Cet ouvrage est un traité d'écologie microbienne dont l'objectif est l'étude des micro-organismes dans les milieux naturels et anthropisés. Le "compartiment microbien", qui est une composante des écosystèmes, regroupe les procaryotes et eucaryotes unicellulaires ; les virus sont également objet d'étude dans la mesure où ils sont impliqués dans des problématiques écologiques et environnementales. Les thématiques développées ont pour but la connaissance : (i) de l'origine des micro-organismes et de leur évolution ; (ii) de leur diversité taxonomique et fonctionnelle ; (iii) de leur adaptation aux conditions environnementales ; (iv) de leurs interactions biotiques et abiotiques ; (v) de leur activité au sein des écosystèmes, en particulier leur intervention dans les cycles géochimiques ; (vi) de leur capacité de biodégradation, notamment des xénobiotiques, mise au service de la protection des écosystèmes et de la réhabilitation de sites contaminés.
L'ouvrage est structuré en cinq parties : Dans la 1ere sont définis les champs thématiques de l'écologie microbienne. L'histoire de cette discipline est brièvement rappelée, avec notamment la présentation des travaux de Winogradsky, premier microbiologiste à parler de la "microbiologie des milieux naturels". Elle se termine par la description de l'exceptionnelle flexibilité métabolique des micro-organismes qui leur a permis de survivre aux bouleversements qui ont jalonné l'histoire de la vie sur notre planète et de coloniser les milieux les plus inhospitaliers passés et présents.
La 2e partie donne une description du monde microbien et de son évolution à partir du dernier ancêtre commun à tous les organismes vivants. La 3e partie présente la diversité des micro-organismes, leur capacité d'adaptation à différentes conditions environnementales jusqu'aux plus extrêmes. Dans cette même partie sont aussi abordés les interactions entre micro-organismes et entre les micro-organismes et les macro-organismes, ainsi que les transferts d'informations génétiques au sein des populations et des communautés.
La 4e partie traite du rôle des micro-organismes dans le fonctionnement des écosystèmes naturels et anthropisés par l'étude des cycles biogéochimiques des éléments biogènes, par leur intervention dans le fonctionnement des réseaux trophiques et par l'exploitation de leur capacité à dégrader les déchets et les polluants chimiques. Le devenir des micro-organismes pathogènes libérés dans l'environnement est également abordé.
La 5e partie est consacrée à la description et l'utilisation des techniques mises en oeuvre pour identifier et étudier les micro-organismes dans leur environnement naturel à différentes échelles d'observation spatiales et temporelles, du gène à l'écosystème, de la cellule à la communauté microbienne, du micro - au macro - environnement. L'ouvrage, qui n'a pas d'équivalent en langue française, s'adresse prioritairement aux étudiants des licences et des masters scientifiques et professionnels, et aux doctorants.
II est également très utile aux chercheurs et aux enseignants-chercheurs, en particulier les microbiologistes et les écologues, qui souhaitent approfondir leur connaissance de la microbiologie des milieux naturels.
Titre du Livre
Ecologie microbienne: Microbiologie des milieux naturels et anthropisés
Chapitre 6: Taxonomie et phylogénie des procaryotes
Ecologie microbienne: Microbiologie des milieux naturels et anthropisés
Chapitre 6: Taxonomie et phylogénie des procaryotes
Introduction au livre
La classification des procaryotes a longtemps été basée sur les mêmes systèmes hiérarchiques que les classifications issues du système de nomenclature de Linné qui s’appliquait au départ aux végétaux et aux animaux. Le principe de cette classification repose sur la définition de l’espèce, proposée pour les eucaryotes : une espèce est un groupe d’individus qui possède une capacité de fécondité productive et non stérile et qui partage de nombreuses caractéristiques fonctionnelles et morphologiques. Mais, chez les procaryotes le critère d’interfécondité est absent. Ils se reproduisent par reproduction clonale, et ne rentre donc pas dans cette définition. L’espèce chez les procaryotes a été basée sur des critères morphologiques et physiologiques. Confrontés à des problèmes, l’arrivée de la biologie moléculaire a permis une nouvelle définition: deux souches de procaryotes appartiennent à la même famille si pour une hybridation ADN-ADN, elles atteignent plus de 70% de ré-association.
La classification des procaryotes a longtemps été basée sur les mêmes systèmes hiérarchiques que les classifications issues du système de nomenclature de Linné qui s’appliquait au départ aux végétaux et aux animaux. Le principe de cette classification repose sur la définition de l’espèce, proposée pour les eucaryotes : une espèce est un groupe d’individus qui possède une capacité de fécondité productive et non stérile et qui partage de nombreuses caractéristiques fonctionnelles et morphologiques. Mais, chez les procaryotes le critère d’interfécondité est absent. Ils se reproduisent par reproduction clonale, et ne rentre donc pas dans cette définition. L’espèce chez les procaryotes a été basée sur des critères morphologiques et physiologiques. Confrontés à des problèmes, l’arrivée de la biologie moléculaire a permis une nouvelle définition: deux souches de procaryotes appartiennent à la même famille si pour une hybridation ADN-ADN, elles atteignent plus de 70% de ré-association.
Résumé et résultats du livre
En 1994, Stackebrandt et Goebel ont proposé une technique comparable à la technique de l’hybridation génomique; la technique d’identification basé sur la comparaison des séquences des gènes codant pour l’ARNr 16S. L'ARNr 16S est l'ARN ribosomique constituant la petite sous-unité des ribosomes des procaryotes. Les gènes codant cet ARN sont appelés ADNr 16S et leur séquence est très utilisée pour les études phylogénétiques et taxonomiques des bactéries. Cette technique d’identification a subit de nombreux réajustement. Ainsi, deux souches ne sont pas considérées de la même espèce si la similarité de séquence du gène de l’ARNr 16S est inférieure à un seuil de 97%.
Le gène de l'ARNr 16S est le marqueur génétique le plus connu utilisé pour identifier et classer les bactéries. En effet, il présente de nombreux avantages : le premier est son abondance dans les banques de données. Effectivement, en 7 ans, le nombre de séquences d’ARNr 16S dans les banques de données est passé de 100 000 à 900 000. De plus, il est ubiquitaire, c’est-à-dire présent chez tous les êtres vivants sans exception.
Il a une faible capacité à être transféré horizontalement et sa fonction reste inchangé au cours du temps. Il a une faible vitesse d’évolution et donc rendant possible l’utilisation d’amorces universelles. Ces amorces vont pouvoir permettre l’amplification de pratiquement tous les gènes d’ARNr connus.
Ce gène est à la fois composé de régions conservées et de régions hypervariables. Les régions conservées peuvent servir de sites de liaison aux amorces universelles pour l'amplification du gène entier ou de fragments du gène. Et les régions hypervariables contiennent des séquences spécifiques à l'espèce qui peuvent faire la distinction entre différentes bactéries et archées.
Ce gène est parfois trop conservé et la distinction entre certaines espèces est rendue difficile, comme par exemple pour Bacillus cereus.
Ces gènes sont présents en plusieurs copies au sein de chaque organisme et peuvent présenter quelques désavantages. Dans la plupart des cas, les copies des gènes codant l’ARNr 16S dans un génome sont presque similaires, voire identiques en raison de phénomène de recombinaison homologue. Mais il existe des cas où des copies, au sein des taxons, sont différentes.
Caractérisation d’une souche procaryote (minimum standard)
Il existe deux types de critères pour définir les souches de procaryotes: les critères phénotypiques et les critères génomiques. Les « minimum standard » pour ces critères ont été demandés par le Haut Comité International pour la Systématique Bactérienne qui est responsable de la description des espèces, de leur nomenclature et de leur position taxonomique.
Critères phénotypiques : ils permettent de différencier les micro-organismes entre eux lors de culture pure. Ces critères ont été pendant longtemps limité aux caractères morphologiques (forme et taille des cellules, réponse à la coloration de Gram…).
Contrairement aux eucaryotes, la classification précise des procaryotes n’est pas permise, due à la faible diversité morphologique de ceux-ci. La classification est dite artificielle. Cependant, la grande diversité métabolique des procaryotes a pu permettre une classification assez précise de ces espèces. Notamment, par des critères de structure (lipide membranaire, coenzyme des chaines respiratoire..), de critères écophysiologiques (adaptation aux conditions environnementale) et de critères antigénique et de résistance (présence de certains antigène, pathogénie, résistance aux antibiotiques...).
L’ensemble de ces critères est essentiel pour comprendre les rôles des micro-organismes dans l’environnement dans lequel ils vivent.
Critères génétiques : il s’agit de critères moléculaires tels que, le pourcentage en base G et C dans l’ADN génomique, la séquence de l’ARNr 16S, les données MLST (MultiLocus Sequence Typing), les données d’hybridation ADN-ADN des ADN génomiques entre deux souches.
En 1994, Stackebrandt et Goebel ont proposé une technique comparable à la technique de l’hybridation génomique; la technique d’identification basé sur la comparaison des séquences des gènes codant pour l’ARNr 16S. L'ARNr 16S est l'ARN ribosomique constituant la petite sous-unité des ribosomes des procaryotes. Les gènes codant cet ARN sont appelés ADNr 16S et leur séquence est très utilisée pour les études phylogénétiques et taxonomiques des bactéries. Cette technique d’identification a subit de nombreux réajustement. Ainsi, deux souches ne sont pas considérées de la même espèce si la similarité de séquence du gène de l’ARNr 16S est inférieure à un seuil de 97%.
Le gène de l'ARNr 16S est le marqueur génétique le plus connu utilisé pour identifier et classer les bactéries. En effet, il présente de nombreux avantages : le premier est son abondance dans les banques de données. Effectivement, en 7 ans, le nombre de séquences d’ARNr 16S dans les banques de données est passé de 100 000 à 900 000. De plus, il est ubiquitaire, c’est-à-dire présent chez tous les êtres vivants sans exception.
Il a une faible capacité à être transféré horizontalement et sa fonction reste inchangé au cours du temps. Il a une faible vitesse d’évolution et donc rendant possible l’utilisation d’amorces universelles. Ces amorces vont pouvoir permettre l’amplification de pratiquement tous les gènes d’ARNr connus.
Ce gène est à la fois composé de régions conservées et de régions hypervariables. Les régions conservées peuvent servir de sites de liaison aux amorces universelles pour l'amplification du gène entier ou de fragments du gène. Et les régions hypervariables contiennent des séquences spécifiques à l'espèce qui peuvent faire la distinction entre différentes bactéries et archées.
Ce gène est parfois trop conservé et la distinction entre certaines espèces est rendue difficile, comme par exemple pour Bacillus cereus.
Ces gènes sont présents en plusieurs copies au sein de chaque organisme et peuvent présenter quelques désavantages. Dans la plupart des cas, les copies des gènes codant l’ARNr 16S dans un génome sont presque similaires, voire identiques en raison de phénomène de recombinaison homologue. Mais il existe des cas où des copies, au sein des taxons, sont différentes.
Caractérisation d’une souche procaryote (minimum standard)
Il existe deux types de critères pour définir les souches de procaryotes: les critères phénotypiques et les critères génomiques. Les « minimum standard » pour ces critères ont été demandés par le Haut Comité International pour la Systématique Bactérienne qui est responsable de la description des espèces, de leur nomenclature et de leur position taxonomique.
Critères phénotypiques : ils permettent de différencier les micro-organismes entre eux lors de culture pure. Ces critères ont été pendant longtemps limité aux caractères morphologiques (forme et taille des cellules, réponse à la coloration de Gram…).
Contrairement aux eucaryotes, la classification précise des procaryotes n’est pas permise, due à la faible diversité morphologique de ceux-ci. La classification est dite artificielle. Cependant, la grande diversité métabolique des procaryotes a pu permettre une classification assez précise de ces espèces. Notamment, par des critères de structure (lipide membranaire, coenzyme des chaines respiratoire..), de critères écophysiologiques (adaptation aux conditions environnementale) et de critères antigénique et de résistance (présence de certains antigène, pathogénie, résistance aux antibiotiques...).
L’ensemble de ces critères est essentiel pour comprendre les rôles des micro-organismes dans l’environnement dans lequel ils vivent.
Critères génétiques : il s’agit de critères moléculaires tels que, le pourcentage en base G et C dans l’ADN génomique, la séquence de l’ARNr 16S, les données MLST (MultiLocus Sequence Typing), les données d’hybridation ADN-ADN des ADN génomiques entre deux souches.
Rigueur du livre
Peu d'exemples concrets.
Peu d'exemples concrets.
Dernière modification il y a plus de 8 ans.