L’océan est le plus grand habitat de la planète, mais une grande partie de sa biodiversité est encore inconnue. Une étude publiée dans Frontières de la science marque une avancée significative, en fournissant la base de données la plus vaste et la plus complète sur les microbes marins à ce jour, en fonction de leur fonction biologique, de leur emplacement et du type d’habitat.
« Le KMAP Global Ocean Gene Catalog 1.0 constitue un pas en avant vers la compréhension de toute la diversité de l’océan, contenant plus de 317 millions de groupes de gènes provenant d’organismes marins du monde entier », a déclaré l’auteur principal Elisa Laiolo de l’Université des sciences et technologies King Abdullah (KAUST). en Arabie Saoudite. « Le catalogue se concentre sur les microbes marins, qui ont un impact considérable sur la vie humaine en raison de leur influence sur la santé des océans et sur le climat de la Terre. »
« Le catalogue est disponible gratuitement via la plateforme d’analyse métagénomique KAUST (KMAP) », a ajouté l’auteur principal de l’étude, le professeur Carlos Duarte, membre du corps professoral de KAUST. « Les scientifiques peuvent accéder au catalogue à distance pour étudier le fonctionnement des différents écosystèmes océaniques, suivre l’impact de la pollution et du réchauffement climatique et rechercher des applications biotechnologiques telles que de nouveaux antibiotiques ou de nouvelles façons de décomposer les plastiques : les possibilités sont infinies. »
Une prouesse d’innovation technologique et de collaboration scientifique
Les chercheurs cartographient la biodiversité marine depuis des centaines d’années, mais ont été confrontés à de nombreux défis pour créer un atlas complet de la vie océanique. La première est que la plupart des organismes marins ne peuvent pas être étudiés en laboratoire. L’avènement des technologies de séquençage de l’ADN a surmonté ce problème en permettant d’identifier les organismes directement à partir de l’eau et des sédiments océaniques.
« Comme chaque espèce possède son propre ensemble de gènes, nous pouvons identifier quels organismes se trouvent dans un échantillon océanique en analysant son matériel génétique », a expliqué Laiolo. « Deux avancées technologiques ont rendu cela possible à grande échelle.
« Le premier est l’énorme augmentation de la vitesse et la diminution du coût des technologies de séquençage de l’ADN. Cela a permis aux chercheurs de séquencer tout le matériel génétique de milliers d’échantillons océaniques. »
« La seconde est le développement d’une puissance de calcul massive et de technologies d’IA, qui permettent d’analyser ces millions de séquences. »
L’équipe a utilisé KMAP pour analyser les séquences d’ADN de 2 102 échantillons océaniques prélevés à différentes profondeurs et à différents endroits dans le monde. Cette infrastructure informatique avancée a identifié 317,5 millions de groupes de gènes, dont plus de la moitié ont pu être classés selon le type d’organisme et la fonction des gènes. En faisant correspondre ces informations avec l’emplacement de l’échantillon et le type d’habitat, le catalogue résultant fournit des informations sans précédent sur les microbes qui vivent, où et ce qu’ils font.
« Cette réalisation reflète l’importance cruciale de la science ouverte », a déclaré Duarte. « La construction du catalogue n’a été possible que grâce à d’ambitieuses expéditions mondiales à la voile au cours desquelles les échantillons ont été collectés et au partage de l’ADN des échantillons dans les archives européennes de nucléotides en libre accès. Nous poursuivons ces efforts de collaboration en rendant le catalogue disponible gratuitement. »
Une richesse d’applications scientifiques et industrielles
Le catalogue a déjà révélé une différence dans l’activité microbienne dans la colonne d’eau et le fond océanique, ainsi qu’un nombre surprenant de champignons vivant dans la zone mésopélagique « crépusculaire ». Ces connaissances, ainsi que d’autres, aideront les scientifiques à comprendre comment les microbes vivant dans différents habitats façonnent les écosystèmes, contribuent à la santé des océans et influencent le climat.
Le catalogue sert également de référence pour suivre l’effet des impacts humains comme la pollution et le réchauffement climatique sur la vie marine. Et il offre une richesse de matériel génétique que les chercheurs peuvent analyser pour trouver de nouveaux gènes qui pourraient être utilisés pour le développement de médicaments, l’énergie et l’agriculture.
Vers un génome océanique mondial
Le KMAP Ocean Gene Catalog 1.0 est une première étape vers le développement d’un atlas du génome océanique mondial, qui documentera chaque gène de chaque espèce marine dans le monde, des bactéries et champignons aux plantes et animaux.
« Notre analyse met en évidence la nécessité de continuer à échantillonner les océans, en se concentrant sur les zones sous-étudiées, telles que les fonds marins et les fonds marins. De plus, comme l’océan est en constante évolution, à la fois en raison de l’activité humaine et des processus naturels, le catalogue devra être continuellement mis à jour », a déclaré Laiolo.
Duarte prévient que malgré ses avantages évidents, l’avenir du catalogue est incertain. Un obstacle majeur réside dans le statut de la législation internationale sur le partage des avantages découlant des découvertes faites dans les eaux internationales.
« Bien que le Traité de la Haute Mer de 2023 offre certaines solutions, il pourrait par inadvertance entraver la recherche en réduisant les incitations à investir pour les entreprises et les gouvernements. Une telle incertitude doit être résolue maintenant que nous avons atteint le point où les technologies génétiques et d’intelligence artificielle pourraient débloquer une innovation et progrès en matière de biotechnologie bleue », a-t-il conclu.
Plus d’information:
Elisa Laiolo et al, Sondage métagénomique vers un atlas des fondements taxonomiques et métaboliques du génome océanique mondial, Frontières de la science (2024). DOI : 10.3389/fsci.2023.1038696