Microbiome

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Microbiome
Le microbiome (du grec
micro, « petit », et bios, « vie »)
est l'« aire biotique » (aire de
vie) du microbiote, le mot
microbiote désignant ici les
espèces autrefois regroupées
sous le terme « microflore »,
c'est-à-dire celles qui
prédominent ou sont
durablement adaptées à la
surface et à l'intérieur d'un
organisme vivant .
Ce terme est introduit en 2001
par le généticien et
microbiologiste américain
Joshua Lederberg pour
intégrer la notion d'une
communauté écologique
comprenant symbiotes,
commensaux et pathogènes
partageant l'espace corporel humain, dans le but de
reconnaître leur fonction de déterminants de la santé et de la
maladie .
En anglais, le terme microbiome fait référence aux génomes
(données génétiques) d'un microbiote. Cette définition ne
semble cependant pas faire consensus parmi les auteurs
français : d'après Pascale Cossart « on parle de "microbiote"
pour désigner l'ensemble des espèces microbiennes présentes
dans un environnement, et de "microbiome" quand il s'agit de
l'ensemble des gènes présents dans ce microbiote » .
Phytobiome (ou microbiome d'un végétal) occupant l'endosphère (toute la
plante) et ici aussi représenté compartimenté, dont en rhizosphère (sur et
à proximité des racines), et phyllosphère (sur et sous les feuilles
uniquement).
On retrouve aussi sur (voire dans) la plante des microbes plus ou moins
ubiquistes et opportunistes, éventuellement pathogènes provenant de l'air
et du sol.
La muqueuse de l'estomac (ici vue
en coupe, au microscope) abrite
certains micro-organismes, en dépit
de l'extrême acidité du milieu
stomacal.
L'une de ces espèces (Helicobacter
pylori) joue un rôle dans l'ulcère
gastro-duodénal.
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Concepts scientifiques mobilisés
Connaissance
Microbiotes non-humains
Le microbiome humain
Évolution des microbiomes
Notes et références
Voir aussi
Bibliographie
Ouvrages en français
Ouvrages en anglais
Articles connexes
Liens externes
Le microbiome est l'expression des conditions écologiques de ces milieux (température, pH,
teneurs hormonales, en graisses, en protéines, etc. exposition aux UV, absence de lumière, type de
muqueuse, etc.), conditions auxquelles vont répondre les communautés microbiennes en cause,
individuellement et/ou collectivement, et qu'elles peuvent modifier ou entretenir à court et
moyens termes, mais aussi sur le long terme, c'est-à-dire celui de l'évolution, ou plus précisément
de la coévolution du microbiote avec ses hôtes.
Ce concept embrasse les notions de communauté microbienne, de biodiversité microbienne (en
nombre d'individus, les microbes sont les organismes les plus nombreux sur terre ), d'écologie
microbienne et d'interactions durables et fonctionnelles entre micro-organismes, entre eux et
l'organisme, ou entre eux et différents organes (allant du simple commensalisme jusqu'à la
symbiose, endo- ou ectosymbiose).
Ce concept a, de plus en plus, aussi des bases génétiques. Par extension, le microbiome peut aussi
désigner la somme des génomes des micro-organismes vivant dans ou sur un organisme animal ou
végétal (hors état pathologique). Un séquençage collectif de ces organismes est possible
(métagénomique), applicable à un écosystème complet .
Ce concept est issu du concept de commensalisme théorisé par Pierre-Joseph van Beneden durant
la seconde moitié du dix-neuvième siècle .
Le mycobiome est la partie du microbiome qui ne concerne que les microchampignons, on parle
par exemple de mycobiome humain , de mycobiome intestinal (qui pourrait jouer un rôle dans la
maladie de Crohn) ou du mycobiome pulmonaire . Il joue un rôle majeur chez de nombreuses
plantes .
Sommaire
Concepts scientifiques mobilisés
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Connaissance
Microbiotes non-humains

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Depuis quelques décennies, des chercheurs étudient avec attention le microbiome d'espèces qui
nous sont éloignées et qui présentent des capacités particulières de digestion ou de symbiose avec
des écosystèmes microbiens particulier, (termites mangeuses de bois, insectes herbivores ou
reptiles par exemple ou oiseaux comme l'autruche réputée pour son régime alimentaire
éclectique) ou proches (primates par exemple) et d'animaux de rentes (le microbiote des
ruminants en particulier , qui joue un rôle important pour leur santé)...
Un microbiote des plantes, notamment associé à la rhizosphère est connu depuis plusieurs
décennies (composé de bactéries et de champignons dits mycorhyziens), notamment chez les
plantes vasculaires. Et des chercheurs ont récemment montré que certains arbres (salicacés)
disposent aussi d'endosymbioses dans leur partie aérienne, avec des bactéries fixatrices d'azote qui
les aident efficacement à pousser dans des lieux oligotrophes carencés en azote bioassimilable.
Des études ont récemment montrés qu'un écosystème à haute diversité biologique est plus stable
et que la biodiversité végétale augmente la productivité d'un milieu . À des niveaux trophiques
"inférieurs", le microbiome végétal a aussi une influence sur la fitness de leurs plantes hôtes
et une hypothèse est que les microbes associés à leurs hôtes végétaux peuvent même influencer le
fonctionnement et l'état de l'écosystème via leur rôle dans le modelage du phénotype étendu de
leurs organismes hôtes . Si le degré d'importance du microbiome végétal pour le
fonctionnement de l'écosystème n'a pas encore pu être quantifié, une expérience récente (2017)
ayant porté sur le lien entre la biodiversité des arbres et le fonctionnement de l'écosystème boisé a
néanmoins fortement plaidé en faveur de l'hypothèse que la diversité des bactéries trouvées sur les
feuilles de ces arbres est positivement liée à la productivité de l'écosystème entier (même après
pris en compte le rôle de la diversité végétale) . Cette étude a aussi conclu que l'identité des
espèces hôtes, leur identité fonctionnelle et leur diversité fonctionnelle étaient les principaux
déterminants de la structure et de la diversité des communautés bactériennes foliaires. Les auteurs
concluent dans ce cas à une corrélation positive entre la diversité microbienne associée à la plante
et la productivité de l'écosystème et ils invitent à prendre en compte ce mécanisme pour améliorer
les modèles de relations entre biodiversité et écosystème .
Le microbiote de l'homme est lui-même encore très mal connu, mais l'objet de recherches
internationales . Ce n'est qu'en décembre 2007, qu'aux États-Unis a été lancé , par le NIH un
vaste projet scientifique dénommé Human Microbiome Project visant à séquencer tous les gènes
ou génomes, des micro-organismes vivant normalement chez l'homme, à partir d'échantillons,
prélevés dans la bouche, la gorge et le nez, sur la peau, dans le tube digestif, et dans le tractus
urogénital féminin ainsi (plus récemment) que dans le tractus urogénital masculin .
On a montré que le microbiome humain est personnel et provient en partie de la mère et du
père , même s'il est aussi influencé par l'alimentation et qu'il se diversifie en vieillissant , et
qu'il peut acquérir des gènes de bactéries extérieures, par exemple de bactéries marines ont pu être
transférées à des bactéries du microbiome de japonais et y persister , probablement sélectionnés
pour leur intérêt pour le microbiome et/ou pour l'hôte.
Une base de données conçue pour un accès gratuit et facilitant le travail collaboratif, répertoriant
le microbiome oral a été ouverte début 2008 par l'Institut américain de recherche dentaire et
crâniofaciale (NIDCR) en partenariat avec des chercheurs d'autres pays. Elle contenait déjà 600
micro-organismes.
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Le microbiome humain
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Grâce au séquençage de l'ARNr 16S, les chercheurs pourront peu à peu classer ces micro-
organismes dans un arbre généalogique et mieux comprendre leur importance, par exemple pour
l'expression des caries dentaires ou de divers troubles de la digestion.
L'évolution des microbiomes se traduit par l'existence de patrons de phylosymbiose , dans
lesquels les compositions du microbiote de deux espèces sont d'autant plus similaires que ces
espèces sont proches phylogénétiquement. Ce phénomène a été retrouvé pour différents genres
d'arthropodes, chez les grands singes .
La co-évolution mammifères-microbes constitue un « paradoxe immunologique », appelé aussi
« inflammation physiologique ». Ce paradoxe revient à se demander par quels mécanismes les
mammifères peuvent en même temps conjuguer une tolérance aux microorganismes symbiotes /
commensaux (symbiontes) et une élimination des microorganismes pathogènes (pathobiontes).
D'où l'émergence d'un nouveau paradigme scientifique selon lequel le développement du système
immunitaire est lié au maintien du microbiome .
Les microbes se reproduisent et évoluent à un rythme plus rapide que celui des cellules de leurs
hôtes, et ils évoluent ou co-évoluent en fonction de facteurs qui sont encore difficiles à
appréhender , souvent sous le contrôle de l'hôte et/ou d'équilibres entretenus par la diversité de
la flore et certains virus , tant qu'il est en bonne santé.
Ils peuvent en outre bénéficier de transferts horizontaux de gènes (entre cellules, mais aussi entre
espèces différentes ) notamment dans le microbiome intestinal , transferts qui semblent plus
rares et difficiles entre les organismes plus complexes, notamment animaux .
La connaissance de l'évolution des microbiomes est encore lacunaire. Les connaissances dans ce
domaine proviennent souvent de modèles très simplificateurs et d'observations biologiques basées
sur des observations limitées de communautés très simplifiées .
La science est en train de vérifier si les modèles de sélection et d'évolution des théories écologiques
et écosystémiques classiques (issues de l'observation et de l'étude des relations entre macro-
organismes et leurs écosystèmes) conviennent aussi, ou pas, aux microbiomes pour lesquels les
pressions de sélections semblent s'appliquer différemment ou à des rythmes différents .
Un des enjeux d'une meilleure compréhension du fonctionnement des microbiomes est la santé,
humaine et animale, car les déséquilibres ou "maladies du microbiome" semblent aussi pouvoir
affecter la santé des hôtes (par exemple concernant la production endogène par la flore intestinale
de certaines vitamines , la santé sexuelle - avec le microbiome vaginal ou prépucial et du
pénis - ou le risque d'obésité ).
1. Stéphane Blanc, Gilles Boëtsch, Martine Hossaert-McKey, François Renaud, Écologie de la
santé, Cherche Midi, 2017, p. 184.
2. (en) Joshua Lederberg & Alexa T. McCray, « 'Ome sweet 'omics : a genealogical treasury of
Words », Scientist, vol. 15, n 7, 2 avril 2001, p. 8 (lire en ligne (http://www.the-scientist.com/?a
rticles.view/articleNo/13313/title/-Ome-Sweet--Omics---A-Genealogical-Treasury-of-Words/))
3. Cossart 2016, p. 90.
Évolution des microbiomes
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Notes et références
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(résumé (http://www.mdpi.com/1099-4300/13/3/570)), article publié en licence CC-BY-SA
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