La génomique nouvel observatoire du monde microbien

1. La génomique nouvel observatoire du monde microbien Jean Weissenbach (Genoscope – Centre national de séquençage) Université de tous les savoirs Saint-Pères 15 Juin 2008

2. Quelques dates de l'histoire de la microbiologie 1684 Antonie van Leeuwenhoek

4. Quelques dates de l'histoire de la microbiologie 1684 Antonie van Leeuwenhoek 1838 Schwann (levure ferment vivant) 1857 Pasteur (fermentation lactique) 1860 Pasteur (fermentation alcoolique) 1864 Pasteur (génération spontanée) 1881 Koch (cultures pures)

7. Postulats de Koch Par l'utilisation de cultures pures on peut montrer que des organismes distincts ont des propriétés biologiques différentes

10. Au cours des années 70 Carl Woese procède à des comparaisons systématiques de séquences d ’ARN des ribosomes de bactéries

13. f g a c b d e a b c d e f g TGTCGTGAGATGTTGGGTTAAGTCCCGCAACGAGCGCAACCCTCG TGTCGTGAGATGTTGGGTTAAGTCCTTGAACGAGCGCAACCCCTG TGTCGTGAGATGTTGGGTTAAGTCCCGCAACGAGCGCAACCCCTG TGTTGTGAAATGTTGGGTTAAGTCCCGCAACGAGCGCAACCCTTG TGTCGTGAGATGTTGGGGTAAGTCCCGCAACGAGCGCAACCCCTA TGCCGTGAGGTGTTGGGTTAAGTCCCGCAACGAGCGCAACCCCTA TGCCGTGAGGTGTACCCTTAAGTGGGGAAACGAGCGTAACCCCTA

18. Echantillon de l'environnement Extraction sequences d‘ARNr 16S Analyse de séquences séquençage ADN Clones Clonage dans E. coli PCR gènes d‘ARNr 16S amplifiés Inventaire moléculaire de la diversité d‘espèces

19. Echantillon de l'environnement Extraction PCR Inventaire moléculaire de la diversité d‘espèces Extraction sequences d‘ARNr 16S Analyse de séquences séquençage ADN Clones Clonage dans E. coli gènes d‘ARNr 16S amplifiés

20. Par cette approche Norman Pace observe dans les années 90 des séquences de rDNA qui ne correspondent pas à des espèces connues cultivées.

21. Les bactéries sont partout, nombreuses et vivent parfois dans des conditions particulièrement inhospitalières …

25. Avec l'augmentation de leur nombre, une compétition s'est instaurée pour les sources • énergie • matières premières (minérales ou organiques) Pour échapper à la compétition les bactéries ont recouru à l'innovation 1) en diversifiant leurs sources d'énergie et de matières premières 2) en s'adaptant à des environnements particuliers

26. énergie • oxydoréductions chimiques • différents oxydants, différents réducteurs • lumière • plusieurs utilisations de la lumière • avec ou sans production d'O2 • matières premières (minérales ou organiques) • C minéral (CO2 ou organique) • N atmosphérique ou sels • conditions du milieu • température • pH • ions

27. Pseudomonas Vue en m.e coloration négative vue en m. e à balayage Salmonella Vibrio cholerae Streptococcus pyogenes Streptococcus pneumoniae Chondromyces

29. Plus de 99% des bactéries sont encore inconnues de nos jours

30. Les bactéries sont partout et nombreuses ...

31. La flore intestinale humaine Cent mille milliards de bactéries !!! Chacun de nous héberge cent mille milliards de bactéries constituant la flore digestive. Stérile avant la naissance, notre tube digestif est rapidement colonisé par cette flore complexe et diversifiée qui se stabilise au cours des premières années de la vie. Les interactions entre l’organisme et la flore digestive participent au maintien en bonne santé, alors que nous associons souvent "bactéries" et "maladie". Les bactéries que nous hébergeons ont un rôle bénéfique en termes de nutrition et de santé.

32. Au niveau de la planète la biomasse microbienne représente plus de la moitié de la biomasse terrestre

33. Croûte terrestre 100 10 1 0,1 O Si Ca Na Mg H P S C N 0,01 0,1 1 10 100 Biomasse

34. D'où vient le carbone ? Carbone minéral : CO2 (bactéries autotrophes : chimiolithotrophes, phototrophes) Carbone organique (bactéries hétérotrophes)

37. Croûte terrestre 100 10 1 0,1 O Si Ca Na Mg H P S C N 0,01 0,1 1 10 100 Biomasse

38. D'où vient l'azote ? Azote atmosphérique N2 Composés minéraux de l'azote (NH4+, NO2-, NO3-)

41. Le rôle de l'infiniment petit dans la nature est infiniment grand Louis Pasteur

42. A ce jour Nos connaissances en microbiologie ont été obtenues à partir de quelques centaines d’espèces parmi les quelques 5000 espèces répertoriées Moins de 1% des bactéries sont cultivées Le monde microbien reste encore pratiquement inexploré La plupart des contributions du monde microbien à la vie de la biosphère ne sont connues que superficiellement

43. De nombreuses raisons de s'intéresser aux communautés bactériennes • impact sur les équilibres biogéochimiques • quels sont les acteurs ? • nouvelles étapes des cycles biologiques des éléments • impact sur la santé (flores microbiennes humaines) • modèles d'écosystèmes (structure des communautés bactériennes) • utilisation de la biodiversité à des fins d'applications • substances thérapeutiques • substances d'intérêt industriel • enzymes utiles pour la chimie de synthèse • bioremédiation • nouveaux éclairages sur l'évolution

44. Comment aborder la question de la composition des communautés bactériennes ? • rDNA 16S • FISH • métagénomique • techniques sur cellules isolées • culture

45. Echantillon de l'environnement Extraction La métagénomique Extraction sequences d‘ADN séquençage Analyse de séquences Clones Clonage dans E. coli ADN

46. Tous les génomes de bactéries possèdent au moins une copie du gène rouge

47. Ce gène rouge présent chez toutes les bactéries est en fait composé - de parties communes retrouvées dans ce gène dans toutes les bactéries - de parties qui sont propres à une seule espèce de bactéries

48. Ce gène présent chez toutes les bactéries possède des • parties communes (noir) qui sont présentes sur la séquence de ce gène dans toutes les bactéries • ceci permet de le retrouver à partir d'un mélange des ADN extraits de bactéries vivant dans un environnement particulier

49. Ce gène présent chez toutes les bactéries possède des • parties (autres couleurs) qui sont uniques à chaque espèce de bactéries • ceci permet de distinguer ce gène chez une espèce du même gène chez les autres espèces du mélange

50. Ce gène présent chez toutes les bactéries possède des • parties (autres couleurs) qui sont uniques à chaque espèce de bactéries • ceci permet aussi savoir quelles espèces connues et inconnues sont dans le mélange et d'avoir une idée du nombre d’espèces de bactéries qui sont dans le mélange et de leur abondance