"L’étonnante biodiversité des écosystèmes microbiens et leurs effets sur la santé" par Jacques Hallard

ISIAS Biologie Métagénomique
L’étonnante biodiversité des écosystèmes microbiens et leurs effets sur la santé
Metagenomics of the intestinal microbiota : potential applications.
Jacques HALLARD, Ingénieur CNAM – Site ISIAS – 01/08//2015

Sous le titre « La révolution métagénomique », le Centre National de la Recherche Scientifique a publié sur son site lejournal.cnrs.frun article en date du 16 juillet 2015, qui nous présente une mise au point, nous précisant comment, en « combinant les avancées du séquençage à haut débit et du big data, la métagénomique a bouleversé notre vision du monde microscopique en dévoilant l’incroyable biodiversité des écosystèmes microbiens, qu’ils résident dans les fonds marins, sous terre ou dans nos intestins... ».

Les contributeurs de cet article appartiennent aux structures suivantes : 1. Unité CNRS/UPMC ; 2. Unité CNRS/École centrale de Lyon/Insa/UCBL ; 3. Unité CNRS/Univ. Blaise-Pascal/Universit d’Auvergne.

D’après Wikipédia, « La métagénomique est un procédé méthodologique qui vise à étudier le contenu génétique d’un échantillon issu d’un environnement complexe (intestin, océan, sols, air, etc.) trouvé dans la nature (par opposition à des échantillons cultivés en laboratoire)1. Le but de cette approche, via le séquençage direct de l’ADN présent dans l’échantillon, est d’avoir non seulement une description génomique du contenu de l’échantillon mais aussi un aperçu du potentiel fonctionnel d’un environnement ».

« L’utilisation du préfixe « méta » fait référence à « ce qui vient après ». Ici, la metagénomique vient après la génomique en étudiant les organismes microbiens directement dans leur environnement sans passer par une étape de culture en laboratoire…. »

Lire l’article complet sur le site : https://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9tag%C3%A9nomique

Pour en savoir plus sur la métagénomique, on peut aussi se reporter aux publications suivantes :

Génétique- L’avènement de la métagénomique

« Aujourd’hui, en séquençant l’ensemble de l’adn d’un échantillon, on parvient à repérer les centaines d’espèces qu’il peut contenir sans avoir à les cultiver. On identifie également les liens qu’ils ont établis. On a alors une nouvelle vision de l’eau de mer, des sols, des intestins... » Auteurs : Francis Quetier et Patrick Wincker. Voir sur le site : http://www.pourlascience.fr/ewb_pages/a/article-l-avenement-de-la-metagenomique-32171.php

La métagénomique - Développements et futures applications -

Auteurs :Marie Christine Champomier-Vergès et Monique Zagorec, coordinateurs. Edition QUAE 2015. Collection : Savoir faire

« Après l’ère de la génomique, la métagénomique a envahi le domaine de la biologie. Etudiant le contenu génétique d’un échantillon issu d’un environnement complexe (intestin, océan, sols, air, etc.) trouvé dans la nature (par opposition à des échantillons cultivés en laboratoire), elle se caractérise par une production rapide et massive de données qui engendre des traitements informatiques conséquents pour en tirer de l’information. Cet ouvrage a pour objectif d’éclairer des professionnels scientifiques non avertis sur les possibilités qu’elle offre pour l’exploration de différents domaines de l’agriculture, l’environnement, l’agroalimentaire et la santé, en montrant les possibilités de cet outil pour l’analyse du vivant… »

Tags : agriculture - bactérie - biologie - biotechnologie - génétique - microbiologie - santé - sécurité alimentaire - sol - technologie

Source à consulter : http://www.quae.com/fr/r4101-la-metagenomique.html

L’article du CNRS rappelle « qu’à la croisée de la génétique, de l’écologie et de l’informatique, cette discipline émergente [de la métagénomique] est en train de révolutionner de nombreux pans de la recherche » et qu’elle représente « Une invention aussi importante que le microscope ».

{{}}Une très grande biodiversité dans les milieux océaniques

Cet article du CNRS prend « l’exemple de la récente analyse métagénomique de 579 échantillons d’eau de mer récoltés aux quatre coins du globe par la mission ‘Tara Oceans’. Objectif : étudier la biodiversité du plancton, cette myriade de micro-organismes à la base de la chaîne alimentaire océanique et qui produit près de 50 % de l’oxygène atmosphérique. Ainsi, au total, l’équipe Tara a séquencé une quantité d’ADN planctonique équivalant à près de 2 000 génomes humains, identifiant près de 40 millions de gènes différents, dont 80 % jusqu’ici inconnus ! »

Selon Wikipédia, « Tara, originellement nommée Antarctica puis Seamaster, est une goélette destinée à la fois à l’exploration et à la défense de l’environnement. Dans le cadre de l’Année polaire internationale, en 2007-2008, ce voilier est utilisé en Arctique par l’expédition Tara Arctic dans le but de faire des relevés permettant de mieux comprendre les changements climatiques qui s’opèrent en Arctique.

En 2009, dans le cadre de l’expédition Tara Oceans, Tara va parcourir les mers et les océans dans une circumnavigation de trois ans afin d’étudier le piégeage des molécules de gaz carbonique (CO2) par les micro-organismes marins comme le plancton… »

Article complet à lire sur le site : https://fr.wikipedia.org/wiki/Tara_%28go%C3%A9lette%29#L.27exp.C3.A9dition_Tara_Oceans_.282009-2012.29

Des sédiments marins qui révèlent la présence d’archées « évoluées »

L’article du CNRS nous informe aussi « qu’en mai 2015, des chercheurs suédois ont fait une découverte cruciale publiée dans la célèbre revue Nature. Par analyse métagénomique des sédiments du ‘château de Loki’ [une fissure géothermique située entre le Groenland et la Norvège], une source hydrothermale située à plus de 2.300 mètres de fond. L’équipe de chercheurs a identifié un tout nouveau groupe d’archées ** [dénommées Lokiarchaeota *], des micro-organismes unicellulaires différents des bactéries et des eucaryotes. Leur particularité ? Ils possédaient de nombreux gènes de type eucaryotes » et ces archées « feraient le lien entre procaryotes et eucaryotes ». [Voir aussi la comparaison entre ces organismes sur le site suivant : http://www.cours-pharmacie.com/biologie-cellulaire/cellules-procaryotes-et-cellules-eucaryotes.html ]

* Voir aussi l’article de Joseph SOTINEL journaliste, intitulé « Lokiarchaeota : une nouvelle forme de vie découverte, chaînon précieux pour l’histoire de l’évolution », mis à jour le 07/05/2015 à 19h58 sur le site : http://www.bfmtv.com/planete/lokiarchaeota-un-nouvel-indice-sur-les-traces-de-l-ancetre-commun-aux-bacteries-et-aux-humains-884913.html.

** Archées – Wikipédia consacre aux Archées un article dont nous reproduisons ci-après l’introduction :

« Les archées, ou Archaea (du grec ancien ἀρχαῖος, « originel, primitif »), encore appelées archébactéries, sont des microorganismes unicellulaires procaryotes, c’est-à-dire des êtres vivants constitués d’une cellule unique qui ne comprend ni noyau ni organites, à l’instar des bactéries. D’apparence souvent semblable à ces dernières, les archées ont longtemps été considérées comme des bactéries extrêmophiles particulières, jusqu’à ce que les recherches phylogénétiques sur les procaryotes, commencées en 19652, aboutissent, avec les travaux de Carl Woese et George E. Fox3, à la publication en 1977 d’un arbre phylogénétique fondé sur les séquences des gènes d’ARN ribosomique des organismes étudiés, arbre dans lequel les procaryotes étaient scindés en deux domaines distincts, celui des bactéries et celui des archées4. Cette vision s’est depuis largement imposée aux microbiologistes5 mais demeure contestée par certains scientifiques, tel Thomas Cavalier-Smith pour qui les archées, qu’il appelle Archaebacteria, ne sont qu’un embranchement (phylum) des Unibacteria dans le règne des bactéries6.

Du point de vue de leur génétique, leur biochimie et leur biologie moléculaire, les archées sont des organismes aussi différents des bactéries que des eucaryotes. Les enzymes réalisant la réplication de l’ADN, la transcription de l’ADN en ARN ainsi que la traduction de l’ARN messager en protéines chez les archées sont apparentées à celles des eucaryotes et non à celles des bactéries, de même que la présence d’histones dans le matériel génétique des archées rapproche ces dernières des eucaryotes et les distingue des bactéries. En revanche, les gènes des archées ne possèdent pas d’introns et leur ARN messager ne subit pas de modification post-transcriptionnelle, ce qui est le cas également chez les bactéries mais pas chez les eucaryotes. Par ailleurs, certaines archées possèdent des voies métaboliques qui n’existent ni chez les bactéries ni chez les eucaryotes, comme la méthanogenèse chez les archées méthanogènes, tandis que les archées dans leur ensemble sont dépourvues d’acide gras synthase, contrairement à la fois aux bactéries et aux eucaryotes : elles font un usage très limité des acides gras, et leur membrane plasmique est constituée essentiellement d’étherlipides, à la différence des bactéries et des eucaryotes. Un autre trait propre aux archées est la présence chez certaines d’entre elles d’une paroi cellulaire constituée de pseudopeptidoglycane, ou pseudomuréine.

Les archées ont longtemps été vues comme des organismes essentiellement extrêmophiles présents notamment dans les sources hydrothermales océaniques, les sources chaudes volcaniques ou encore les lacs salés, mais on en a découvert depuis dans tout une variété de biotopes qui ne sont pas nécessairement extrêmes, tels que le sol, l’eau de mer, des marécages, la flore intestinale et même le nombril humain 7. Les archées seraient particulièrement nombreuses dans les océans, et celles faisant partie du plancton constitueraient l’un des groupes d’organismes les plus abondants de la Terre. Les archées interviennent par ailleurs de façon non négligeable dans le cycle du carbone et le cycle de l’azote. On ne connaît pas vraiment d’exemple d’archée pathogène ou parasite, mais elles sont souvent mutualistes ou commensales. Les archées méthanogènes de l’intestin humain et des ruminants participent ainsi favorablement à la digestion… ».

Article complet à lire sur le site : https://fr.wikipedia.org/wiki/Archaea

Une flore intestinale méconnue mais capitale pour la santé

Enfin, l’article du CNRS mentionne que « l’analyse métagénomique a aussi été appliquée au corps humain, notamment à notre intestin. En effet, ce dernier recèle près de 100 000 milliards de micro-organismes, soit dix fois plus que nos propres cellules ! Une biodiversité jusque-là méconnue, car la plupart des espèces hébergées par notre système digestif ne sont pas cultivables in vitro ».

« En décryptant les fonctions de ce « second génome », les chercheurs ont aussi découvert qu’une flore intestinale saine est indispensable au bon fonctionnement de la digestion bien sûr, mais aussi pour le métabolisme, l’immunité… ou bien encore pour le système nerveux. Obésité, diabète, maladies cardiovasculaires, allergies, maladies inflammatoires : les déséquilibres de la flore intestinale sont aujourd’hui suspectés d’être à l’origine d’une kyrielle de pathologies… »..

L’article complet du CNRS est à lire à la source : Source : https://www.google.fr/#q=https:%2F%2Flejournal.cnrs.fr%2Farticles%2Fla-revolution-metagenomique

Voir aussi l’annonce de résultats de recherches de l’INRA en date du 16 avril 2011 :

Microbiote intestinal : notre second génome et applications potentielles. Métagénomique Quantitative outil diagnostic et pronostic. Médecine personnalisée du second génome.

L’équipe de recherche INRA dirigée par le Pr Dusko-Ehrlich a réussi à décrypter plus de 3 millions de gènes du microbiote intestinal. Une performance qui permet de détecter les espèces bactériennes associés aux maladies chroniques, à l’image du rôle joué par l’hélicobacter pylori dans l’ulcère de l’estomac. Mais la perturbation de la flore intestinale est-elle une cause ou une conséquence de la pathologie ? 

Video : http://www.pratis.com/shared/skins/pratis_med/modules/webtv/video_player.php?id=2555

Le séquençage du métagénome intestinal humain est réalisé à 80%

En 2008, une cinquantaine de chercheurs se lançaient dans l’étude MetaHIT : l’analyse du microbiote intestinal de l’homme. Ce travail colossal, comparable au séquençage du génome humain, s’inscrit dans un vaste programme européen coordonné par Dusko Ehrlich, chercheur à l’Inra. Neuf organismes de recherche européens, quatre industriels et un institut chinois ont été mobilisés pour cet inventaire. Les chercheurs ont réalisé un catalogue de 3,3 millions de gènes bactériens, qui recenserait 80% de la totalité du métagénome intestinal humain.

L’étude devrait permettre de mieux appréhender l’importance de l’intestin, en dehors de la digestion. ’L’ensemble des microbes présents dans le corps humain représente au moins 100 milliards de milliards de cellules, soit dix fois plus que les cellules humaines et près de cent fois plus de gènes que le génome humain, notent les auteurs de l’étude. La majorité de ces microbes se trouvent dans notre intestin’, qui jouerait un rôle clé dans l’organisation du système immunitaire. Le poids total de la flore intestinale, qui représente un véritable écosystème propre à chaque individu, est estimé à 1,5 kg par ces chercheurs.

Dusko Ehrlich explique : ’Ces nouvelles données génétiques nous permettront de mettre au point des diagnostics et d’affiner des pronostics pour de nombreuses maladies comme l’obésité, le diabète, l’autisme, la maladie de Crohn ou la rectocolite hémorragique. Une connaissance bien plus approfondie de la biologie de l’homme devrait en résulter’.

Le Figaro – 05/03/10 - Gastroenterol Clin Biol. 2010 Sep ;34 Suppl 1:S23-8.

Dusko Ehrlich S ; MetaHIT consortium. Institut National de la Recherche Agronomique, MetaHIT coordinator, Microbiology and the Food Chain Division, Jouy-en-Josas, France. dusko.ehrlich@jouy.inra.fr

A major challenge in the human metagenomics field is to identify associations of the bacterial genes and human phenotypes and act to modulate microbial populations in order to improve human health and wellbeing. MetaHIT project addresses this ambitious challenge by developing and integrating a number of necessary approaches within the context of the gut microbiome. Among the first results is the establishment of a broad catalog of the human gut microbial genes, which was achieved by an original application of the new generation sequencing technology. The catalog contains 3.3 million non-redundant genes, 150-fold more than the human genome equivalent and includes a large majority of the gut metagenomic sequences determined across three continents, Europe, America and Asia. Its content corresponds to some 1000 bacterial species, which likely represent a large fraction of species associated with humankind intestinal tract.

The catalog enables development of the gene profiling approaches aiming to detect associations of bacterial genes and phenotypes. These should lead to the speedy development of diagnostic and prognostic tools and open avenues to reasoned approaches to the modulation of the individual’s microbiota in order to optimize health and well-being. PMID : 20889001 [PubMed - indexed for MEDLINE]

Video : 

http://www.pratis.com/shared/skins/pratis_med/modules/webtv/video_player.php?id=2555

Source : http://chronimed.over-blog.com/article-applicatoins-potentiel-71842543.html

Finalement, on peut encore se reporter aux articles suivants de l’ISIS qui montrent la place occupée chez les êtres vivants par une biodiversité étonnante d’écosystèmes microbiens qui y régulent nos états psychologiques et influencent la prédisposition à des états pathologiques, dont les cancers, et qui peuvent intervenir dans les traitements de ces derniers :

’Notre monde intestinal méconnu : le microbiote humain’ par la Dr Eva Sirinathsinghji. Traduction et compléments de Jacques Hallard, jeudi 30 juillet 2015 par Sirinathsinghji Eva - ISIS Biologie Santé. « La relation symbiotique entre les êtres humains et les microbes vivant à l’intérieur de notre corps, est de plus en plus reconnue comme étant liée à un bon état sanitaire, ou bien, au contraire, à des affections pathologiques et même à une influence sur notre comportement… » Article complet à lire sur : http://www.isias.lautre.net/spip.php?article379

Comment les microbes influencent notre esprit, notre humeur et notre comportement’ par le Dr Eva Sirinathsinghji. Traduction et compléments de Jacques Hallard, dimanche 7 juin 2015 par Sirinathsinghji Eva - ISIS Biologie Santé Pesticides. How Microbes Influence our Minds. « Nous pensons par nous-mêmes en tant qu’individus autonomes, avec une volonté qui nous est propre, mais les microbes qui sont hébergés dans notre intestin se révèlent avoir quelque chose à dire de plus que ce que nous imaginons, sur la façon dont nous ressentons et dont nous nous comportons… » Article complet à lire sur : http://www.isias.lautre.net/spip.php?article356

’La flore microbienne intestinale (microbiote) influence la prédisposition et les traitements des cancers’ par la Dr Eva Sirinathsinghji. Traduction et compléments de Jacques Hallard, vendredi 31 juillet 2015 par Sirinathsinghji Eva – ISIS Biologie Santé. « Notre flore intestinale influence la prédisposition au cancer de notre tube digestif, ainsi que des organes éloignés tels que la peau, les poumons, les seins et le foie… » Article complet à lire sur le site : http://www.isias.lautre.net/spip.php?article380

Auteur : Jacques HALLARD, Ingénieur CNAM, consultant indépendant – 1er août 2015

Site ISIAS = Introduire les Sciences et les Intégrer dans des Alternatives Sociétales

http://www.isias.lautre.net/

Adresse : 585 Chemin du Malpas 13940 Mollégès France

Courriel : jacques.hallard921@orange.fr

Fichier : ISIAS Biologie L’étonnante biodiversité des écosystèmes microbiens et leurs effets sur la santé.2

Merci à M.-R. Blanc pour sa coopération en matière de documentation