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La mystérieuse biodiversité bactérienne se dévoile...

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Une nouvelle technique de séquençage de l'ADN, qui permet d'analyser les génomes de bactéries individuelles, a été appliquée sur des échantillons venus de multiples régions, d'une lagune grecque à un gyre de l'océan Pacifique. La récolte fut des meilleures : plus de 200 nouvelles espèces et un nouveau regard sur la biodiversité bactérienne, ce qui laisse présager la découverte de mécanismes biologiques insoupçonnés.

Image d'une source chaude dans le parc national de Yellowstone aux États-Unis. La couleur rouille révèle la présence d’archéobactéries extrêmophiles. © jurvetson, Flickr, cc by 2.0

Apparues il y a au moins 3,6 milliards d'années sur terre, les bactéries et les archéobactéries (ou archées) se sont formidablement adaptées à tous les types d'environnements, même extrêmes. Certaines d'entre elles affectionnent particulièrement les milieux difficiles comme les geysers ou l'eau terriblement salée de la mer Morte. Loin d'être des organismes solitaires, les bactéries se développent en général sous forme de communautés attachées sur des surfaces, appelées biofilms. Au sein de ces structures, elles s'échangent allégrement du matériel génétique et établissent des relations métaboliques plus ou moins complexes.

Si aujourd'hui les scientifiques en savent assez long sur les microbes, il n'en a pas toujours été ainsi. Il a fallu attendre l'invention du microscope il y a environ 400 ans pour que le monde de l'infiniment petit se révèle sous nos yeux. Grâce à cet appareil de génie, les scientifiques ont pu explorer un tout nouvel univers peuplé de virusbactéries, champignons et protozoaires aux formes diverses et variées. Au fil des années, ils ont appris à les cultiver dans les laboratoires et à manipuler leurs gènes pour décrypter leurs mécanismes les plus complexes.

Dans la nature, les microbes se développent généralement sous forme de biofilms, qui sont des communautés microbiennes attachées sur une surface. Au cœur du biofilm, les micro-organismes établissent des relations symbiotiques et antagonistes complexes. © adonofrio, Flickr, cc by sa 2.0

Les progrès des techniques de biologie moléculaire ont permis de comparer une région d'ADN commune à tous les êtres vivants, afin d'établir un arbre phylogénétique du vivant. Ce morceau d'ADN code pour un petit ARN qui fait partie du ribosome, la machinerie cellulaire de production des protéines. Grâce à cette technologie, les chercheurs ont réussi à mettre en évidence l'immense diversité du monde microbien. Chaque échantillon testé, qu'il vienne du sol, de l'océan ou du corps humain, révèle à chaque fois l'existence de nouvelles espèces.

Plus de 200 nouvelles espèces microbiennes identifiées

La nature ne se dompte cependant pas si facilement et seule une infime proportion des micro-organismes est cultivable dans les milieux de culture conventionnels. Les chercheurs estiment en effet que plus de 99 % des microbes seraient viables, mais non cultivables. Ils sont même surnommés « la matière noire microbienne », car ils seraient aussi difficiles à appréhender que la matière noire de l'espace. Des chercheurs du Joint Genome Institute en Californie ont réussi à lever le voile sur une part de ce mystère microbien. Leurs travaux sont publiés dans la revue Nature.

La méthode de séquençage de l’ADN ribosomal nécessite une quantité d'ADN minimale qui ne permet pas d'inclure les bactéries non cultivables. Pour contourner ce problème, les scientifiques ont développé une nouvelle technique qui permet de séquencer l'ADN à partir d'une seule cellule. Ainsi, il n'est plus nécessaire de cultiver les bactéries puisqu'une seule suffit. Ils ont alors collecté des échantillons d'eau et de sédiments provenant de neuf endroits différents de la planète : le lac Sakinaw au Canada, la lagune d'Etoliko en Grèce, un centre de traitement des boues au Mexique, le golfe du Maine situé dans l'océan Atlantique, au large de la côte nord d'Oahu à Hawaï, le gyre subtropical de l'Atlantique sud, la dorsale Est-Pacifique, la mine de Homestake et le Great Boiling Spring aux États-Unis.

Grâce à leur nouvelle méthode de séquençage, les scientifiques ont identifié 201 nouvelles espèces de bactéries et archéobactéries, et ont enrichi l'arbre phylogénétique bactérien de 18 nouveaux phyla (embranchements). Cette analyse leur a également permis d'identifier de nouveaux gènes chez certaines espèces. « Cette étude met en évidence la complexité du monde microbien, explique Tanja Woyke, la directrice de ces recherches. Nous avons découvert des caractéristiques métaboliques jusqu'ici inconnues chez certaines espèces. » Les chercheurs projettent de continuer leur exploration du monde microbien et au vu de l'ampleur de la tâche, le travail ne risque pas de manquer !

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