Une armée de scientifiques se mobilise pour cartographier le microbiome des sols américains

Par Jill Rosen

Les généticiens de l’Université Johns Hopkins et une petite armée de chercheurs à travers le pays, incluant des étudiants, travaillent à cataloguer le vaste et largement inconnu microbiome du sol des États-Unis.

Le projet, l’une des plus grandes études sur le microbiome jamais tentées, a déjà abouti à la découverte de plus de 1 000 nouvelles souches de bactéries et de microbes jamais vus auparavant – représentant encore une infime fraction de la matière noire microbienne.

« Ce vide scientifique que nous tentons de combler sur la diversité microbienne ne pourrait être accompli qu’avec ce réseau de scientifiques et d’étudiants à travers les États-Unis », a déclaré l’auteur principal Michael Schatz , un expert de premier plan en génomique qui a contribué à cartographier le génome humain, ainsi que les génomes de nombreuses autres espèces animales et végétales. « Le sol est l’environnement le plus biologiquement actif de la planète, pourtant nous n’avons échantillonné qu’une infime fraction de la vie qui y réside. »

Points clés

• Le consortium BioDIGS couvre plus de 40 sites à travers le pays avec une équipe de 150 membres incluant des chercheurs et des étudiants.
• L’équipe utilise la même technologie sophistiquée de séquençage d’ADN qui a permis de décoder les dernières portions du génome humain.
• On estime que 99 % des micro-organismes du sol restent non étudiés, ou font partie de ce que les scientifiques appellent la « matière noire microbienne ».

Le sol est l’habitat le plus biodiversifié de la planète, abritant plus de la moitié de toutes les espèces existantes, y compris les vertébrés, les arthropodes, les annélides, les nématodes, les plantes et les champignons, ainsi que des millions de bactéries, d’archées, de bactériophages et d’autres espèces microbiennes.

Certains micro-organismes du sol sont essentiels aux fonctions écologiques dont dépendent la vie humaine, animale et végétale. D’autres favorisent la résistance aux antimicrobiens, ce qui menace la santé humaine en permettant aux bactéries et aux virus de devenir immunisés contre les antibiotiques et autres médicaments.

On estime que 99 % des micro-organismes du sol restent non étudiés, ou font partie de ce que les scientifiques appellent la « matière noire microbienne ». Avec des dizaines de chercheurs dans la plupart des États du pays, armés des dernières technologies d’analyse d’ADN, cette équipe espère progresser.

Le consortium BioDiversity and Informatics for Genomics Scholars (BioDIGS) couvre plus de 40 sites à travers le pays. L’équipe d’environ 150 personnes comprend des chercheurs de dizaines d’institutions, dont de nombreux étudiants. Le projet a été en partie inspiré par le Consortium MetaSUB , une étude lancée en 2010 pour collecter et étudier les microbes de chaque station de métro de New York, qui a finalement évolué en une initiative mondiale.

La vaste équipe collecte des échantillons de sol en milieu urbain et rural, puis les analyse, recherchant des relations génétiques et des modèles entre le sol, l’environnement et la santé humaine. Les progrès récents de la technologie utilisée pour étudier l’ADN, en particulier le séquençage long, le rendent possible. L’équipe utilise la même technologie sophistiquée qui a permis de décoder les dernières portions du génome humain.

BioDIGS a collecté des échantillons dans tous les coins du pays, à partir d’une grande variété de terrains. Autour de Baltimore, les équipes ont collecté des échantillons dans des terrains de jeux, des ruisseaux boisés et des sentiers de randonnée populaires. L’équipe du Spelman College à Atlanta a collecté des échantillons près d’un site dangereux de déchets Superfund. D’autres se sont intéressés à tout, des fermes et des pelouses aux prairies sauvages, forêts et parcs.

Emily Biggane, qui dirige l’effort de collecte au United Tribes Technical College dans le Dakota du Nord, a déclaré que BioDIGS a « étendu la portée de la science. Les étudiants de l’UTTC ont collecté des échantillons dans une partie ouverte de leur campus qui pourrait être aménagée. »

« Nos étudiants ont un profond lien avec la terre, et ce projet a offert une opportunité d’explorer les propriétés de quelque chose de célébré et honoré », a déclaré Biggane, qui est membre du corps enseignant de recherche. « Les étudiants ont appris sur les organismes microscopiques qui habitent le sol, et ce fut une expérience holistique pour mieux comprendre le sol qui nous soutient. »

Tout en travaillant à combler les lacunes de connaissances sur la biodiversité des sols, BioDIGS encourage également la nouvelle génération de scientifiques en génétique et renforce le matériel pédagogique de génétique dans les écoles participantes. À ce jour, plus de 100 étudiants chercheurs ont contribué au projet, et les organisateurs s’attendent à en engager beaucoup d’autres au fur et à mesure que le travail s’étend.

« Les étudiants peuvent être des scientifiques des données très sophistiqués », a déclaré Schatz, Bloomberg Distinguished Professor of Computational Biology and Oncology à Johns Hopkins. « Ils ont participé à la collecte d’échantillons et maintenant nous comptons sur eux pour aider à construire les génomes de référence des microbes, scanner et identifier les gènes – tout. Nous savions que nous ne pouvions pas le faire seuls. »

Les auteurs correspondants incluent Emily Biggane du United Tribes Technical College dans le Dakota du Nord ; Mentewab Ayalew du Spelman College ; Karla Fuller de la City University of New York ; Ava M. Hoffman du Fred Hutch Data Science Lab ; et Xianfa Xie de la Virginia State University. Il y a des dizaines d’auteurs supplémentaires.

Source : John Hopkins U