The diversity of antiphage defense systems in prokaryotes

La course aux armements entre les phages et les bactéries a conduit au développement de divers mécanismes de défense pour les bactéries et de contre-mécanismes pour les phages. Avant 2015, seuls quelques systèmes de défense bien décrits ont été découverts. Cependant, ces dernières années, l'identification d'"îlots de défense" et l'amélioration des capacités de calcul ont facilité la découverte et la validation de plus d'une centaine de nouveaux systèmes de défense contre les phages.

Alors que le nombre de systèmes différents augmentait, l'arsenal de défense d'une seule bactérie était encore inconnu. Pour combler cette lacune, nous avons créé DefenseFinder, un outil qui détecte systématiquement les systèmes de défense. À l'aide de ce logiciel, nous avons analysé plus de 20 000 génomes complets afin de décrire les différents arsenaux de défense dans la diversité procaryote. Nous étudions la diversité des systèmes présents dans chaque espèce et leur relation avec les éléments génétiques mobiles.

Enfin, alors que le taux de découverte des systèmes de défense augmentait, la découverte des défenses anti-anti-phages codées par les phages et les éléments génétiques mobiles augmentait également. Nous avons donc développé un nouvel outil, AntiDefenseFinder, qui détecte systématiquement les systèmes d'anti-défense d'un génome donné. Nous analysons les résultats d'AntiDefenseFinder sur plus de 20 000 génomes de procaryotes et 10 000 génomes de phages.

En résumé, nous proposons une analyse de la diversité des arsenaux de défense des procaryotes et de leur lien avec les éléments génétiques mobiles ainsi qu'un nouvel outil pour détecter les systèmes de contre-défense viraux.

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The evolutionary arms race between phages and bacteria led to the development of various defense mechanisms for bacteria and counter mechanisms for phages. Before 2015, only a few well-described defense systems were discovered. However, in recent years, the identification of "defense islands" and enhanced computational capacities, facilitated the discovery and validation of over a hundred novel antiphage defense systems.

While the number of different systems increased, the defense arsenal of a single bacterium was still unknown. To address this gap, we created DefenseFinder, a tool that systematically detects defense systems. Using this software, we analyzed more than 20,000 complete genomes to describe the different defense arsenals across the prokaryotic diversity. We investigate the diversity of systems present in each species and their relationship with mobile genetic elements.

Finally, while the discovery rate of defense systems increased, the discovery of anti-anti-phage defense encoded by phages and mobile genetic elements also increased. Thus, we developed a new tool, AntiDefenseFinder that systematically detects anti-defense systems a given genomes. We analyze AntiDefenseFinder results on more than 20,000 prokaryotic genomes and 10,000 phage genomes.

In summary, we offer an analysis of prokaryotic defense arsenal diversity and their link with mobile genetic elements alongside a new tool to detect viral counter-defense systems.