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La générosité génomique imprévue de l'océan
L'océan abrite une ménagerie étonnamment et étonnamment diversifiée de micro-organismes, selon une étude génétique massive publiée aujourd'hui. Les découvertes proviennent de l'expédition du pionnier de la génomique Craig Venter pour faire le tour du monde en yacht, collectant et analysant les organismes marins en cours de route. Le niveau inattendu de diversité suggère que malgré les près de 200 organismes qui ont été séquencés à ce jour, les chercheurs viennent de commencer à gratter la surface du répertoire génétique de la terre.
Séquençage de la mer : Le pionnier de la génomique Craig Venter a fait le tour du globe dans son yacht, collectant des échantillons d'océan pour l'analyse génomique en cours de route.
Nous n'avons pas compris grand-chose à propos de notre propre planète et de notre propre environnement, a déclaré Venter. Examen de la technologie de son bateau, le Sorcier II , actuellement dans la mer de Cortez, au Mexique. Nous avons manqué jusqu'à 99% des formes de vie et de la biologie. Il dit que les séquences génétiques générées par le projet auront un large impact, allant de l'aide aux scientifiques à comprendre les cycles mondiaux du carbone à l'identification d'une vie possible sur Mars.
Les micro-organismes constituent l'essentiel de la vie sur Terre, jouant un rôle majeur dans le cycle du carbone et d'autres cycles énergétiques mondiaux. Pourtant, comme seulement environ 1% des organismes peuvent être cultivés en laboratoire, il est difficile d'identifier et de comprendre ces créatures microscopiques. À présent, les méthodes de séquençage des gènes en constante amélioration développées au cours des dernières années offrent aux microbiologistes un nouvel outil avec lequel étudier les 99 pour cent restants. Les scientifiques peuvent extraire le matériel génétique d'une goutte d'eau de mer, puis séquencer cet ADN, en dérivant des indices génomiques sur tous les organismes vivant dans cet environnement.
Après une étude pilote réussie de la mer des Sargasses en 2003, Venter s'est lancé dans une expédition beaucoup plus longue, en suivant la route du navire britannique le Challenger , un voyage de recherche qui a catalogué 5 000 nouvelles espèces marines à la fin des années 1800. L'équipage a parcouru près de 6 000 milles à bord du yacht de Venter, collectant des échantillons d'eau de surface tous les 200 milles.
La première série de résultats, publiée cette semaine dans trois articles de la revue Biologie PLoS , a révélé six millions de nouvelles protéines, doublant le nombre de séquences protéiques connues. Partout où nous avons échantillonné, nous avons trouvé de nouvelles protéines, explique Venter.
Les chercheurs se sont principalement concentrés sur l'analyse de nouvelles séquences codant pour les protéines, plutôt que sur l'identification de micro-organismes spécifiques, car la variété de l'ADN rendait difficile l'assemblage en génomes uniques. (Les séquences d'ADN générées à partir d'une goutte d'eau de mer contiennent des fragments du génome de nombreux micro-organismes différents. Les scientifiques comparent cela à essayer de rassembler un puzzle à partir d'une boîte contenant quelques pièces de mille puzzles différents.)
Cette nouvelle collection de protéines devrait faire la lumière sur l'évolution des protéines, et peut-être même faire allusion à la génétique de nos premiers organismes ancestraux. Avec une collection diversifiée de protéines, vous pouvez construire un arbre phylogénétique et essayer de déduire la fonction et son évolution, explique Shibu Yooseph, scientifique à l'Institut J. Craig Venter, à Rockville, MD, et auteur principal de l'un des Biologie PLoS papiers. Pour chaque famille que nous avons examinée, le nombre et la diversité des nouvelles protéines étaient vraiment inattendus.
L'un des types de protéines les plus abondants identifiés dans l'étude provient des protéorhodopsines, des molécules qui ressemblent à des protéines photosensibles dans l'œil humain. Ils semblent doter les micro-organismes d'un mécanisme alternatif à la photosynthèse afin de générer de l'énergie à partir de la lumière. Les chercheurs ont également découvert que de légers changements dans la protéine affectent la longueur d'onde de la lumière que l'organisme peut absorber : la variante particulière qu'un organisme possède semble suivre la couleur prédominante de l'eau dans son environnement. Sur la côte, par exemple, où l'eau est verte, les organismes peuvent principalement absorber la lumière verte. Mais dans les grands fonds, où l'eau est bleue, les organismes peuvent principalement absorber la lumière bleue.
En fait, chaque environnement échantillonné présentait une grande diversité génétique, à la fois à l'intérieur et entre les échantillons. Les résultats remettent en question la notion d'espèce dans les micro-organismes. Lorsque vous regardez les microbes, ils ne semblent pas être des espèces individuelles, explique Douglas Rusch, également scientifique à l'Institut Venter et auteur de l'un des articles. Cela semble être un mélange complexe, que nous décrivons comme des sous-types, qui sont adaptés à un environnement particulier.
Le projet de Venter fait partie d'une nouvelle tendance en génomique, rendue possible par les nouvelles technologies de séquençage, pour séquencer des communautés microbiennes entières plutôt que des organismes individuels. Ces technologies permettent un séquençage massivement parallèle, de sorte que nous pouvons obtenir des centaines de milliers de séquences en une seule fois, explique Georges Weinstock , codirecteur de la Centre de séquençage du génome humain au Baylor College of Medicine, à Houston. Jusqu'à présent, les scientifiques ont séquencé les habitants microbiens des carcasses de baleines, des stations d'épuration, des sites de drainage minier acide et des intestins de termites, entre autres.
Les communautés microbiennes sont presque comme un super-organisme, où chaque microbe contribue à la communauté dans son ensemble, explique Weinstock. Nous devons vraiment caractériser le métagénome et analyser les gènes et les produits protéiques comme un agrégat.
Venter et d'autres espèrent finalement trouver des protéines qui peuvent être cooptées pour créer de nouvelles machines bactériennes - des protéines impliquées dans la production d'hydrogène ou la fixation du carbone, par exemple, qui pourraient un jour être conçues pour augmenter la capacité de fixation du carbone de l'océan ou pour créer des bactéries productrices de carburant. Les gènes sont la composante de conception de l'avenir, dit Venter.