Les collaborateurs du Earth Microbiome Project collectent et analysent des échantillons de divers environnements à travers le monde. En haut à gauche :Randonnée dans la forêt tropicale de Porto Rico pour échantillonner les sols avec les élèves (crédit :Krista McGuire, Université de l'Oregon). En haut au milieu :Singes Colobine en Chine, dont les microbiomes fécaux ont été échantillonnés pour cette étude (crédit :Kefeng Niu). En haut à droite :Bat au Belize, dont le microbiome fécal a été échantillonné pour cette étude (crédit :Angelique Corthals et Liliana Davalos). En bas à gauche :un chercheur échantillonnant un ruisseau dans la chaîne de montagnes Brooks, Alaska (crédit :Byron Crump). En bas au milieu :écouvillonnage de coquilles d'œufs d'oiseaux d'Espagne (crédit :Juan Peralta-Sanchez). En bas à droite :Chercheur échantillonnant les sols géothermiques les plus au sud de la planète, au sommet du mont Erebus, l'île de Ross, Antarctique (crédit :S. Craig Cary, Univ. de Waikato, Nouvelle-Zélande). Crédit :Krista McGuire, Université de l'Oregon ; Kefeng Niu; Angélique Corhtals et Lilian Davalos; Byron Crump; Juan Peralta-Sanchez; et S. Craig Cary, Université de Waikato, Nouvelle-Zélande
Dans le projet Earth Microbiome, une vaste équipe mondiale co-dirigée par des chercheurs de l'Université de Californie à San Diego, Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique, L'Université de Chicago et le Laboratoire national d'Argonne ont collecté plus de 27, 000 échantillons parmi de nombreux, divers environnements à travers le monde. Ils ont analysé les collections uniques de microbes – les microbiomes – vivant dans chaque échantillon pour générer la première base de données de référence des bactéries colonisant la planète. Grâce aux protocoles nouvellement standardisés, des méthodes analytiques originales et un partage ouvert des données, le projet continuera de croître et de s'améliorer au fur et à mesure que de nouvelles données seront ajoutées.
Le document décrivant cet effort, publié le 1er novembre dans La nature , a été co-écrit par plus de 300 chercheurs dans plus de 160 institutions à travers le monde.
Le Earth Microbiome Project a été fondé en 2010 par Rob Knight, Doctorat, professeur à la faculté de médecine de l'UC San Diego et directeur du Center for Microbiome Innovation de l'UC San Diego; Jacques Gilbert, Doctorat, professeur et directeur de la faculté du Microbiome Center à l'Université de Chicago et chef de groupe en écologie microbienne au Laboratoire national d'Argonne; Rick Stevens, Doctorat, directeur de laboratoire associé au Argonne National Laboratory et professeur et chercheur principal à l'Université de Chicago; et Janet Jansson, Doctorat, scientifique en chef pour la biologie et chercheur de laboratoire au Pacific Northwest National Laboratory. Chevalier, Gilbert et Jansson sont également co-auteurs principaux du document Nature et Stevens est co-auteur.
« Les applications potentielles de cette base de données et les types de questions de recherche que nous pouvons maintenant poser sont presque illimitées, ", a déclaré Knight. "Voici un exemple :nous pouvons maintenant identifier le type d'environnement d'où provient un échantillon dans plus de 90 % des cas, juste en connaissant son microbiome, ou les types et les quantités relatives de microbes qui y vivent. Cela pourrait être des informations médico-légales utiles sur une scène de crime… pensez à « CSI. »"
L'objectif du Earth Microbiome Project est d'échantillonner autant de communautés microbiennes de la Terre que possible afin de faire progresser la compréhension scientifique des microbes et de leurs relations avec leur environnement, y compris les plantes, les animaux et les humains. Cette tâche nécessite l'aide de scientifiques du monde entier. Jusque là, le projet a couvert sept continents et 43 pays, de l'Arctique à l'Antarctique, et plus de 500 chercheurs ont contribué à la collecte d'échantillons et de données. Les membres du projet utilisent ces informations dans le cadre d'environ 100 études, dont la moitié a été publiée dans des revues à comité de lecture.
"Les microbes sont partout, " a déclaré le premier auteur Luke Thompson, Doctorat, qui a assumé le rôle de chef de projet alors qu'il était chercheur postdoctoral au laboratoire de Knight et est actuellement associé de recherche à la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). "Pourtant, avant cette entreprise massive, les changements dans la composition de la communauté microbienne ont été identifiés principalement en se concentrant sur un type d'échantillon, une région à la fois. Cela a rendu difficile l'identification de modèles à travers les environnements et la géographie pour en déduire des principes généralisés. »
Infographie du projet Earth Microbiome. Crédit :Earth Microbiome Project
Les membres du projet analysent la diversité bactérienne dans divers environnements, géographies et chimies par séquençage du gène de l'ARNr 16S, un marqueur génétique spécifique des bactéries et de leurs proches, archée. Les séquences d'ARNr 16S servent de "codes-barres" pour identifier différents types de bactéries, permettant aux chercheurs de les suivre à travers des échantillons du monde entier. Les chercheurs du Earth Microbiome Project ont également utilisé une nouvelle méthode pour supprimer les erreurs de séquençage dans les données, leur permettant d'obtenir une image plus précise du nombre de séquences uniques dans les microbiomes.
Dans cette première diffusion de données, l'équipe du Earth Microbiome Project en a identifié environ 300, 000 séquences microbiennes uniques d'ARNr 16S, dont près de 90 pour cent n'ont pas de correspondances exactes dans les bases de données préexistantes.
Les séquences d'ARNr 16S préexistantes sont limitées car elles n'ont pas été conçues pour permettre aux chercheurs d'ajouter des données d'une manière utile pour l'avenir. Co-auteur du projet Jon Sanders, Doctorat, chercheur postdoctoral au laboratoire de Knight, compare la différence entre ces autres bases de données et le Earth Microbiome Project à la différence entre un annuaire téléphonique et Facebook. "Avant, vous deviez écrire pour que votre séquence soit répertoriée, et la liste contiendrait très peu d'informations sur l'origine de la séquence ou sur les autres séquences avec lesquelles elle a été trouvée, " dit-il. " Maintenant, nous avons un cadre qui prend en charge tout ce contexte supplémentaire, et qui peuvent se développer de manière organique pour prendre en charge de nouveaux types de questions et d'idées."
« Il reste de vastes étendues de diversité microbienne à cataloguer. Et pourtant, nous avons « recapturé » environ la moitié de toutes les séquences bactériennes connues, " dit Gilbert. " Avec cette information, des modèles dans la distribution des microbes de la Terre sont déjà en train d'émerger."
Selon Gilbert, l'une des observations les plus surprenantes est que les séquences 16S uniques sont bien plus spécifiques aux environnements individuels que les unités typiques des espèces utilisées par les scientifiques. La diversité des environnements échantillonnés par le Earth Microbiome Project permet de démontrer à quel point l'environnement local façonne le microbiome. Par exemple, les microbiomes cutanés des cétacés (baleines et dauphins) et des poissons se ressemblent davantage que l'eau dans laquelle ils nagent ; inversement, le sel dans les microbiomes d'eau salée les distingue de l'eau douce, mais ils sont encore plus semblables les uns aux autres qu'à la peau des animaux aquatiques. Globalement, les microbiomes d'un hôte, comme un humain ou un animal, étaient tout à fait distincts des microbiomes libres, comme celles que l'on trouve dans l'eau et le sol. Par exemple, les microbiomes libres étaient beaucoup plus diversifiés, en général, que les microbiomes associés à l'hôte.
"Ces modèles écologiques mondiaux n'offrent qu'un aperçu de ce qui est possible avec un échantillonnage coordonné et cumulatif, " a déclaré Jansson. " Plus d'échantillonnage est nécessaire pour tenir compte de facteurs tels que la latitude et l'altitude, et de suivre les changements environnementaux au fil du temps. Le Earth Microbiome Project fournit à la fois une ressource pour l'exploration d'une myriade de questions, et un point de départ pour l'acquisition guidée de nouvelles données pour y répondre."
