Microbiome

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
Aller à : navigation, rechercher

Sur les autres projets Wikimedia :

Le microbiome (du grec micro = petit et bios = vie) est l'« aire biotique » (aire de vie) du microbiote, le mot microbiote désignant ici les espèces autrefois groupées sous le terme « microflore », c'est-à-dire celles qui prédominent et/ou sont durablement adaptées à la surface et à l'intérieur d'un organisme vivant.

La muqueuse de l'estomac (ici vue en coupe, au microscope) abrite certains micro-organismes, en dépit de l'extrême acidité du milieu stomacal.
L'une de ces espèces (Helicobacter pylori) joue un rôle dans l'ulcère gastro-duodénal

Concepts scientifiques mobilisés[modifier | modifier le code]

Le microbiome est l'expression des conditions écologiques de ces milieux (température, pH, teneurs hormonales, en graisses, en protéines, etc. exposition aux UV, absence de lumière, type de muqueuse, etc.), conditions auxquelles vont répondre les communautés microbiennes en cause, individuellement et/ou collectivement, et qu'elles peuvent modifier ou entretenir à court et moyens termes, mais aussi sur le long terme, c'est-à-dire celui de l'évolution, ou plus précisément de la coévolution du microbiote avec ses hôtes.

Ce concept embrasse les notions de communauté microbienne, de biodiversité microbienne (en nombre d'individus, les microbes sont les organismes les plus nombreux sur terre[1]), d'écologie microbienne et d'interactions durables et fonctionnelles entre micro-organismes, entre eux et l'organisme, ou entre eux et différents organes (allant du simple commensalisme jusqu'à la symbiose, endo- ou ectosymbiose).

Ce concept a, de plus en plus, aussi des bases génétiques. Par extension, le microbiome peut aussi désigner la somme des génomes des micro-organismes vivant dans ou sur un organisme animal ou végétal (hors état pathologique). Un séquençage collectif de ces organismes est possible (métagénomique), applicable à un écosystème complet[2].

Ce concept est issu du concept de commensalisme théorisé par Pierre-Joseph van Beneden durant la seconde moitié du dix-neuvième siècle[3].

Connaissance[modifier | modifier le code]

Microbiotes non-humains[modifier | modifier le code]

Depuis quelques décennies, des chercheurs étudient avec attention le microbiome d'espèces qui nous sont éloignées et qui présentent des capacités particulières de digestion ou de symbiose avec des écosystèmes microbiens particulier, (termites[4] mangeuse de bois, insecte herbivore[5] ou reptile par exemple[6] ou oiseaux comme l'autruche[7] réputée pour son régime alimentaire éclectique) ou proches (primates[8],[9] par exemple) et d'animaux de rentes (le microbiote des ruminants en particulier[10], qui joue un rôle important pour leur santé)...

Le microbiome humain[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Microbiote de l'organisme humain.

Le microbiote de l'homme est lui-même encore très mal connu, mais l'objet de recherches internationales[11] , [12]. Ce n'est qu'en décembre 2007, qu'aux Etats-Unis a été lancé[13], par le NIH un vaste projet scientifique dénommé Human Microbiome Project visant à séquencer tous les gènes ou génomes, des micro-organismes vivant normalement chez l'homme, à partir d'échantillons, prélevés dans la bouche, la gorge et le nez, sur la peau, dans le tube digestif, et dans le tractus urogénital féminin.

On a montré que le microbiome humain est personnel[14], même s'il est aussi influencé par l'alimentation[15],[16] et qu'il se diversifie en vieillissant[17], et qu'il peut acquérir des gènes de bactéries extérieures, par exemple de bactéries marines ont pu être transférées à des bactéries du microbiome de japonais et y persister[18], probablement sélectionnés pour leur intérêt pour le microbiome et/ou pour l'hôte.

Une base de données conçue pour un accès gratuit et facilitant le travail collaboratif, répertoriant le microbiome oral a été ouverte début 2008 par l'Institut américain de recherche dentaire et crâniofaciale (NIDCR) en partenariat avec des chercheurs d'autres pays. Elle contenait déjà 600 micro-organismes.
Grâce au séquençage de l'ARNr 16S, les chercheurs pourront peu à peu classer ces micro-organismes dans un arbre généalogique et mieux comprendre leur importance, par exemple pour l'expression des caries dentaires ou de divers troubles de la digestion.

Évolution des microbiomes[modifier | modifier le code]

Les microbes se reproduisent et évoluent à un rythme plus rapide que celui des cellules de leurs hôtes, et ils évoluent ou co-évoluent en fonction de facteurs qui sont encore difficiles à appréhender[1], souvent sous le contrôle de l'hôte[19] et/ou d'équilibres entretenus par la diversité de la flore et certains virus[20], tant qu'il est en bonne santé.
Ils peuvent en outre bénéficier de transferts horizontaux de gènes (entre cellules, mais aussi entre espèces différentes[21],[22]) notamment dans le microbiome intestinal[23], transferts qui semblent plus rares et difficiles entre les organismes plus complexes notamment animaux[1].

La connaissance de l'évolution des microbiomes est encore lacunaire. Les connaissances dans ce domaine proviennent souvent de modèles très simplificateurs et d'observations biologiques basées sur des observations limitées de communautés très simplifiées[1].

La science est en train de vérifier si les modèles de sélection et d'évolution des théories écologiques et écosystémiques classiques (issues de l'observation et de l'étude des relations entre macro-organismes et leurs écosystèmes) peuvent aussi, ou non, s'appliquer aux microbiomes pour lesquels les pressions de sélections semblent s'appliquer différemment ou à des rythmes différents[24],[1][25].

Un des enjeux d'une meilleure compréhension du fonctionnement des microbiomse est la santé humaine et animale car les déséquilibres ou "maladies du microbiome" semblent aussi pouvoir affecter la santé des hôtes (par exemple concernant la production endogène par la flore intestinale de certaines vitamines[26], la santé sexuelle (avec le microbiome vaginal[27] ou prépucial et du pénis[28] ou le risque d'obésité[29],[30]).

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c, d et e Yeoman, C.J.; Chia, N.; Yildirim, S.; Miller, M.E.B.; Kent, A.; Stumpf, R.; Leigh, S.R.; Nelson, K.E.; White, B.A.; Wilson, B.A.(2011) Towards an Evolutionary Model of Animal-Associated Microbiomes ; Entropy 2011, 13, 570-594 (résumé), article publié en licence CC-BY-SA
  2. Glossaire Futura Sciences
  3. Poreau Brice, Biologie et complexité : histoire et modèles du commensalisme. Thèse d'université, Université Lyon 1, soutenue publiquement le 4 juillet 2014.
  4. Warnecke, F.; Luginbühl, P.; Ivanova, N.; Ghassemian, M.; Richardson, T.H.; Stege, J.T.; Cayouette, M.; McHardy, A.C.; Djordjevic, G.; Aboushadi, N.; et al. (2007) Metagenomic and functional analysis of hindgut microbiome of a wood-feeding higher termite. Nature , 450, 560–565.
  5. Suen, G.; Scot, J.J.; Aylward, F.O.; Adams, S.M.; Tringe, S.G.; Pinto-Tomàs, A.A.; Foster, C.E.; Pauly, M.; Weimer, P.J.; Barry, K.W.; et al (2010) An insect herbivore microbiome with high plant biomass-degrading capacity. PLoS Genet, 6, e1001129.
  6. Costello, E.K.; Gordon, G.I.; Secor, S.M.; Knight, R. (2010), Postprandial remodeling of the gut microbiome in Burmese pythons. Int. Soc. Microb. Ecol. , 4, 1375–1385
  7. Matsui, H.; Kato, Y.; Chikaraishi, T.; Moritani, M.; Ban-Tokuda, T.; Wakita, M. (2010) Microbial diversity in ostrich ceca as revealed by 16s ribosomal RNA gene clone library and detection of novel Fibrobacter species. Anaerobe , 16, 83–93.
  8. Yildrim, S.; Yeoman, C.J.; Sipos, M.; Torralba, M.; Wilson, B.A; Goldberg, T.; Stumpf, R.; Leigh, S.; Nelson, K.; White, B.A (2010) Characterization of fecal microbiome from non-human primates reveals species specific microbial communities. PLoS ONE , 5, e13963.
  9. Rivera, A.J.; Frank, J.A.; Stumpf, R.; Salyers, A.A.; Wilson, B.A.; Olsen, G.J.; Leigh, S (2010) Differences between normal vaginal bacterial community of baboons and that of humans. Am. J. Primatol., 71, 1–8.
  10. Brulc, J.M.; Antonopoulos, D.A.; Miller, M.E.; Wilson, M.K.; Yannarell, A.C.; Dinsdale, E.A.; Edwards, R.E.; Frank, E.D.; Emerson, J.B.; Wacklin, P.; et al. (2009) Gene-centric metagenomics of the fiber-adherent bovine rumen microbiome reveals forage specific glycoside hydrolases. Proc. Natl. Acad. Sci. USA , 106, 1948–1953.
  11. Turnbaugh, P.J.; Ley, R.E.; Hamady, M.; Fraser-Liggett, C.M.; Knight, R.; Gordon, J.I (2007) The human microbiome project. Nature, 449, 804–810
  12. Human Microbiome Jumpstart Reference Strains Consortium. A catalog of reference genomes from the human microbiome. Science 2010, 328, 994–999.
  13. « Scientists Launch First Comprehensive Database of Human Oral Microbiome » ; Communiqué de presse du NIH, daté du 25 mars 2008
  14. Benson, A.K.; Kelly, S.A.; Legge, R.; Ma, F.; Low, S.J.; Kim, J.; Zhang, M.; Oh, P.L.; Nehrenberg, D.; Hua, K.; et al. (2010) Individuality in gut microbiome composition is a complex polygenic trait shaped by multiple environmental and host genetic factors. Proc. Natl. Acad. Sci. USA , 107, 18933–18938
  15. Turnbaugh, P.J.; Ridaura, V.; Faith, J.J.; Rey, F.; Knight, R.; Gordon, J.I (2009) The effect of diet on the human gut microbiome: a metagenomic analysis in humanized gnotobiotic mice. Sci. Transl. Med, 1, 6–14
  16. De Filippo, C.; Cavalieri, D.; Di Paola, M.; Ramazzotti, M.; Poullet, J.B.; Massart, S.; Collini, S.; Pieraccini, G.; Lionetti, P. (2010) Impact of diet in shaping gut microbiome revealed by a comparative study in children from Europe and rural Africa. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 107, 14691–14696.
  17. Mihajlovski, A.; Doré, J.; Levenez, F.; Monique, A.; Brugère, J (2010) Molecular evaluation of the human gut methanogenic archaeal microbiome reveals an age-associated increase in diversity. Environ. Microbiol. Rep, 2, 272–280
  18. Hehemann, J.H.; Correc, G.; Barbeyron, T.; Helbert, W.; Czjzek, M.; Michel, G. (2010) ; Transfer of carbohydrate-active enzymes from marine bacteria to Japanese gut microbiome. Nature , 464, 908–912.
  19. Oh, P.L.; Benson, A.K.; Peterson, D.A.; Patil, P.B.; Moriyama, E.N.; Roos, S.; Walter, J. (2010) Diversification of the gut symbiont Lactobacillus reuteri as a result of host-driven evolution. ISME , 4, 377–387.
  20. Pal, C.; Maciá, M.D.; Oliver, A.; Schachar, I.; Buckling, A. (2007), Coevolution with viruses drives the evolution of bacterial mutation rates. Nature, 450, 1079–1081
  21. Garcia-Vallvé, S.; Romeu, A.; Palau, J. (2000) Horizontal gene transfer in bacterial and archaeal complete genomes. Genome Res, 10, 1719
  22. Cohen, O.; Pupko, T. (2010), Inference and characterization of horizontally transferred gene families using stochastic mapping. Mol. Biol. Evol, 27, 703
  23. Qu, A.; Brulc, J.M.; Wilson, M.K.; Law, B.F.; Theoret, J.R.; Joens, L.A.; Konkel, M.E.; Angly, F.; Dinsdale, E.A.; Edwards, R.E.; Nelson, K.E.; White, B.A. (2008), Comparative metagenomics reveals host-specific metavirulomes and horizontal gene transfer elements in the chicken cecum microbiome. PLoS ON, 3, e2945
  24. Prosser, J.I.; Bohannan, B.J.M.; Curtis, T.P.; Ellis, R.J.; Firestone, M.K.; Freckleton, R.P.; Green, J.L.; Green, L.E.; Killham, K.; Lennon, J.J.; et al. (2007), The role of ecological theory in microbial ecology. Nat. Rev. Microbiol, 5, 384–392
  25. Foster, J.A.; Krone, S.M.; Forney, L.J. (2008), Application of ecological network theory to the human microbiome. Interdiscip. Perspect. Infect. Dis. doi:10.1155/2008/839501
  26. Hill, M.J. Intestinal flora and endogenous vitamin synthesis. Eur. J. Cancer Prev. 1997, 6 (Suppl. 1), S43–S45.
  27. Wilson, B.A.; Thomas, S.M.; Ho, M (2010) The human vaginal microbiome. In Metagenomics of The Human Body; Nelson, K.E., Ed.; Springer: New York, NY, USA
  28. Price, L.B.; Liu, C.M.; Johnson, K.E.; Aziz, M.; Lau, M.K.; Bowers, J.; Ravel, J.; Keim, P.S.; Serwadda, D.; Wawer, M.J.; Gray, R.H (2010) The effects of circumcision on the penis microbiome. PLoS ON, 5, e8422
  29. Schwiertz, A.; Taras, D.; Schäfer, K.; Beijer, S.; Bos, N.A.; Donus, C.; Hardt, P.D. (2010) Microbiome and SCFA in lean and overweight healthy subjects. Obesity, 18, 190–195.
  30. Turnbaugh, P.J.; Hamady, M.; Yatsunenko, T.; Cantarel, B.L.; Duncan, A.; Ley, R.E.; Sogin, M.; Jones, W.J.; Roe, B.A.; Affourtit, J.P.; et al. (2008) A core gut microbiome in obese and lean twins. Nature, 453, 480–484.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Fraune, S.; Bosch, T.C.G (2007) Long-term maintenance of species-specific bacterial microbiome in the basal metazoan Hydra. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 104, 32.
  • Zaura, E.; Keijser, B.J.; Huse, S.M.; Crielaard, W (2009). Defining the healthy “core microbiome” of oral microbial communities. BMC Microbiol, 9, 259
  • Vijay-Kumar, M.; Aitken, J.D.; Carvalho, F.A.; Cullender, T.C.; Mwangi, S.; Srinivasan, S.; Sitaraman, S.V.; Knight, R.; Ley, R.E.; Gewirtz, A.T. (2010), Metabolic syndrome and altered gut microbiome in mice lacking toll-like receptor 5. Science, 328, 228–231