Jean Weissenbach (Genoscope – Centre national de séquençage) Saclay 29 Juin 2009 Les microbes anges gardiens de la biosphère.

Slides:



Advertisements
Présentations similaires
La photosynthèse SVT 2nde
Advertisements

La Biodiversité Qu’est-ce que la biodiversité ?
La Biodiversité Qu’est-ce que c’est?.
Les microbes utiles à l’homme
LES SCIENCES APPLIQUEES A L’ENVIRONNEMENT PROFESSIONNEL
LE VIVANT : -unité du vivant -diversité du vivant
La génomique nouvel observatoire du monde microbien
l eau dans tout ses etats
La nutrition microbienne
Les objectifs des SVT en 6ème
première partie : l'énergie
TABLEAU SYNOPTIQUE.
PRESENTATION DU PROGRAMME DE 5°
Nutrition Bactérienne
Par: Maxime Boucher. La matière cest une substance qui constitue les corps.
Synthèses de molécules complexes
De l’espace à l’espèce dans les programmes
Les Biocarburants bienfait écologique ? menace alimentaire ?
Energie Photovoltaïque
MICROBIOLOGIE MEDICALE
Le microbiote intestinal
Chapitre 1. Alimentation humaine et son hygiène
SPECIALITE SVT EN TS.
THEME 2 enjeux planetaires contemporains
LA SYNTHESE EN CHIMIE ORGANIQUE
Origine de la vie sur Terre
La démarche d’investigation au cycle 3
Appréhender l’environnement global
Notes 1 - Le développement de la théorie cellulaire
Kahina RAMDANI Master I : Biologie et Ecologie Marine
CHAP III. L’organisation du vivant II
S.V.T. Classe de 5ème Présentation du cours
Les unicellulaires La vie à une cellule.
Définition: Ressource naturelle
LE MONDE BACTERIEN.
Cours de Bactériologie Faculté de Médecine de Fès
Introduction : Une bactérie est un micro-organisme unicellulaire sans noyau (procaryote) dont le génome est constitué d'ADN. Certaines bactéries peuvent.
Les biotechnologies « L’homme est devenu trop puissant pour se permettre de jouer avec le mal. L’excès de sa force le condamne à la vertu » Jean Rostand,
JOURNEES DES AVRIL 2014 ROUEN.
LES ALIMENTS.
Quelles conditions d’enseignement et d’évaluation?
Métabolisme, Nutrition et Thermorégulation
Les Écosystèmes 1.
Collège Lionel-Groulx
5 Février 2009 BIO-Réduction du FEr : Produits secondaires et mobilité des éléments associés ou BIOREFE AP EC2CO AT CYTRIX.
Structure Cellulaire Les Cellules Composants fondamentales de la vie La compréhension de la morphologie cellulaire est essentiel a l’étude de la.
2C Ingénierie biomoléculaire
Origine de la vie sur Terre
LA BIODIVERSITÉ Désigne la mesure de la variété des espèces d’un écosystème. Mesure la variation des espèces sur Terre. Environ 1.75 millions d’espèces.
Introduction.
Clonage Moléculaire.
Entre transformation et recyclage
Introduction à la biologie
INDRA Renuga DJAE Chamsoudine
MODULE 1 – Les interactions au sein des écosystèmes
Aspects techniques des biotechnologies
Les Écosystèmes Révision.
6-La Métagénomique 6.1-Principe
La réaction chimique Chapitre 12 : Les objectifs de connaissance :
Flux naturels d’énergie et de matière
Chapitre 2 : La nature du vivant.
Une chimie pour le développement durable. Le développement durable Taken from Wikipedia Author: Vigneron CC BY-SA 3.0.
4C/4E Technologies environnementales:
Partie 3 : ENJEUX PLANETAIRES CONTEMPORAINS : ENERGIE, SOL
Les biotechnologies « L’homme est devenu trop puissant pour se permettre de jouer avec le mal. L’excès de sa force le condamne à la vertu » Jean Rostand,
Aspects techniques des biotechnologies
7.2 Continuer. La niche écologique d'une espèce Les espèces consacrent l'essentiel de leur temps en faisant deux choses: – survivre et se reproduire Ils.
Enseignements scientifiques au lycée Raymond Savignac.
Révision Module 2. Organisation de la matière Organisation de la matière Un atome est la plus petite partie de la matière pouvant se combiner chimiquement.
L’univers vivant MainteniretPerpétuer la vie. la vie.
Transcription de la présentation:

Jean Weissenbach (Genoscope – Centre national de séquençage) Saclay 29 Juin 2009 Les microbes anges gardiens de la biosphère

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

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

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

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

TGTCGTGAGATGTTGGGTTAAGTCCCGCAACGAGCGCAACCCTCG TGTCGTGAGATGTTGGGTTAAGTCCTTGAACGAGCGCAACCCCTG TGTCGTGAGATGTTGGGTTAAGTCCCGCAACGAGCGCAACCCCTG TGTTGTGAAATGTTGGGTTAAGTCCCGCAACGAGCGCAACCCTTG TGTCGTGAGATGTTGGGGTAAGTCCCGCAACGAGCGCAACCCCTA TGCCGTGAGGTGTTGGGTTAAGTCCCGCAACGAGCGCAACCCCTA TGCCGTGAGGTGTACCCTTAAGTGGGGAAACGAGCGTAACCCCTA abcdefgabcdefg fg e acb d

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

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

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

MinimumOptimumMaximum TempératureélevéethermophilePyrolobus fumarii90°C106°C113°C bassepsychrophilePolaromonas vacuolata0°C4°C12°C pHacideacidophilePicrophilus oshimae0,060,7 (60°C)4 alcalinalcalinophileNatrialba magadii8,5912 pressionélevéebarophile MT41 (Mariana Trench) mètres de profondeur 500 atm 700 atm 4°C > 1000 atm salinitéélevéehalophile Halobacterium salinarum 15 %25 % 32 % (saturation) Les bactéries sont partout, nombreuses et vivent parfois dans des conditions particulièrement inhospitalières …

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

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

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

HabitatNombre de bactéries% de bactéries cultivables Sol / kg0,01 - 0,1 Rivières, lacs / l0,01 - 0,1 Océans (surface) / l0, ,1 Océans (profondeur) / lindéterminé Océans (sédiments) / l< 1 % Plus de 99% des bactéries sont encore inconnues de nos jours

Sols 10 7 à bactéries / g Eauxpotable en généralmaximum 1000 bactéries / mL bassin de natation100 bactéries / mL mer peu polluée bactéries / mL Alimentslait stérilisémaximum 100 bactéries / mL viande hachée10 6 bactéries / g Corps humain sain et propre peau du dos100 à 1000 bactéries / cm2 peau des aisselles ou du pubis 10 6 bactéries / cm2 fèces50 % de la masse soit bactéries / g Les bactéries sont partout et nombreuses...

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.

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

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

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

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

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 A ce jour

Objectifs des Projets Génome Etablir un inventaire des gènes de l’espèce considérée Identifier les autres éléments structuraux et leur fonction biologique, sur la séquence de référence Analyser le fonctionnement du génome considéré (expression et régulation etc.) Rechercher les mutations à l'origine de phénotypes particuliers assise pour de nouvelles approches expérimentales Evolution/Phylogénie Applications médicales (diagnostic et thérapeutique) Applications agronomiques/biotechnologiques

Quels génomes séquence-t-on ? organismes modèles (génomes modèles) organismes d'intérêt médical organismes d'intérêt économique, biotechnologique organismes d'intérêt environnemental organismes occupant des positions clés dans l'arbre du vivant

Le paysage des séquences de génomes en mars 2009

Projets Procaryotes Le paysage des séquences de génomes en mars 2009

Séquençage 2 ème génération : équipements Roche / 454 GS Titanium Illumina / Solexa Genome Analyzer Applied Biosystems SOLiD Titanium 400 b/lecture 600 Mb / run GAII b/lecture. 60 M tags ~10 Gb / run GAIIx (mi ): b/lecture (ou 250 par paires) V3 : 50 b/lecture 250 M tags / run (~10-20 Gb)

3 ème génération vers – PacificBio SMRT –ABI Visigen – Illumina Oxford Nanopore

Y a-t-il encore un besoin de séquence ? inépuisable intérêt des comparaisons (toute nouvelle comparaison apporte un nouvel éclairage) de nombreux phylums totalement inexplorés re-séquençage pas de limite scientifique au besoin, mais limites économiques

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

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

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

Problèmes d'analyses des données d'un métagenome Données très fragmentaires Liens perdus avec les cellules d'origine La grande majorité de ces cellules sont inconnues

Résultats : Hybridation in situ sur les boues 10 µm Floc du bassin aérobie (BA) photo CLSM (gross. 630) hybridation avec sonde : - groupe Planctomycetales Pla46F marqué au CY5 - sonde spécifique « nouveau genre » 322R marqué au CY3 - superposition Pla46F et 322R - autofluorescence

Quelques résultats de la métagénomique - reconstitution de la séquence génomique complète de plusieurs bactéries non cultivables - présence d'un grand nombre de gènes de proteorhodopsine dans les bactéries - découverte de dizaines de milliers de gènes de fonction inconnue - association entre type de flore bactérienne intestinale et obésité

Dans une économie qui essaie petit à petit de s'orienter vers le "durable" la chimie de synthèse souffre d'une série majeure de défauts - elle pollue considérablement procédés déchets CO 2 - elle est entièrement dépendante du carbone fossile matière première source d'énergie La chimie de synthèse, activité industrielle mal aimée entre toutes

- concevoir des procédés ayant des rendements tendant à maximiser la quantité de matières premières retrouvées dans le produit final - utiliser des substances sans danger pour la santé et l'environnement (notamment les solvants) chaque fois que possible - concevoir des procédés avec une bonne efficacité énergétique - traiter les déchets ou mieux ne pas en produire Les lignes directrices de la Chimie Verte La chimie faite par le vivant est une chimie verte par construction

- pas de déchets ou des déchets recyclables - utilise des substances sans danger pour la santé ou l'environnement - matières premières renouvelables (C de la biomasse) - biocatalyseurs hautement spécifiques - minimisant ou évitant la synthèse de sous-produits à éliminer - augmentant les rendements - biocatalyseurs fonctionnent en milieu aqueux dans des conditions douces de température, pression et pH Les potentialités de la biotechnologie industrielle ou biotechnologie blanche ?

limitations Le nombre d’activités biocatalytiques connues utiles à la chimie de synthèse est une des limitations principales de la biotechnologie industrielle Le nombre d'enzymes inconnus, dans les génomes bactériens séquencés et dans les métagénomes, dépasse largement le nombre d'enzymes connus

Pan-génome bactérien ensemble des gènes bactériens