Des chercheurs du Joint Genome Institute (JGI) du Département américain de l’énergie (DOE), un bureau de Science L’installation utilisateur située au laboratoire de Berkeley a publié une étude dans Avancées scientifiques qui évalue l’état actuel de la biodiversité génomique microbienne. À l’aide de données de séquences génomiques accessibles au public générées au cours des trois dernières décennies, leur étude évalue la fraction de la diversité microbienne que nous connaissons et propose une voie à suivre pour conserver et cultiver ce qui est encore inconnu.
« Nous avons plongé en profondeur dans plus de 1,8 million de génomes bactériens et archés pour voir quelle part de leur diversité nous avons réellement capturée », a déclaré le co-premier auteur Dongying Wu, membre de l’équipe d’annotation fonctionnelle au sein du groupe Microbiome Data Science du JGI. . « Il s’avère que malgré tous les génomes que nous avons séquencés, nous n’avons fait qu’effleurer la surface. »
L’étude, a ajouté le co-premier auteur Rekha Seshadri, est un signal d’alarme pour relancer l’art de la microbiologie pratique et de la validation expérimentale.
Les microbes dirigent le monde et jouent un rôle clé dans la régulation des cycles mondiaux des nutriments. Les informations obtenues grâce à la compréhension des interactions entre les microbes, les hôtes et leurs environnements pourraient être appliquées à plusieurs domaines de recherche, notamment l’agriculture, les biocarburants et bioproduits, ainsi que la médecine. En parcourant 30 ans de données de séquençage, l’équipe composée de Wu, Seshadri, Nikos Kyrpides et Natalia Ivanova a mené un recensement des séquences bactériennes et archéennes accessibles au public. Kyrpides dirige le groupe Microbiome Data Science du JGI et Ivanova dirige l’équipe d’annotation fonctionnelle.
Les MAG ont considérablement élargi la diversité estimée des bactéries et des archées
La diversité phylogénétique étant une mesure représentative de la biodiversité, ils ont utilisé cinq gènes marqueurs codant pour des protéines universellement conservés sur près de 2 millions de génomes, y compris des isolats, des génomes assemblés par métagénome (MAG) avec des scores de qualité variables représentant des génomes potentiels, et près de 44 000 génomes. métagénomes. Toutes les données sont accessibles au public dans la collection GenBank du National Center for Biotechnology Information (NCBI) et sur le site du JGI. Génomes microbiens et microbiomes intégrés (IMG/M) base de données.
Dans leur analyse, l’équipe a constaté que les génomes des isolats bactériens représentent 9,73 % de la diversité totale estimée des ensembles de données disponibles. Les efforts visant à récupérer les MAG en extrayant des données directement à partir d’échantillons environnementaux au fil des ans ont considérablement élargi la diversité connue des génomes microbiens, représentant près de 49 % de la diversité bactérienne totale estimée. L’équipe a estimé de manière prudente qu’environ 42 % de la diversité bactérienne n’a aucune représentation génomique dans les bases de données publiques.
Au cours des dernières décennies, les progrès des technologies de séquençage ont permis à la communauté mondiale de recherche de disposer d’une abondance de génomes microbiens. Dans une analyse similaire pour Archéesl’équipe a découvert que les génomes isolés ne représentent que 6,55 % tandis que les MAG représentent environ 57 % de la diversité estimée des ensembles de données disponibles. Cela laisse 36 % de la diversité archéenne sans représentation génomique.
« Quand il s’agit d’isoler les données génomiques, nos pierres de touche du monde réel, nous ne faisons qu’effleurer la proverbiale boîte de Pétri », a déclaré Seshadri. « C’est un rappel de l’urgence de cultiver de nouvelles espèces microbiennes. »
Explorations ciblées pour comprendre le monde microbien
L’auteur correspondant Ivanova a déclaré que le JGI continue de travailler dans le sens d’une représentation génomique croissante de la diversité bactérienne et archéenne, mettant ainsi en lumière l’espace microbien inconnu. Bien que les MAG aient considérablement élargi la diversité connue des génomes microbiens dans les ensembles de données, l’équipe a ajouté que ces informations sont toujours dérivées de calculs. Des études expérimentales sur les isolats cultivés sont nécessaires pour convertir les implications potentielles en science appliquée, contribuant ainsi à une bioéconomie durable.
« Bien que les MAGs informatiques soient un outil révolutionnaire pour la microbiologie, c’est un appel à l’équilibre », a ajouté Seshadri. Elle a noté que les ensembles de données métagénomiques utilisés dans cette étude pourraient aider les chercheurs à améliorer leurs chances de récupérer des espèces isolées spécifiques pour la culture. « Nous avons dessiné la carte au trésor », a-t-elle déclaré. « Fondamentalement, nous pouvons indiquer spécifiquement des échantillons environnementaux où les gens peuvent aller et réinvestir du temps et des efforts dans la récupération. »
Plus d’informations :
Dongying Wu et al, Une perspective métagénomique sur le recensement du génome procaryote microbien, Avancées scientifiques (2025). DOI : 10.1126/sciadv.adq2166