Le transfert horizontal de gènes (HGT) permet aux bactéries de s'adapter rapidement à de nouveaux niches écologiques et défis. Ce processus est principalement facilité par les éléments génétiques mobiles (MGE), tels que les bactériophages (phages), les plasmides et les éléments transposables, qui sont présents dans la plupart des génomes, souvent en multiples copies. Le potentiel de conflits découlant des interactions entre les MGE et les bactéries a conduit à l'évolution de mécanismes de défense sophistiqués visant à filtrer, apprivoiser ou inactiver ces éléments. Parmi les exemples bien étudiés d'immunité anti-MGE figurent les systèmes de restriction-modification (R-M), l'infection abortive et les systèmes CRISPR-Cas. Ensemble, ces systèmes ont révolutionné le domaine de l'ingénierie génomique en tant qu'outils de clivage, de stabilisation et d'édition précis, et ont poussé la quête de nouveaux mécanismes de défense ainsi que de stratégies de contre-défense contre les MGE, capables de limiter leur action.
La dernière décennie a vu l'identification et, dans certains cas, la caractérisation mécanistique d'un arsenal étendu de systèmes de défense anti-MGE jusqu'alors inconnus. Ces systèmes peuvent être déployés à différentes étapes du processus d'infection par les MGE, soit en dégradant les acides nucléiques envahissants, en inhibant leur réplication, ou en induisant la dormance ou la mort des cellules infectées pour stopper la propagation de l'élément mobile à travers la population microbienne. Avec le nombre croissant de familles de défensomes identifiées, une découverte parallèle a été celle des systèmes de contre-défense codés par les MGE. Ces contre-défensomes déploient de multiples mécanismes pour inactiver les systèmes immunitaires de l'hôte (au-delà des mutations génétiques des bactériophages), incluant la liaison directe aux protéines immunitaires, la modification post-traductionnelle des protéines immunitaires, la ciblage des messagers secondaires et la contreaction des systèmes de défense épuisant des métabolites.
Beaucoup des systèmes de défense et de contre-défense connus à ce jour ont été découverts grâce à l'exploration bioinformatique des bases de données génomiques de référence (par exemple, NCBI RefSeq). Cependant, celles-ci surreprésentent des organismes qui peuvent être cultivés en laboratoire, offrant ainsi une vue limitée de la fraction inconnue de la diversité microbienne environnementale qui reste non cultivée. Afin de caractériser cette diversité cachée, nous avons récemment effectué un criblage à grande échelle de génomes de populations bactériennes de haute qualité, reconstruits à partir de métagénomes environnementaux, mettant en évidence la diversité des défensomes et le potentiel de coopération fonctionnelle ainsi que la génération de nouvelles fonctions entre différents modules défensifs [1]. Les résultats de cette étude ont soulevé des questions supplémentaires relatives à la nature des conflits et alliances entre les familles de systèmes de défense, l'étendue des stratégies de contre-défense dans le phagome environnemental, ainsi que la perspective de prioriser les gènes de défense 'core' pour le développement d'antimicrobiens capables de cibler une espèce bactérienne entière. Nous proposons d'aborder ces questions dans la proposition actuelle comme suit:

1) Premièrement, l'analyse de la co-occurrence / co-localisation des systèmes de défense et de l'immunité synergique à travers les espèces bactériennes et les biomes ;
2) Deuxièmement, une cartographie à grande échelle du contre-défensome des phagomes à travers plusieurs environnements ;
3) Troisièmement, l'analyse du 'core'-défensome à travers les espèces bactériennes, avec une validation supplémentaire du concept selon lequel ces gènes (dont beaucoup sont maintenant connus pour être essentiels) peuvent être utilisés comme cibles pour le développement d'antimicrobiens visant à éliminer une espèce bactérienne entière.