Contenu principal
Biologie
Cours : Biologie > Chapitre 9
Leçon 25: Bactéries et archéesClassification et diversité des procaryotes
Les différents groupes de procaryotes. Relations évolutives entre les bactéries et les archées. Extrêmophiles.
Les points clés :
- Les deux domaines procaryotes, les bactéries (Bacteria) et les archées (Archaea), se sont séparés très tôt au cours de l'évolution de la vie.
- Les bactéries sont très diverses, allant des pathogènes aux bactéries photosynthétiques bénéfiques et symbiotes.
- Les archées sont aussi variées, mais aucune n’est pathogène et beaucoup vivent dans des environnements extrêmes.
- Une approche de séquençage d’ADN appelée métagénomique permet aux scientifiques d'identifier de nouvelles espèces de bactéries et d'archées, y compris celles qui ne peuvent pas être cultivées.
Introduction
Les procaryotes, comprenant à la fois les bactéries et les archées, se trouvent presque partout : dans chaque écosystème, sur toutes les surfaces de nos maisons et à l’intérieur de notre corps ! Certains vivent dans des environnements trop extrêmes pour d’autres organismes, tels que les cheminées sous-marines du plancher océanique.
Bien qu'on les trouve tout autour de nous, les procaryotes sont difficiles à détecter, à compter et à classer. Les espèces procaryotes qu'on connait aujourd'hui ne sont qu'une toute petite fraction de toutes les espèces procaryotes qui ont probablement existé . En fait, l'idée même "d'espèce" devient compliquée dans le monde des procaryotes !
Dans cet article, on va d'abord aborder les groupes principaux de procaryotes. Puis on explorera pourquoi il est souvent difficile de les identifier et de les classer. Enfin on verra comment les méthodes de séquençage d'ADN permettent d'avoir une meilleure idée des procaryotes qui nous entourent.
"Arbre généalogique" procaryote
Pendant longtemps, tous les procaryotes ont été classés dans un domaine unique (le plus grand groupe taxonomique).
Mais dans les années 1970, le travail du microbiologiste Carl Woese démontre que les procaryotes sont divisés en deux lignées distinctes, ou lignes de descendance : les archées et les bactéries. Aujourd'hui, ces groupes sont considérés comme formant deux des trois domaines du vivant. Le troisième domaine (Eukaryota) inclut tous les eucaryotes, comme les plantes, les animaux et les champignons .
Depuis leur séparation il y a des millions d'années, les bactéries et les archées se sont scindées en de nombreux groupes et espèces.
Bactéries
Le domaine des bactéries comporte groupes principaux : les protéobactéries, les chlamydies, les spirochètes, les cyanobactéries et les bactéries à Gram positif.
Les protéobactéries sont divisées en cinq groupes, d'alpha à epsilon. Les espèces appartenant à ces groupes présentent des styles de vie très variés. Certaines vivent en symbiose avec des plantes, d'autres dans des cheminées sous-marines, et d'autres encore sont la cause de maladies humaines, comme les ulcères de l'estomac (Helicobacter pylori) et les intoxications alimentaires (Salmonella).
Les quatre autres grands groupes de bactéries sont également diversifiés. Les chlamydies sont des agents pathogènes qui vivent à l'intérieur des cellules hôtes, tandis que les cyanobactéries sont des organismes photosynthétiques qui produisent la plupart de l'oxygène sur Terre. Les spirochètes comprennent à la fois des bactéries inoffensives et des bactéries pathogènes, comme le Borrelia burgdorferi qui est responsable de la maladie de Lyme. Il en va de même pour les bactéries à Gram positif qui s'étendent des bactéries probiotiques du yaourt au Bacillus anthracis, qui provoque l'anthrax .
Les archées
Le domaine des archées comporte groupes majeurs. Étonnamment, aucune archée pathogène pour les humains n'a encore été découverte à ce jour.
Les archées vivent dans notre corps et dans ceux des animaux — par exemple, dans notre intestin —, mais toutes semblent inoffensives ou bénéfiques. Bien qu'il y ait des hypothèses, personne ne sait exactement pourquoi les archées sont toutes "amicales", c'est-à-dire pourquoi aucune espèce pathogène n'est apparue .
À côté des archées qui jouissent d'un environnement confortable tel que l'intestin humain, il existe beaucoup d'espèces extrêmophiles qui vivent dans des endroits beaucoup moins hospitaliers. Il s'agit notamment des sources thermales volcaniques, des cheminées sous-marines, et d'environnements très salés comme la mer Morte.
Les nombreux "mystères procaryotes"
Pendant de nombreuses années, la démarche principale pour étudier les procaryotes était de les cultiver en laboratoire. Si un organisme pouvait être cultivé sur une plaque de gélose ou en culture liquide, il pourrait être étudié, analysé, et ajouté à catalogue grandissant des espèces et des souches de procaryotes.
Néanmoins, certains procaryotes ne peuvent pas pousser en laboratoire (du moins, pas dans les conditions que les scientifiques ont testées). En fait, on estime que de bactéries et d'archées ne sont pas cultivables !
Cela constitue un manque considérable dans notre compréhension de ce que sont les procaryotes. Il faut savoir qu'il y a d'espèces eucaryotes connues . Si ce problème de culture s'appliquait aux eucaryotes (dans la même mesure que chez les procaryotes), on ne connaîtrait que de ces espèces. Ce qui donnerait un arbre de vie très peu rempli. Et notre compréhension de ce que sont les eucaryotes (en tant que groupe) serait largement incomplète. Par exemple, on connaîtrait probablement l'existence des animaux, mais on passerait complètement à côté de celle des plantes ou des champignons !
Qu'est-ce qu'une espèce procaryote ?
Avant de parler de la recherche d'espèces procaryotes, il faut probablement définir ce qu'elles sont. C'est une question basique, mais complexe et même polémique si vous êtes un microbiologiste.
Pour les eucaryotes, la plupart des scientifiques définissent une espèce comme un groupe d'organismes qui peuvent se croiser entre eux et engendrer une progéniture fertile. Cette définition a un sens pour les espèces qui se reproduisent sexuellement, mais elle ne fonctionne pas aussi bien pour les organismes comme les bactéries. Les bactéries se reproduisent de manière asexuée en produisant des clones d'elles-mêmes — elles ne se croisent pas.
Les scientifiques classent plutôt les bactéries et les archées en groupes taxonomiques sur la base de similitudes d'apparence, de physiologie et de gènes . Beaucoup sont nommées en utilisant la taxonomie linnéenne traditionnelle, avec un genre et une espèce. Néanmoins, les scientifiques débattent encore pour savoir comment et si les procaryotes doivent être regroupés en espèces. Le "concept d'espèce" adapté à ces organismes reste encore à affiner .
La métagénomique : une nouvelle fenêtre sur les microbes
Les scientifiques estiment qu'il existe probablement des millions d'espèces procaryotes (ou des sortes de groupes d'espèces), mais on en sait très peu sur la plupart d'entre elles . Ceci commence à changer grâce au séquençage de l'ADN à haut débit.
Le séquençage de l'ADN permet aux scientifiques d'étudier des communautés procaryotes entières dans leurs habitats naturels – y compris les nombreux procaryotes qui ne sont pas cultivables, et qui étaient auparavant "invisibles" pour les chercheurs.
Le génome collectif d'une telle communauté est appelé son métagénome, et l'analyse des séquences de métagénome est qualifiée de métagénomique. La métagénomique chez les procaryotes est l'un des domaines de la biologie que je trouve le plus cool et le plus mystérieux.
Par exemple, un échantillon d'ADN peut être prélevé sur un tapis microbien d'une source chaude, comme ces tapis multicolores que l'on trouve dans le parc national de Yellowstone. Même un petit échantillon de cette riche communauté contient une multitude d'individus d'espèces différentes .
En séquençant et en analysant des échantillons d'ADN d'un métagénome, les scientifiques parviennent parfois à assembler les génomes entiers d'espèces auparavant inconnues. Dans d'autres cas, ils utilisent les informations de séquences de gènes spécifiques pour déterminer quels types de procaryotes sont présents (et comment ils sont reliés les uns aux autres ou aux espèces connues). Les gènes trouvés dans les échantillons d'ADN peuvent également fournir des indices sur les stratégies métaboliques des organismes de la communauté .
Vous souhaitez rejoindre la discussion ?
Pas encore de posts.