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UE Ecophysio Microbienne - M1 STA2E - parcours IBE Diversité microbienne: Thomas Lerch Institut d’Écologie et des Sciences de l'Environnement de Paris CNRS – Sorbonne Université – INRAE – UPEC – IRD – Université de Paris Micro-organisme (ou microorganisme) 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M...

UE Ecophysio Microbienne - M1 STA2E - parcours IBE Diversité microbienne: Thomas Lerch Institut d’Écologie et des Sciences de l'Environnement de Paris CNRS – Sorbonne Université – INRAE – UPEC – IRD – Université de Paris Micro-organisme (ou microorganisme) 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS A L’ECHELLE… 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Rodrigo Mendes, et al 2011 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Les différents microorganismes 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS De Darwin à LUCA 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS HISTORIQUE 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS De la bulle à la bactérie 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS L’origine des eucariotes ?  Une fusion entre Archées et Bactéries il y a 1,8 Ma ? 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Les bactéries 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Diversité des bactéries 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Diversité des bactéries From 94,759 bacterial genomes, Parks et al., 2018 Archées 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Diversité des archées Baker et al., 2020 Rôle des archées Baker et al., 2020 Baker et al., 2020 Champignons : Levures 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS VIRUS 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Viral diversity on Earth. (A) Network graph showing the viral groups detected in different environments by metaviromic analysis. Each node represents an environment (white) or viral groups (families or known viral genus – colored nodes) classified according to the orders formally recognized by the ICTV. The viruses not currently assigned in any order are listed. The node diameter is proportional to the edge degree. The layout was generated using a force based algorithm followed by manual rearrangement for a better visualization of the connections. A total of 96 viral groups are represented. (B) Relationship between the different environments based on the amount of shared viral groups. Rodrigues et al., 2017 Différences 11 février 2020 Caractéristiques Bactéries Champignons Archées Virus Taille 0,3-5 µm 3-50 µm 0,1-5µM 0,003-0,5 µm ADN/ARN Les deux Les deux Les deux L’un ou l’autre Reproduction Fission binaire Sex ou asex. Fission binaire Parasite Organites Absents Présents Absents Hôte Ribosomes 70S (30S+50S) 80S (40S+60S) 70S (30S+50S) Hôte Membrane PL non ramifiés Ergostérol PL ramifiés Env/No Env. Paroi PTG Chitine Pseudo PTG Non Peptidoglycane Présent Absent Absent Absent ARN polymérase 1 Plusieurs Plusieurs 1 Histone Non Oui Non NP Intron Absents Présents Rares Absents Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Comment analyse t’on la diversité ? 11 février 2020 ❖ Si vous dites « je veux regarder si une pollution modifie la diversité microbienne » ❖ On vous dira « Ok, mais de quoi et quand » ❖ Nécessité de définir dans l’espace et dans le temps les contour de ce que l’on étudie Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Qu’est-ce qu’une communautés microbienne 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Qu’est-ce qu’une communauté microbienne 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Les indices de diversité 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Facteurs modifiant la diversité 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Des processus multi-echelle 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS 1. Mutations Mutation : c’est le changement héréditaire dans la séquence nucléotidique qui ne se traduit pas forcément par un phénotype observable Fréquence de mutants : c’est le nombre de cellules mutantes sur le nombre total de cellules Taux de mutation : c’est la probabilité qu’un événement mutationnel se produise en un laps de temps donné 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Différents types de mutations de l’ADN L’insertion ou la délétion d’un nucléotide dans une séquence codante aura pour effet de décaler le cadre de lecture situé en aval de cette dernière (Cricket al., 1961). 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Cadre de lecture ouverte (ORF) 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS La substitution    11 février 2020 Faux-sens: modification de l’acide aminé codé. Les conséquences variables en fonction de la nature de l’acide aminé substitué et de son importance structurale et biochimique. Non sens: la substitution provoque le remplacement du codon par un codon stop (UAA, UAG ou UGA). Il conduit à la production d’une protéiné tronquée.. Silencieuse: la substitution d’un nucléotide ne modifie pas la séquence d’une protéine en raison de la dégénérescence du code génétique Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Evolution du taux Equipe de Dominique shneider au LAPM Une culture bactérienne a été initiées à partir d'une cellule unique d'Escherichia coli (« l'ancêtre ») et sont cultivées nuit et jour, 365 jours par an, depuis 1988 (55 000 générations : ce qui, à l'échelle humaine, correspond à près de deux millions d'années) 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS 2. Les transferts horizontaux Le transfert horizontal de gènes est un processus dans lequel un organisme intègre du matériel génétique provenant d'un autre organisme sans en être le descendant. Chez les bactéries, le transfert horizontal joue un rôle majeur dans leur diversification 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Les transferts horizontaux 11 février 2020  La conjugaison  La transduction  La transformation bactérienne Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Conjugaison bactérienne 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Transduction bactérienne 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Transformation 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Conséquences des transferts de gènes   Responsable de plus de 25% de différence entre les souches d’E.coli Acquisition de gènes de résistance, pathogènenicité ou résistance à des substances anthropogéniques Les Japonais peuvent assimiler complètement un polysaccharide de la paroi de l'algue, le porphyrane contrairement aux autres populations Transfert horizontal des gènes bactériens marins (Zobellia galactanivorans) vers le génome des bactéries de la microflore intestinale (Bactéroides plebeius)  11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Antibioresistance (Mutation et transfert de gènes) 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Mécanismes d’acquisition 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS SELECTION NATURELLE 11 février 2020  La sélection naturelle correspond simplement à un tri des individus les plus aptes à survivre ou à se reproduire, quelle que soit la raison pour laquelle ils possèdent une telle aptitude.  Pour induire l'évolution d'un trait biologique particulier dans une population sous l'effet de la sélection naturelle, il faut que ce trait biologique varie d'un individu à l'autre, que cette variation individuelle soit héritable, et que cette variation soit corrélée à celle du succès reproducteur ou de la probabilité de survie des individus.  Pour Darwin il était aussi nécessaire que les ressources soient limitées, en fait il se trompait : on peut très bien produire de l'évolution par la sélection naturelle dans une population en croissance exponentielle, (populations expérimentales de bactéries) Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS SELECTION NATURELLE 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Acquisition 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS SELECTION NATURELLE La pression de sélection va être fonction de l’environnement et donc des modifications (perturbations de ce dernier) 11 février 2020 Lerch - IEES Paris M1 STAEE parcours OMICS Peut-on sélectionner des communautés microbiennes sur un trait ?