation de qualité et une gestion durable des ressources et des écosystèmes.

Environnement de travail, missions et activités

Depuis quelques années, il est reconnu que les bactéries commensales des individus ont un rôle important dans le déterminisme de leurs caractères. C'est en particulier le cas des bactéries du système digestif qui constituent le microbiote intestinal. Cependant, la composition de ce microbiote est elle-même influencée par les effets génétiques propres de l'individu. Du fait de ces interactions, le microbiote intestinal est un écosystème dynamique dont la composition peut co-évoluer avec son hôte.

L'objectif général de nos recherches est d'étudier cet ecosystème, et plus spécifiquement le rôle que joue la génétique de l'hôte dans sa composition. Pour cela, nous avons fait évoluer pendant 5 générations deux populations expérimentales (lignées) de porc contrastées pour les compositions de leur microbiote intestinal (entérotypes). Deux entérotypes présentent des fréquences divergentes entre lignées. L'un est caractérisé par une surabondance des genres Prevotella et Mitsuokella (entérotype PM, lignée HPM pour High PM) et l'autre par une surabondance des genres Ruminococcus et Treponema (entérotype RT, lignée HRT pour High, RT).  

L’un des attendus de cette expérience de sélection était d’apporter une démonstration expérimentale de la transmission des entérotypes de parents à descendants et d’estimer l'importance des facteurs génétiques dans la composition du microbiote. Au fil des générations de sélection, nous avons observé une augmentation de la proportion des animaux porteurs de l’entérotype PM dans la lignée HPM et de l’entérotype RT dans la lignée HRT à 60 jours. Nous avons pu montrer que l’entérotype PM est associé à une meilleure croissance jusqu’à 70 jours d’âge alors que l’entérotype RT est plus diversifié que l’entérotype PM, ce qui suggère une meilleure résilience. Nos résultats révèlent ainsi un possible fragilité des animaux porteurs de l’entérotype PM même s’ils ont de meilleures performances de croissance.

Objectifs

Jusqu'à présent, les données de microbiote acquises dans cette expérience ont été analysées avec des procédures de normalisations et des modèles statistiques simples. Par exemple, ces approches ne prenaient pas en compte la nature discrète (comptage) des données issues du séquençage du microbiote. L'objectif du stage est d'appliquer de nouveaux modèles statistiques développés récemment [1] pour mieux prendre en compte le type de données et estimer l'influence des facteurs génétiques sur la composition du microbiote.

L'objectif du stage est d'évaluer l'utilité des modèles PLN pour répondre à différentes questions:

1. Quelle part de la variabilité intra-individuelle des microbiotes peut être attribuée à des facteurs génétiques ?
2. Comment classifier les différents individus sur la base des ressemblances entre microbiotes (i.e. définir des "entérotypes" avec les PLN) ?
3. Comment classifier les différentes espèces bactériennes à partir de leur abondance dans les microbiotes ?
4. Quelles sont les espèces bactériennes qui permettent de classifier les individus par lignées et par génération ?

Références

[1] Chiquet et al. The Poisson-Lognormal Model as a Versatile Framework for the Joint Analysis of Species Abundances. (2021) Front. Eco. Evo. https://doi.org/10.3389/fevo.2021.588292

Vous serez accueilli(e) au sein de l’équipe Chamade de l’unité GenPhySE d’INRAE de Toulouse et vous travaillerez en collaboration avec l’équipe Sesame.

Lors du stage, les activités à mener seront :

• Analyser les données de microbiote à l'aide des différentes fonctions du package R (ou python) PLN
• Estimer les héritabilités des microbiotes
• Classifier les individus d'une part, et les espèces bactériennes d'autre part sur la base des données microbiote
• Produire un rapport d'analyse et une chaine de traitement pour faciliter l'application des méthodes mises en œuvre sur de nouveaux jeux de données

Ces activités permettront au stagiaire d'apprendre à utiliser, comprendre et interpréter les résultats de modèles statistiques hiérarchiques. Ce type de modèles est très utilisé dans de nombreux contextes différents, à la fois en recherche et en industrie. Par ailleurs, le stagiaire sera formé à utiliser des outils de suivi (git) et de documentation (markdown, quarto) des analyses, assurant leur reproductibilité et la robustesse des résultats obtenus.

Formations et compétences recherchées

Connaissances souhaitées : Inférence statistique, maîtrise du logiciel R et/ou python

Votre qualité de vie à INRAE

En rejoignant INRAE, vous bénéficiez (selon le type de contrat et sa durée) :

-  jusqu'à 30 jours de congés + 15 RTT par an (pour un temps plein)
- d'un soutien à la parentalité : CESU garde d'enfants, prestations pour les loisirs ;
- de dispositifs de développement des compétences : formation, conseil en orientation professionnelle ;
- d'un accompagnement social : conseil et écoute, aides et prêts sociaux ;
- de prestations vacances et loisirs : chèque-vacances, hébergements à tarif préférentiel ;
- d'activités sportives et culturelles ;
- d'une restauration collective.

Modalités pour postuler

J'envoie mon CV et ma lettre de motivation