Écologie et diversité microbiennes

L'écologie et la diversité microbiennes étudient l'extraordinaire diversité des microorganismes, leurs relations évolutives et les rôles qu'ils jouent au sein des communautés et des écosystèmes à travers la biosphère.

Definition

L'écologie et la diversité microbiennes désignent l'étude de la variété des microorganismes, de leurs relations évolutives et de leurs interactions les uns avec les autres et avec leurs environnements.

Scope

Ce champ d'étude englobe l'organisation phylogénétique de la vie en trois domaines basée sur des séquences moléculaires ; la diversité des bactéries, des archées et des eucaryotes microbiens ; les archées et les extrêmophiles qui prospèrent dans des environnements extrêmes ; la structure et la fonction des communautés microbiennes et des biofilms ; les microbiomes associés à l'hôte ; et les méthodes moléculaires indépendantes de la culture qui révèlent la majorité non cultivée. Il positionne les microbes comme le fondement des cycles biogéochimiques et de la fonction des écosystèmes.

Sub-topics

• Archées et Extrêmophiles
• Communautés microbiennes et biofilms
• Phylogénie microbienne et les trois domaines
• Microbiomes et associations hôtes

Core questions

• Comment les microorganismes sont-ils liés les uns aux autres et aux autres formes de vie ?
• Qu'est-ce qui explique la vaste diversité de la vie microbienne ?
• Comment les communautés microbiennes s'assemblent-elles et fonctionnent-elles ?
• Comment les méthodes moléculaires révèlent-elles les microbes qui ne peuvent pas être cultivés ?

Key theories

Arbre phylogénétique à trois domaines de la vie

La comparaison des séquences d'ARN ribosomal a révélé que la vie se divise en trois domaines : Bacteria, Archaea et Eukarya, les archées formant une lignée distincte, ce qui a remodelé la compréhension des relations évolutives.

Vision moléculaire de la diversité microbienne

Le séquençage indépendant de la culture des gènes de l'ARN ribosomal provenant de l'environnement a montré que la grande majorité de la diversité microbienne n'avait jamais été cultivée, transformant ainsi les estimations de l'étendue et de la structure de la vie microbienne.

Mechanisms

Les relations phylogénétiques entre les microbes sont inférées à partir de séquences moléculaires conservées, en particulier les gènes de l'ARN ribosomal, qui servent de chronomètres évolutifs. Les méthodes indépendantes de la culture amplifient et séquencent ces gènes directement à partir d'échantillons environnementaux, révélant la composition des communautés sans culture. Au sein des communautés, les microbes interagissent par la compétition, la coopération et l'échange métabolique, s'organisant en assemblages structurés tels que les biofilms et les microbiomes qui régissent les processus écosystémiques.

Clinical relevance

Les communautés microbiennes régissent le cycle global du carbone, de l'azote, du soufre et d'autres éléments, maintiennent la fertilité des sols et la qualité de l'eau, et forment des microbiomes associés à l'hôte qui influencent la biologie des plantes et des animaux, faisant de l'écologie microbienne un domaine fondamental pour les sciences de l'environnement, l'agriculture et la recherche liée à la santé.

History

L'écologie microbienne a été fondée par Winogradsky et Beijerinck à la fin du XIXe siècle. Les études de Carl Woese sur l'ARN ribosomal dans les années 1970 ont révélé les trois domaines de la vie et la spécificité des archées, et Norman Pace et d'autres ont ensuite utilisé des méthodes moléculaires pour montrer que la majeure partie de la diversité microbienne dans la nature reste non cultivée.

Key figures

• Carl Woese
• Norman Pace
• Sergei Winogradsky
• Martinus Beijerinck

Seminal works

• woese1977
• pace1997
• madigan2018

Frequently asked questions

Pourquoi dit-on que la plupart des microbes sont incultivables ?

Les études moléculaires des environnements naturels détectent une diversité microbienne bien plus importante que celle qui peut être cultivée en laboratoire, car la plupart des microbes ont des exigences de croissance spécifiques ou inconnues. Le séquençage indépendant de la culture révèle ces organismes même s'ils n'ont pas été cultivés.

Quels sont les trois domaines de la vie ?

Basée sur des comparaisons de séquences moléculaires, la vie est divisée en trois domaines : Bacteria, Archaea et Eukarya. Les Archaea sont des procaryotes qui forment une lignée distincte des bactéries, une découverte qui a remodelé les vues sur les relations évolutives.