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Quel est le plus grand organisme anaérobie obligatoire découvert à ce jour ?


Outre de nombreux organismes unicellulaires anaérobies, il existe des vers annélides qui sont anaérobies obligatoires au moins dans leurs premiers stades de développement. Probablement, en raison des faibles niveaux de concentration dans la nature, certaines des autres méthodes de respiration (comme la réduction de l'uranium ou du fer) peuvent limiter la taille maximale d'un organisme. Compte tenu du niveau d'énergie extrait plus faible par rapport à la respiration d'oxygène, quelles limites de taille imposent la respiration de sulfate, de soufre ou de méthanogenèse ? Quel est le plus grand organisme découvert, éteint ou vivant, qui soit anaérobie obligatoire ?


Il y a trois vers qui ont été trouvés dans les sédiments du fond marin méditerranéen, qui non seulement vivent sans oxygène mais ne tolèrent pas non plus l'exposition à l'oxygène. Ils appartiennent aux métazoaires, pour plus de détails voir soit le rapport (référence 1) soit l'article original (référence 2). Ils atteignent une taille d'environ 1 mm.

Les références:

  1. Les scientifiques découvrent la première vie multicellulaire qui n'a pas besoin d'oxygène
  2. Le premier métazoaire vivant dans des conditions d'anoxie permanente

La biologie

Les maladies infectieuses tuent des millions de personnes chaque année, mais la recherche de traitements est entravée par le fait que les souris de laboratoire ne sont pas sensibles à certains virus humains, y compris des tueurs comme le virus de l'immunodéficience humaine (VIH). Pendant des décennies, les chercheurs se sont tournés vers des souris dont le système immunitaire a été « humanisé » pour réagir d'une manière similaire à celle des humains.

Maintenant, une équipe de l'Université de Princeton a développé un moyen complet d'évaluer comment les réponses immunitaires des souris humanisées se comparent aux humains réels. L'équipe de recherche a examiné les réponses immunitaires de la souris et de l'homme à l'un des vaccins les plus puissants connus, un vaccin contre la fièvre jaune appelé YFV-17D. La comparaison de ces "signatures de vaccins" a montré qu'une souris humanisée récemment développée à Princeton partage des réponses importantes du système immunitaire avec les humains. L'étude a été publiée dans la revue Communication Nature.

"La compréhension des réponses immunitaires aux agents pathogènes humains et aux vaccins potentiels reste difficile en raison des différences dans la façon dont notre système immunitaire humain réagit aux stimuli, par rapport, par exemple, à celui des souris, rats ou autres animaux conventionnels", a déclaré Alexander Ploss, professeur agrégé. de biologie moléculaire à Princeton. « Jusqu'à présent, il manquait une méthode rigoureuse pour tester la fonctionnalité du système immunitaire humain dans un tel modèle. Notre étude met en évidence un paradigme expérimental pour combler cette lacune.

Les souris humanisées sont utilisées dans la recherche sur les maladies infectieuses depuis la fin des années 1980. Pourtant, sans comparaisons rigoureuses, les chercheurs savent peu de choses sur la façon dont les souris prédisent les réponses humaines telles que la production de cellules et d'anticorps anti-infectieux.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont exposé les souris au vaccin YFV-17D, qui est fabriqué à partir d'un virus de la fièvre jaune vivant affaibli ou atténué. Les vaccins protègent contre une infection future en provoquant la production d'anticorps et de cellules du système immunitaire.

Dans des travaux antérieurs, les chercheurs ont exploré l'effet du YFV-17D sur des souris humanisées conventionnelles. Mais les chercheurs ont découvert que les souris ne répondaient que faiblement. Cela les a amenés à développer une souris avec des réponses plus proches de celles des humains.

Pour ce faire, les chercheurs ont introduit des gènes humains supplémentaires pour les composants du système immunitaire – tels que des molécules qui détectent les envahisseurs étrangers et des messagers chimiques appelés cytokines – de sorte que la complexité du système immunitaire humain greffé reflète celle des humains. Ils ont découvert que les nouvelles souris ont des réponses à YFV-17D qui sont très similaires aux réponses observées chez les humains. Par exemple, le modèle d'expression génique qui se produit en réponse à YFV-17D chez les souris partageait des similitudes significatives avec celui des humains. Ce modèle d'expression génique de signature, reflété dans le «transcriptome» ou la lecture totale de tous les gènes de l'organisme, s'est traduit par un meilleur contrôle de l'infection par le virus de la fièvre jaune et par des réponses immunitaires plus spécifiques à la fièvre jaune.

Les chercheurs ont également examiné deux autres types de réponses immunitaires : les réponses cellulaires, impliquant la production de cellules T cytotoxiques et de cellules tueuses naturelles qui attaquent et tuent les cellules infectées, et la production d'anticorps spécifiques au virus. En évaluant ces trois types de réponses - transcriptomique, cellulaire et anticorps - chez la souris et l'homme, les chercheurs ont produit une plate-forme fiable pour évaluer dans quelle mesure les souris peuvent servir de proxy pour l'homme.

Florian Douam, associé de recherche postdoctoral et premier auteur de l'étude, espère que la nouvelle plate-forme de test aidera les chercheurs à explorer exactement comment les vaccins induisent une immunité contre les agents pathogènes, ce qui dans de nombreux cas n'est pas bien compris.

"De nombreux vaccins ont été générés empiriquement sans une connaissance approfondie de la façon dont ils induisent l'immunité", a déclaré Douam. « La prochaine génération de modèles de souris, comme celle que nous avons introduite dans notre étude, offre des opportunités sans précédent pour étudier les mécanismes fondamentaux qui définissent l'immunité protectrice induite par les vaccins vivants atténués. »

Les souris portant des cellules humaines ou des tissus humains ont le potentiel de contribuer à la recherche de traitements pour de nombreuses maladies qui infectent les humains mais pas les autres animaux, telles que - en plus du VIH - le virus d'Epstein Barr, le virus de la leucémie humaine à cellules T et le sarcome de Karposi associé virus de l'herpès.

"Notre étude met en évidence l'importance des signatures biologiques humaines pour guider le développement de modèles murins de maladies", a déclaré Ploss. « Il met également en évidence une voie vers le développement de meilleurs modèles pour les réponses immunitaires humaines. »

L'étude a impliqué des contributions de Florian Douam, Gabriela Hrebikova, Jenna Gaska, Benjamin Winer et Brigitte Heller du département de biologie moléculaire de l'Université de Princeton Robert Leach, Lance Parsons et Wei Wang de l'Institut Lewis Sigler de génomique intégrative de l'Université de Princeton Bruno Fant à l'Université de Pennsylvanie Carly GK Ziegler et Alex K. Shalek du Massachusetts Institute of Technology et de la Harvard Medical School et Alexander Ploss du département de biologie moléculaire de l'Université de Princeton.

La recherche a été soutenue par les National Institutes of Health (NIH, R01AI079031 et R01AI107301, à A.P.) et un prix d'investigateur en pathogenèse par le Burroughs Wellcome Fund (à A.P.). De plus, A.K.S. a été soutenu par le Searle Scholars Program, le Beckman Young Investigator Program, le NIH (1DP2OD020839, 5U24AI118672, 1U54CA217377, 1R33CA202820, 2U19AI089992, 1R01HL134539, 2RM1HG006193, 2R01HL095791, P01AI1399972 Foundation). C.G.K.Z. a été soutenu par une subvention de l'Institut national des sciences médicales générales (NIGMS, T32GM007753). J.M.G. et B.Y.W. ont été soutenus par une bourse de formation pré-doctorale du NIGMS (T32GM007388). B.Y.W. était également récipiendaire d'une bourse prédoctorale de la Commission du New Jersey sur la recherche sur le cancer.

Par Catherine Zandonella, Cabinet du doyen à la recherche

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Médicaments

Kid : "Maman, il m'a juste offert de la drogue."

Mère : « Oh vraiment, qu'est-ce que la drogue ? »

Les drogues sont simplement des substances absorbées par le corps qui peuvent affecter nos activités et notre état mental.

Citation célèbre, "Physiquement présent, mentalement absent".

Il existe de nombreux types de médicaments. Les types de médicaments sont divisés en fonction de leur effet sur le corps et de leurs formes. Voici quelques-uns d'entre eux :

  1. Narcotiques
  2. Stimulants/amphétamines
  3. Marijuana
  4. Cocaïne/crack
  5. Sédatifs/barbituriques
  6. Hallucinogènes
  7. Antibiotiques

Ces médicaments sont largement utilisés dans le domaine médical pour soulager la douleur. L'héroïne, l'opium, la codéine et la morphine appartiennent à ce type mais ils sont désormais largement consommés pour le plaisir. les stupéfiants sont extrêmement addictifs, à la fois physiquement et psychologiquement. Une consommation supplémentaire de ces médicaments peut entraîner une maladie du foie, le tétanos, l'anémie, la pneumonie et d'autres effets plus graves.

Les stimulants tels que la Dexedrine et la méthamphétamine (également connue sous le nom de « crystal meth ») provoquent une augmentation de la vigilance et de l'activité physique. Ces drogues créent une dépendance. Les amphétamines augmentent le rythme cardiaque ainsi que le rythme respiratoire. Lors de la première prise du médicament, les utilisateurs se sentiront agités, anxieux et ils deviendront de mauvaise humeur et excitables et ils auront également un faux sentiment de confiance.

La consommation de grandes quantités de ce type de drogue provoquera une maladie appelée psychose aux amphétamines où une personne éprouve des hallucinations, des délires et des confusions mentales. Un surdosage d'amphétamine peut provoquer des arythmies cardiaques, des maux de tête, des convulsions, de l'hypertension, un coma et la mort.

La marijuana contient plus d'agents cancérigènes que ceux que l'on trouve dans le tabac. Même une faible dose de marijuana peut interférer avec la coordination du temps de réaction, de raisonnement et de jugement, ce qui rend la conduite sous l'influence de cette drogue extrêmement dangereuse. Un surdosage peut entraîner la mort.

Cocaïne/crack

La cocaïne est un stimulant extrêmement addictif. Ces drogues procurent aux utilisateurs une sensation d'euphorie intense mais de très courte durée. Comme il est de courte durée, les utilisateurs l'utilisent généralement encore et encore pour essayer de retrouver ce sentiment de « high ». Les effets physiques de ce médicament comprennent une augmentation de la pression artérielle et de la température corporelle du rythme cardiaque. L'inhalation de cocaïne peut endommager gravement les membranes nasales au fil du temps.

Sédatifs/barbituriques

Comme les stimulants, ces drogues sont largement utilisées dans le domaine médical où elles sont utilisées pour procurer une sensation de détente à l'utilisateur, mais ces drogues ont également fait l'objet d'abus par toute personne. Les sédatifs provoquent des troubles de l'élocution et une désorientation du comportement.

Hallucinogènes

Quelques exemples d'hallucinogènes sont le LSD, le DMT, la mescaline, le PCP et la psilocybine. Ces médicaments ont des effets très imprévisibles. L'utilisateur peut éprouver des hallucinations morbides, un sentiment de panique, de confusion ou de paranoïa.

Antibiotiques

Les antibiotiques sont des médicaments utilisés pour guérir les maladies. Ces médicaments tuent les micro-organismes dans le corps qui causent des maladies. Quelques exemples d'antibiotiques sont la pénicilline et le parasetamol. Bien que ces médicaments soient largement utilisés pour guérir la plupart des maladies, ces médicaments ne peuvent pas tuer un virus. Comme un virus n'est pas un organisme vivant, les virus ne peuvent pas être tués par des antibiotiques.


Quel est le plus grand organisme anaérobie obligatoire découvert à ce jour ? - La biologie

Dernière mise à jour
7 août 2003

Ici, GNN publie des résumés d'articles scientifiques sur des séquences génomiques entières qui ont été signalés par GenomeNewsNetwork.

UNE
Agrobacterium tumefaciens C58 Anabaena sp. souche PCC 7120 Anopheles gambiae NUISIBLE Arabidopsis thaliana
B
Bacillus anthracis Bacteroides thetaiotaomicron VPI-5482 Bifidobacterium longum NCC2705 Blochmannia floridanus Brucella melitensis 16M
Brucella suis 1330 souche Buchnera aphidicola [symbiote de Schizaphis graminum (Sg)] Buchnera sp. APS
C
Caulobacter croissant Chlorobium tepidum TLS Ciona intestinalis Clostridium perfringens souche 13 Coxiella burnetiiRSA 493
D - E - F
Drosophila melanogaster Encéphalitozoon cuniculi (GB-M1) Enterococcus faecalis Escherichia coli O157:H7 Rubripes de fugu
Fusobacterium nucleatum souche ATCC 25586
H - L
Halobactérie sp. CNRC-1 Homo sapiens Lactococcus lactis ssp. lactis IL1403
M
Methanococcoides burtonii Methanogenium frigidum Methanopyrus kandleri AV19 Methanosarcina acetivorans C2A Mycobacterium leprae Mycoplasma pulmonaire UAB CTIP
NON
Neisseria meningitidis MC58 (sérogroupe B) Neisseria meningitidis Z2491 Neurospora crassa Océanobacillus iheyensis HTE831 Oryza sativa L. ssp. indica
Oryza sativa L. ssp. japonica
P
Pasteurella multocida, pm70 Plasmodium falciparum 3D7 Plasmodium yoelii yoelii Pseudomonas aeruginosa PAO1 Pseudomonas putida KT2440 Pyrobaculum aerophilum IM2
R
Ralstonia solanacearum souche GMI1000 Rhodopirellula baltica Rickettsia conorii souche Malish 7
S
Salmonella enterica sérotype Typhi CT18 Salmonella enterica sérovar Typhimurium LT2 Schizosaccharomyces pombe Shewanella oneidensis MR-1 Shigella flexneri 2a Virus de la marbrure du fraisier
Streptococcus agalactiae souche 2603 V/R Streptocoque souche du groupe A MGAS8232 Streptocoque mutant UA159 Streptococcus pneumoniae (sérotype 4) Streptococcus pneumoniae souche R6 Streptocoque pyogène M1
Streptomyces avermitilis ATCC31267 Streptomyces coelicolor A3(2) Sulfolobus solfataricus P2 Sulfolobus tokodaii souche7
T - V - W
Thermoanaerobacter tengcongensis MB4(T) Thermoplasma acidophilum Tropheryma whippleiTW08/27 Vibrio cholerae El Tor N16961 Wigglesworthia glossinidia brevipalpis
X - Y
Xanthomonas axonopodis pv. citri (souche 306) Xanthomonas campestris pv. campestris (souche ATCC33913) Xylella fastidiosa Souche 9a5c (agrumes) Xylella fastidiosa Souche Dixon (amande)
Xylella fastidiosa Souche Ann-1 (laurier rose) Yersinia pestis souche CO92

Les symbioses bactériennes sont très répandues chez les insectes, étant probablement l'un des facteurs clés de leur succès évolutif. Nous présentons la séquence complète du génome de Blochmannia floridanus, le principal endosymbiote des fourmis charpentières. Bien que ces fourmis se nourrissent d'un régime alimentaire complexe, cette symbiose a très probablement une base nutritionnelle : Blochmannia est capable de fournir des composés azotés et soufrés à l'hôte tout en profitant de la machinerie métabolique de l'hôte. Remarquablement, ces bactéries manquent de tous les gènes connus impliqués dans l'initiation de la réplication (dnaA, priA et recA). L'analyse phylogénétique d'un ensemble de gènes codant pour des protéines conservés montre que Bl. floridanus est phylogénétiquement apparenté à Buchnera aphidicola et Wigglesworthia glossinidia, les autres bactéries endosymbiotiques dont les génomes complets ont été séquencés jusqu'à présent. L'analyse comparative des cinq génomes connus de bactéries endosymbiotiques d'insectes révèle qu'ils ne partagent que 313 gènes, un nombre qui peut être proche de l'ensemble de gènes minimum nécessaire pour maintenir la vie endosymbiotique.

Proc Natl Acad Sci U S A. 2003 août 5100 (16) : 9388-93.

Nous avons généré des ébauches de séquences génomiques pour deux Archaea adaptées au froid, Methanogenium frigidum et Methanococcoides burtonii, afin d'identifier les caractéristiques génotypiques qui les distinguent des Archaea avec une température optimale de croissance (OGT) plus élevée. La génomique comparative a révélé des tendances dans la composition en acides aminés et en ARNt, ainsi que dans les caractéristiques structurelles des protéines. Les protéines des archées adaptées au froid sont caractérisées par une teneur plus élevée en acides aminés polaires non chargés, en particulier Gln et Thr et une teneur plus faible en acides aminés hydrophobes, en particulier Leu. Les données de séquence de neuf génomes méthanogènes (OGT 15 degrés -98 degrés C) ont été utilisées pour générer 1111 structures protéiques modélisées. L'analyse des modèles des Archaea adaptées au froid a montré une forte tendance dans la zone accessible aux solvants pour plus de résidus Gln, Thr et hydrophobes et moins de résidus chargés. Une protéine de domaine de choc froid (CSD) (homologue CspA) a été identifiée chez M. frigidum, deux protéines hypothétiques avec des plis CSD chez M. burtonii et une protéine de domaine de liaison à l'ADN en hélice ailée unique chez M. burtonii. Cela suggère que ces types de protéines de liaison aux acides nucléiques jouent un rôle essentiel dans les archées adaptées au froid. L'analyse structurale des séquences d'ARNt des Archaea a indiqué que la teneur en GC est le principal facteur influençant la stabilité de l'ARNt chez les hyperthermophiles, mais pas chez les psychrophiles, les mésophiles ou les thermophiles modérés. En dessous d'un OGT de 60 degrés C, la teneur en GC de l'ARNt était en grande partie inchangée, ce qui indique que toute exigence de flexibilité de l'ARNt chez les psychrophiles est médiée par d'autres moyens. C'est la première fois que des comparaisons sont effectuées avec des données génomiques d'Archaea couvrant les températures extrêmes de croissance, des psychrophiles aux hyperthermophiles.

Génome Res. 2003 Jul13(7):1580-8.

Pirellula sp. la souche 1 ("Rhodopirellula baltica") est un représentant marin de l'ordre bactérien Planctomycetales, réparti dans le monde et important pour l'environnement. Nous rapportons ici la séquence complète du génome d'un membre de ce phylum indépendant. Avec 7,145 mégabases, Pirellula sp. la souche 1 possède le plus grand génome bactérien circulaire séquencé à ce jour. La présence de tous les gènes nécessaires à la fermentation de l'acide hétérolactique, des gènes clés pour l'interconversion des composés C1 et de 110 sulfatases était inattendue pour cet isolat hétérotrophe aérobie. Bien que Pirellula sp. souche 1 a une paroi cellulaire protéinée, des restes de gènes pour la synthèse du peptidoglycane ont été trouvés. Les gènes pour la biosynthèse du lipide A et les homologues des protéines flagellaires des anneaux L et P indiquent un ancien type de paroi cellulaire Gram-négatif. L'analyse phylogénétique de tous les marqueurs pertinents associe clairement les Planctomycetales au domaine Bactéries en tant que phylum distinct, mais une ramification la plus profonde n'est pas prise en charge par nos analyses.

Proc Natl Acad Sci U S A. 2003 juillet 8100 (14) : 8298-303.

Le génome de 1 995 275 pb de Coxiella burnetii, Nine Mile phase I RSA493, un pathogène zoonotique très virulent et un agent de bioterrorisme de catégorie B, a été séquencé par la méthode du fusil de chasse aléatoire. Cette bactérie est un acidophile intracellulaire obligatoire hautement adapté à la vie au sein du phagolysosome eucaryote. L'analyse du génome a révélé de nombreux gènes avec des rôles potentiels dans l'adhésion, l'invasion, le trafic intracellulaire, la modulation de la cellule hôte et la détoxification. Une famille de 13 membres précédemment non caractérisée de protéines contenant des répétitions d'ankyrine est impliquée dans la pathogenèse de cet organisme. Bien que le mode de vie et les stratégies parasitaires de C. burnetii ressemblent à ceux de Rickettsiae et Chlamydiae, leurs architectures génomiques diffèrent considérablement en termes de présence d'éléments mobiles, d'étendue de la réduction du génome, de capacités métaboliques et de profils de transporteur. La présence de 83 pseudogènes montre un processus continu de dégradation des gènes. Contrairement à d'autres bactéries intracellulaires obligatoires, 32 séquences d'insertion se trouvent dispersées dans le chromosome, indiquant une certaine plasticité dans le génome de C. burnetii. Ces analyses suggèrent que le mode de vie intracellulaire obligatoire de C. burnetii pourrait être une innovation relativement récente.

Proc Natl Acad Sci U S A 29 avril 2003 (9) : 5455-60.

Neurospora crassa est un organisme central dans l'histoire de la génétique, de la biochimie et de la biologie moléculaire du XXe siècle. Nous rapportons ici un projet de séquence de haute qualité du génome de N. crassa. Le génome d'environ 40 mégabases code environ 10 000 gènes codant pour des protéines, soit plus de deux fois plus que chez la levure à fission Schizosaccharomyces pombe et seulement environ 25 % de moins que chez la mouche des fruits Drosophila melanogaster.L'analyse de l'ensemble de gènes donne un aperçu des aspects inattendus de la biologie de Neurospora, y compris l'identification des gènes potentiellement associés à la photobiologie de la lumière rouge, des gènes impliqués dans le métabolisme secondaire et des différences importantes dans la signalisation Ca(2+) par rapport aux plantes et aux animaux. Neurospora possède le plus large éventail de mécanismes de défense du génome connus pour tout organisme eucaryote, y compris un processus unique aux champignons appelé mutation ponctuelle induite par la répétition (RIP). L'analyse du génome suggère que RIP a eu un impact profond sur l'évolution du génome, ralentissant considérablement la création de nouveaux gènes par duplication génomique et résultant en un génome avec une proportion inhabituellement faible de gènes étroitement liés.

La nature 2003 avril 24422 (6934): 859-68.

La séquence complète du génome d'Enterococcus faecalis V583, un isolat clinique résistant à la vancomycine, a révélé que plus d'un quart du génome est constitué d'ADN probablement mobile ou étranger. L'un des éléments mobiles prédits est un transposon conjugatif vanB résistant à la vancomycine jusqu'alors inconnu. Trois plasmides ont été identifiés, dont deux plasmides conjugatifs de détection de phéromones, l'un codant pour un inhibiteur de phéromone non décrit auparavant. La propension apparente à l'incorporation d'éléments mobiles a probablement contribué à l'acquisition et à la diffusion rapides de la résistance aux médicaments chez les entérocoques.

Science 2003 mars 28299 (5615):2071-4.

L'intestin humain est colonisé par une vaste communauté de micro-organismes indigènes qui contribuent à façonner notre biologie. Ici, nous présentons la séquence complète du génome de l'anaérobie Gram-négatif Bacteroides thetaiotaomicron, un membre dominant de notre microbiote intestinal distal normal. Son protéome de 4779 membres comprend un appareil élaboré pour acquérir et hydrolyser des polysaccharides alimentaires autrement indigestes et un système de détection de l'environnement associé composé d'un large répertoire de facteurs sigma de fonction extracytoplasmique et de systèmes de transduction de signaux à un et deux composants. Ces groupes paralogues élargis et d'autres ont mis en lumière les mécanismes moléculaires qui sous-tendent les relations symbiotiques hôte-bactérien dans notre intestin.

Science 2003 mars 28299 (5615): 2074-6.

Contexte : La maladie de Whipple est une infection chronique multisystémique rare, impliquant le tractus intestinal ainsi que divers autres organes. L'agent causal, Tropheryma whipplei, est une bactérie à Gram positif dont on sait peu de choses. Notre objectif était d'étudier la biologie de cet organisme en générant et en analysant la séquence complète d'ADN de son génome. MÉTHODES: Nous avons isolé et propagé la souche TWhipplei TW08/27 à partir du liquide céphalo-rachidien d'un patient diagnostiqué avec la maladie de Whipple. Nous avons généré la séquence complète du génome par la méthode du fusil de chasse du génome entier et l'avons analysée avec une combinaison de techniques bioinformatiques automatiques et manuelles. RÉSULTATS : Le séquençage a révélé un génome condensé de 925938 pb avec un manque de voies biosynthétiques clés et une capacité réduite de métabolisme énergétique. Une famille de protéines de grande surface a été identifiée, certaines associées à de grandes quantités d'ADN répétitif non codant et à un degré inattendu de variation de séquence. INTERPRÉTATION : La réduction du génome et le manque de capacités métaboliques indiquent un mode de vie limité à l'hôte pour l'organisme. La variation de séquence indique à la fois des mécanismes connus et nouveaux pour l'élaboration et la variation des structures de surface, et suggère que l'évasion immunitaire et l'interaction avec l'hôte jouent un rôle important dans le mode de vie de ce pathogène bactérien persistant.

Lancette Février 2003 22361(9358):637-44.

Pseudomonas putida est une bactérie du sol saprophyte métaboliquement polyvalente qui a été certifiée comme hôte de biosécurité pour le clonage de gènes étrangers. La bactérie a également un potentiel considérable pour des applications biotechnologiques. L'analyse des séquences du génome de 6,18 Mb de la souche KT2440 révèle divers systèmes de transport et métaboliques. Bien qu'il existe un niveau élevé de conservation du génome avec le pathogène Pseudomonas Pseudomonas aeruginosa (85 % des régions codantes prédites sont partagées), les principaux facteurs de virulence, notamment l'exotoxine A et les systèmes de sécrétion de type III, sont absents. L'analyse du génome donne un aperçu de la nature non pathogène de P. putida et indique de nouvelles applications potentielles dans l'agriculture, la biocatalyse, la bioremédiation et la production de bioplastiques.

Environ Microbiol 2002 Dec4(12):799-808.

Les premiers cordés apparaissent dans les archives fossiles au moment de l'explosion cambrienne, il y a près de 550 millions d'années. Le têtard ascidien moderne représente une approximation plausible de ces cordés ancestraux. Pour éclairer les origines des chordés et des vertébrés, nous avons généré une ébauche de la partie codant pour les protéines du génome de l'ascidie la plus étudiée, Ciona intestinalis. Le génome de Ciona contient environ 16 000 gènes codant pour des protéines, un nombre similaire au nombre d'autres invertébrés, mais seulement la moitié de celui des vertébrés. Les familles de gènes de vertébrés se trouvent généralement sous une forme simplifiée à Ciona, ce qui suggère que les ascidies contiennent le complément ancestral de base des gènes impliqués dans la signalisation et le développement cellulaires. Le génome de l'ascidie a également acquis un certain nombre d'innovations spécifiques à la lignée, y compris un groupe de gènes impliqués dans le métabolisme de la cellulose qui sont liés à ceux des bactéries et des champignons.

Science Déc. 2002 13298 (5601) : 2157-67.

Nous avons séquencé le génome de Shigella flexneri sérotype 2a, l'espèce et le sérotype les plus répandus qui causent la dysenterie bacillaire ou la shigellose chez l'homme. L'ensemble du génome est composé d'un chromosome de 4 607 203 pb et d'un plasmide de virulence de 221 618 pb, désigné pCP301. Alors que le plasmide présente une divergence mineure par rapport à celui séquencé dans le sérotype 5a, des caractéristiques frappantes du chromosome ont été révélées. Le chromosome de S. flexneri a, étonnamment, 314 éléments IS, plus de 7 fois plus que ceux possédés par ses proches parents, la souche non pathogène K12 et la souche entérohémorragique O157:H7 d'Escherichia coli. Il existe 13 translocations et inversions par rapport aux séquences d'E. coli, toutes impliquent un segment supérieur à 5 kb, et la plupart sont associées à des délétions ou des séquences d'ADN acquises, dont plusieurs sont susceptibles d'être des îlots de pathogénicité transmis par les bactériophages. De plus, S. flexneri, ressemblant à un autre agent pathogène entérique restreint à l'homme, Salmonella typhi, possède également des centaines de pseudogènes par rapport aux souches d'E. coli. Tous ces éléments pourraient faire l'objet d'enquêtes sur de nouvelles stratégies de prévention et de traitement contre la shigellose.

Acides nucléiques Res 2002 octobre 1530(20):4432-41.

Streptococcus mutans est la principale cause de carie dentaire (carie dentaire) dans le monde et est considéré comme le plus cariogène de tous les streptocoques oraux. Le génome de S. mutans UA159, une souche de sérotype c, a été entièrement séquencé et est composé de 2 030 936 paires de bases. Il contient 1 963 ORF, dont 63 % se sont vu attribuer des fonctions putatives. L'analyse du génome permet de mieux comprendre comment S. mutans s'est adapté pour survivre dans l'environnement buccal grâce à l'acquisition de ressources, à la défense contre les facteurs de l'hôte et à l'utilisation de produits géniques qui maintiennent sa niche contre les concurrents microbiens. S. mutans métabolise une grande variété de glucides via des voies non oxydantes, et toutes ces voies ont été identifiées, ainsi que les systèmes de transport associés dont les gènes représentent près de 15 % du génome. Des gènes de virulence associés à la production de glucanes adhérents extracellulaires, aux adhésines, à la tolérance aux acides, aux protéases et aux hémolysines putatives ont été identifiés. La souche UA159 est naturellement compétente et contient tous les gènes essentiels à la compétence et au quorum sensing. Les éléments génétiques mobiles sous la forme d'éléments IS et de transposons sont prédominants dans le génome et comprennent un transposon conjugatif non caractérisé auparavant et un transposon composite contenant des gènes pour la synthèse d'antibiotiques de la famille gramicidine/bacitracine. Cependant, aucun génome de bactériophage n'est présent.

Proc Natl Acad Sci U S A 23 octobre 2002 [publié en ligne avant impression].

Les bifidobactéries sont des procaryotes à Gram positif qui colonisent naturellement le tractus gastro-intestinal humain (GIT) et le vagin. Bien qu'ils ne soient pas numériquement dominants dans la microflore intestinale complexe, ils sont considérés comme des commensaux clés qui favorisent un GIT sain. Nous avons déterminé la séquence du génome de 2,26 Mb d'une souche de Bifidobacterium longum dérivée d'un nourrisson et identifié 1 730 séquences codantes possibles organisées dans un chromosome circulaire à 60 % GC. L'analyse bioinformatique a révélé plusieurs traits physiologiques qui pourraient expliquer en partie l'adaptation réussie de cette bactérie au côlon. Un nombre étonnamment grand des protéines prédites s'est avéré spécialisé pour le catabolisme d'une variété d'oligosaccharides, certains éventuellement libérés par des glycosyl hydrolases rares ou nouvelles agissant sur des polymères végétaux "non digestibles" ou des glycoprotéines et glycoconjugués dérivés de l'hôte. Cette capacité à éliminer une grande variété de nutriments contribue probablement à la compétitivité et à la persistance des bifidobactéries dans le côlon. De nombreux gènes pour le métabolisme des oligosaccharides ont été trouvés dans des modules autorégulés qui semblent provenir en partie de la duplication de gènes ou de l'acquisition horizontale. Des voies complètes pour tous les acides aminés, nucléotides et certaines vitamines clés ont été identifiées, cependant, les voies pour Asp et Cys étaient atypiques. Plus important encore, l'analyse du génome a fourni des informations sur les interactions réciproques des bifidobactéries avec leurs hôtes. Nous avons identifié des polypeptides qui présentaient une homologie avec la plupart des protéines majeures nécessaires à la production de fimbriae de liaison aux glycoprotéines, des structures qui pourraient éventuellement être importantes pour l'adhésion et la persistance dans le GIT. Nous avons également trouvé un inhibiteur de protéase à sérine de type eucaryote (serpine) possiblement impliqué dans l'activité immunomodulatrice signalée des bifidobactéries.

Proc Natl Acad Sci U S A 15 octobre 2002 [publié en ligne avant impression].

Shewanella oneidensis est un organisme modèle important pour les études de bioremédiation en raison de ses diverses capacités respiratoires, conférées en partie par des systèmes de transport d'électrons ramifiés à plusieurs composants. Nous rapportons ici le séquençage du génome de S. oneidensis, qui consiste en un chromosome circulaire de 4 969 803 paires de bases avec 4 758 cadres de lecture ouverts (CDS) prédits pour la protéine et un plasmide de 161 613 paires de bases avec 173 CDS. Nous avons identifié le premier phage de type lambda Shewanella, fournissant un outil potentiel pour une ingénierie plus poussée du génome. L'analyse du génome a révélé 39 cytochromes de type c, dont 32 auparavant non identifiés chez S. oneidensis, et une nouvelle hydrogénase périplasmique [Fe], qui font partie intégrante du système de transport d'électrons. Cette séquence du génome représente une étape critique dans l'élucidation des voies de réduction (et de bioremédiation) de polluants tels que l'uranium (U) et le chrome (Cr), et offre un point de départ pour définir les systèmes complexes de transport d'électrons et d'ions métalliques de cet organisme. réduire les capacités.

Nat Biotechnol 7 octobre 2002 [publié en ligne avant impression].

Anopheles gambiae est le principal vecteur du paludisme, une maladie qui touche plus de 500 millions de personnes et cause plus d'un million de décès chaque année. Une couverture de séquence de fusil de chasse décuplée a été obtenue à partir de la souche PEST d'A. gambiae et assemblée en échafaudages qui s'étendent sur 278 millions de paires de bases. Un total de 91% du génome était organisé en 303 échafaudages, le plus grand échafaudage était de 23,1 millions de paires de bases. Il y avait une variation génétique substantielle au sein de cette souche, et l'existence apparente de deux haplotypes de fréquence approximativement égale ("haplotypes doubles") dans une fraction substantielle du génome reflète probablement la nature non consanguine de la souche PEST. La séquence a produit une inférence conservatrice de plus de 400 000 polymorphismes mononucléotidiques qui ont montré une distribution de densité nettement bimodale. L'analyse de la séquence du génome a révélé des preuves solides d'environ 14 000 transcrits codant pour des protéines. Des expansions importantes dans des familles spécifiques de protéines probablement impliquées dans l'adhésion cellulaire et l'immunité ont été notées. Une analyse d'étiquette de séquence exprimée de gènes régulés par l'alimentation en sang a fourni des informations sur les adaptations physiologiques d'un insecte hématophage.

Science Octobre 2002 4298(5591):129-49.

Le parasite Plasmodium falciparum est responsable de centaines de millions de cas de paludisme et tue plus d'un million d'enfants africains chaque année. Nous rapportons ici une analyse de la séquence du génome du clone 3D7 de P. falciparum. Le génome nucléaire de 23 mégabases se compose de 14 chromosomes, code pour environ 5 300 gènes et est le génome le plus riche en (A + T) séquencé à ce jour. Les gènes impliqués dans la variation antigénique sont concentrés dans les régions subtélomériques des chromosomes. Comparé aux génomes des microbes eucaryotes libres, le génome de ce parasite intracellulaire code moins d'enzymes et de transporteurs, mais une grande partie des gènes est consacrée à l'évasion immunitaire et aux interactions hôte-parasite. De nombreuses protéines codées dans le noyau ciblent l'apicoplaste, un organite impliqué dans le métabolisme des acides gras et des isoprénoïdes. La séquence du génome constitue la base des futures études de cet organisme et est exploitée dans la recherche de nouveaux médicaments et vaccins pour lutter contre le paludisme.

La nature 3419 octobre 2002 (6906) : 498-511.

Les espèces de parasites du paludisme qui infectent les rongeurs ont longtemps été utilisées comme modèles pour la recherche sur le paludisme. Nous rapportons ici la séquence de fusil de chasse du génome entier d'une espèce, Plasmodium yoelii yoelii, et des études comparatives avec le génome du parasite du paludisme humain Plasmodium falciparum clone 3D7. Une carte de synténie de 2 212 P. y. yoelii contiguës d'ADN (contigs) alignées sur 14 chromosomes de P. falciparum révèle une conservation marquée de la synténie des gènes dans le corps de chaque chromosome. Sur environ 5 300 gènes de P. falciparum, plus de 3 300 P. y. yoelii orthologues de fonction principalement métabolique ont été identifiés. Plus de 800 copies d'un gène d'antigène variant situé dans des régions subtélomériques ont été trouvées. Il s'agit de la première séquence du génome d'un parasite eucaryote modèle, et elle donne un aperçu de l'utilisation de tels systèmes dans la modélisation de la biologie et de la maladie de Plasmodium.

La nature 3419 octobre 2002 (6906) : 512-9.

Oceanobacillus iheyensis HTE831 est une espèce alcaliphile et extrêmement halotolérante apparentée à Bacillus isolée des sédiments des grands fonds. Nous présentons ici la séquence complète du génome de HTE831 ainsi que les analyses des gènes nécessaires à l'adaptation aux environnements hautement alcalins et salins. Le génome se compose de 3,6 Mb, codant pour de nombreuses protéines potentiellement associées à des rôles dans la régulation de la pression osmotique intracellulaire et de l'homéostasie du pH. Les gènes candidats impliqués dans l'alcaliphilie ont été déterminés sur la base d'une analyse comparative avec trois espèces de Bacillus et deux autres espèces à Gram positif. La comparaison avec les génomes d'autres espèces bactériennes Gram-positives majeures suggère que l'épine dorsale du genre Bacillus est composée d'environ 350 gènes. Cette deuxième séquence du génome d'une espèce alcaliphile apparentée à Bacillus sera utile pour comprendre la vie dans des environnements hautement alcalins et la diversité microbienne au sein des bacilles omniprésents.

Acides nucléiques Res 2002 septembre 1530 (18) : 3927-35.

La séquence du génome de 3,31 Mb du pathogène intracellulaire et agent potentiel de bioterrorisme, Brucella suis, a été déterminée. La comparaison de B. suis avec Brucella melitensis a défini un ensemble fini de différences qui pourraient être responsables des différences de virulence et de préférence d'hôte entre ces organismes, et indique que les phages ont joué un rôle significatif dans leur divergence. L'analyse du génome de B. suis révèle des capacités de transport et métaboliques proches des bactéries associées au sol/plantes. Une synthèse génétique étendue entre le chromosome 1 de B. suis et le génome du symbiote végétal Mesorhizobium loti souligne la similitude entre ce pathogène animal et les pathogènes et symbiotes végétaux. Un répertoire limité de gènes homologues à des facteurs de virulence bactérienne connus a été identifié.

Proc Natl Acad Sci U S A 23 sept. 2002 [publié en ligne avant impression].

Xylella fastidiosa (Xf) provoque le flétrissement des plantes et est responsable d'importantes pertes économiques et de récoltes dans le monde. En raison de l'importance publique de ce phytopathogène, nous avons entrepris une analyse comparative du génome complet de Xf pv citrus et des génomes partiels de deux souches récemment séquencées de cette espèce : Xf pv amandier et Xf pv oleander, qui provoquent la brûlure des feuilles chez les amandiers et les plantes de laurier-rose, respectivement. Nous rapportons une réanalyse de la souche Xf 9a5c (CVC, agrumes) précédemment séquencée et des deux génomes Xf "gappés" révélant des ORF codant pour des fonctions critiques dans la pathogénicité et le transfert conjugatif. Deuxièmement, une comparaison fonctionnelle détaillée du génome entier a été basée sur les trois souches Xf séquencées, identifiant les gènes uniques présents dans chaque souche, en plus de ceux partagés entre les souches. Troisièmement, une reconstruction cellulaire "quotin silico" de ces organismes a été réalisée, basée sur une comparaison de leurs sous-systèmes fonctionnels de base qui a conduit à une caractérisation de leur machinerie de transfert conjugatif, à l'identification de différences potentielles dans leurs mécanismes d'adhésion et à la mise en évidence de l'absence d'un mécanisme de détection de quorum. Cette étude démontre l'efficacité des stratégies d'analyse comparative dans l'interprétation de génomes étroitement liés.

Proc Natl Acad Sci U S A 2002 septembre 1799 (19) : 12403-12408.

La séquence du génome de 2 160 267 pb de Streptococcus agalactiae, la principale cause de septicémie bactérienne, de pneumonie et de méningite chez les nouveau-nés aux États-Unis et en Europe, devrait coder pour 2 175 gènes. Des comparaisons de génomes entre S. agalactiae, Streptococcus pneumoniae, Streptococcus pyogenes et les autres génomes complètement séquencés ont identifié des gènes spécifiques aux streptocoques et à S. agalactiae. Ces analyses in silico, combinées à des expériences comparatives d'hybridation du génome entre la souche séquencée de sérotype V 2603 V/R et 19 souches de S. agalactiae de plusieurs sérotypes utilisant des puces à génome entier, ont révélé l'hétérogénéité génétique entre les souches de S. agalactiae, même de la même sérotype, et a fourni des informations sur l'évolution des mécanismes de virulence.

Proc Natl Acad Sci U S A 2002 sept. 1799 (19) : 12391-12396.

De nombreux insectes qui dépendent d'une seule source de nourriture tout au long de leur cycle de développement abritent des microbes bénéfiques qui fournissent des nutriments absents de leur régime alimentaire restreint. Les glossines, vecteurs des trypanosomes africains, se nourrissent exclusivement de sang et dépendent d'un tel microbe intracellulaire pour l'approvisionnement nutritionnel et la fécondité. En raison de la co-évolution avec les hôtes sur des millions d'années, ces mutualistes ont perdu la capacité de survivre en dehors de l'environnement abrité de leurs cellules d'insectes hôtes. Nous présentons le génome complet annoté de Wigglesworthia glossinidia brevipalpis, qui est composé d'un chromosome de 697 724 paires de bases (pb) et d'un petit plasmide, appelé pWig1, de 5 200 pb.Les gènes impliqués dans la biosynthèse des métabolites des vitamines, apparemment essentiels à la nutrition et à la fécondité de l'hôte, ont été conservés. De manière inattendue, le génome de cet obligé porte les caractéristiques des microbes parasites et libres, et le gène codant pour l'importante protéine régulatrice DnaA est absent.

Nat Genet 3 septembre 2002 [publié en ligne avant impression].

Le génome compact de Fugu rubripes a été séquencé à plus de 95 % de couverture, et plus de 80 % de l'assemblage se trouve dans des échafaudages multigéniques. Dans ce génome de vertébré de 365 mégabases, l'ADN répétitif représente moins d'un sixième de la séquence et les loci des gènes occupent environ un tiers du génome. Comme pour le génome humain, les loci des gènes ne sont pas répartis uniformément, mais sont regroupés en régions clairsemées et denses. Certains gènes "géants" ont été observés qui avaient des tailles de séquences codantes moyennes mais étaient répartis sur des longueurs génomiques significativement plus grandes que celles de leurs orthologues humains. Bien que les trois quarts des protéines humaines prédites aient une forte correspondance avec Fugu, environ un quart des protéines humaines avaient fortement divergé ou n'avaient pas d'homologues de poisson-globe, soulignant l'étendue de l'évolution des protéines au cours des 450 millions d'années depuis que les téléostéens et les mammifères ont divergé. Les liens conservés entre Fugu et les gènes humains indiquent la préservation des segments chromosomiques de l'ancêtre vertébré commun, mais avec un brouillage considérable de l'ordre des gènes.

Science 25 juillet 2002 [publié en ligne avant impression].

La comparaison de deux génomes entièrement séquencés de Buchnera aphidicola, les endosymbiotes obligatoires des pucerons, révèle la stabilité du génome la plus extrême à ce jour : aucun réarrangement chromosomique ou acquisition de gènes n'a eu lieu au cours des 50 à 70 millions d'années, malgré une évolution substantielle des séquences et l'inactivation et perte de gènes individuels. En revanche, les génomes de leurs plus proches parents libres, Escherichia coli et Salmonella spp., sont plus de 2000 fois plus labiles en contenu et en ordre génétique. La stase génomique de B. aphidicola, probablement attribuable à la perte de phages, de séquences répétées et de recA, indique que B. aphidicola n'est plus une source d'innovation écologique pour ses hôtes.

Science 28 juin 2002 (5577) : 2376-9.

Le génome complet de l'eubactérie au soufre vert Chlorobium tepidum TLS a été déterminé comme étant un seul chromosome circulaire de 2 154 946 pb. Il s'agit de la première séquence du génome du phylum Chlorobia, dont les membres effectuent la photosynthèse anoxygénique par le cycle réducteur de l'acide tricarboxylique. Des comparaisons de génomes ont identifié des gènes chez C. tepidum qui sont hautement conservés parmi les espèces photosynthétiques. Beaucoup d'entre eux n'ont aucune fonction assignée et peuvent jouer de nouveaux rôles dans la photosynthèse ou la photobiologie. L'analyse phylogénomique révèle des duplications probables de gènes impliqués dans les voies de biosynthèse pour la photosynthèse et le métabolisme du soufre et de l'azote ainsi que de fortes similitudes entre les processus métaboliques chez C. tepidum et de nombreuses espèces d'archées.

Proc Natl Acad Sci U S A Juil 2002 999 (14) : 9509-14.

Le genre Xanthomonas est un groupe diversifié et économiquement important de phytopathogènes bactériens, appartenant à la sous-division gamma des protéobactéries. Xanthomonas axonopodis pv. citri (Xac) provoque le chancre des agrumes, qui affecte la plupart des cultivars commerciaux d'agrumes, entraînant des pertes importantes dans le monde entier. Les symptômes comprennent des lésions de chancre, entraînant l'abscission des fruits et des feuilles et le dépérissement général des arbres. Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc) provoque la pourriture noire, qui affecte les crucifères comme Brassica et Arabidopsis. Les symptômes comprennent une chlorose marginale des feuilles et un assombrissement du tissu vasculaire, accompagnés d'un flétrissement et d'une nécrose importants. Xanthomonas campestris pv. campestris est cultivé commercialement pour produire l'exopolysaccharide de gomme xanthane, qui est utilisé comme agent viscosifiant et stabilisant dans de nombreuses industries. Ici, nous rapportons et comparons les séquences complètes du génome de Xac et Xcc. Leurs phénotypes de maladies et leurs gammes d'hôtes distincts démentent un degré élevé de similitude au niveau génomique. Plus de 80% des gènes sont partagés et l'ordre des gènes est conservé le long de la plupart de leurs chromosomes respectifs. Nous avons identifié plusieurs groupes de gènes spécifiques à la souche, et sur la base de ces groupes, nous proposons des mécanismes qui peuvent expliquer les différentes spécificités de l'hôte et les processus pathogènes.

La nature 2002 mai 23417 (6887): 459-63.

Thermoanaerobacter tengcongensis est une eubactérie anaérobie à Gram négatif en forme de bâtonnet qui a été isolée d'une source d'eau douce à Tengchong, en Chine. À l'aide d'une méthode de fusil de chasse à génome entier, nous avons séquencé son génome de 2 689 445 pb à partir d'un isolat, MB4(T) (numéro d'accession Genbank AE008691). Le génome code pour 2588 séquences codantes prédites (CDS). Parmi eux, 1764 (68,2%) sont classés selon l'homologie avec d'autres protéines documentées, et le reste, 824 CDS (31,8%), sont fonctionnellement inconnus. L'une des caractéristiques intéressantes du génome de T. tengcongensis est que 86,7% de ses gènes sont codés sur le brin principal de la réplication de l'ADN. Sur la base de la similarité des séquences protéiques, le génome de T. tengcongensis est le plus similaire à celui de Bacillus halodurans, une eubactérie mésophile, parmi tous les génomes procaryotes entièrement séquencés à ce jour. L'analyse informatique des gènes impliqués dans les voies métaboliques de base soutient la découverte expérimentale selon laquelle T. tengcongensis métabolise les sucres comme principale source d'énergie et de carbone et utilise le thiosulfate et l'élément soufre, mais pas le sulfate, comme accepteurs d'électrons. T. tengcongensis, en tant que bâtonnet gram-négatif par définitions empiriques (telles que la coloration), partage de nombreux gènes caractéristiques des bactéries gram-positives alors qu'il manque des composants moléculaires propres aux bactéries gram-négatives. Une forte corrélation entre la teneur en G + C des gènes tDNA et rDNA et la température de croissance optimale est trouvée parmi les thermophiles séquencés. Il est conclu que les thermophiles sont un groupe de procaryotes biologiquement et phylogénétiquement divergents qui ont convergé pour maintenir des conditions environnementales extrêmes sur une échelle de temps évolutive.

Génome Res 12 mai 2002 (5) : 689-700.

La comparaison de la séquence du génome entier de Bacillus anthracis isolée d'une victime d'une récente attaque à l'anthrax bioterroriste avec une référence révèle 60 nouveaux marqueurs qui incluent des polymorphismes nucléotidiques simples, des indels et des répétitions en tandem. La comparaison du génome a détecté quatre SNP de haute qualité entre les deux chromosomes séquencés de B. anthracis et sept différences entre les différentes préparations du génome de référence. Ces marqueurs ont été testés sur une collection d'isolats d'anthrax et se sont avérés diviser ces échantillons en familles distinctes. Ces résultats démontrent que l'analyse basée sur le génome des agents pathogènes microbiens fournira un nouvel outil puissant pour l'enquête sur les épidémies de maladies infectieuses.

Science 8 mai 2002 [publié en ligne avant impression].

Streptomyces coelicolor est un représentant du groupe de bactéries filamenteuses du sol responsables de la production de la plupart des antibiotiques naturels utilisés en médecine humaine et vétérinaire. Nous rapportons ici le chromosome linéaire de 8 667 507 paires de bases de cet organisme, contenant le plus grand nombre de gènes découverts à ce jour dans une bactérie. Les 7 825 gènes prédits comprennent plus de 20 groupes codant pour des métabolites secondaires connus ou prédits. Le génome contient une proportion sans précédent de gènes régulateurs, principalement ceux qui sont susceptibles d'être impliqués dans les réponses aux stimuli et aux stress externes, et de nombreux ensembles de gènes dupliqués qui peuvent représenter des isoformes « spécifiques aux tissus » opérant dans différentes phases du développement colonial, une situation unique pour une bactérie. Une synténie ancienne a été mise en évidence entre le «noyau» central du chromosome et l'ensemble du chromosome des pathogènes Mycobacterium tuberculosis et Corynebacterium diphtheriae. La séquence du génome augmentera considérablement notre compréhension de la vie microbienne dans le sol et contribuera à la génération de nouveaux candidats médicaments par génie génétique.

La nature 2002 mai 9417(6885):141-147.

La méthanogenèse, la production biologique de méthane, joue un rôle central dans le cycle global du carbone et contribue de manière significative au réchauffement climatique. La majorité du méthane dans la nature est dérivée de l'acétate. Nous rapportons ici la séquence complète du génome d'un méthanogène utilisant l'acétate, Methanosarcina acetivorans C2A. Les Methanosarcineae sont les méthanogènes les plus diversifiés sur le plan métabolique, prospèrent dans un large éventail d'environnements et sont uniques parmi les Archaea pour former des structures multicellulaires complexes. Cette diversité se reflète dans le génome de M. acetivorans. Avec 5 751 492 paires de bases, c'est de loin le plus grand génome archéen connu. Les 4524 cadres de lecture ouverts codent pour une variété étonnamment large et imprévue de capacités métaboliques et cellulaires. La présence de nouvelles méthyltransférases indique la probabilité de sources d'énergie naturelles non découvertes pour la méthanogénèse, tandis que la présence de déshydrogénases de monoxyde de carbone à sous-unité unique soulève la possibilité d'une croissance non méthanogène. Bien que la motilité n'ait été observée chez aucun Methanosarcineae, un groupe de gènes de flagelline et deux groupes complets de gènes de chimiotaxie ont été identifiés. La disponibilité des méthodes génétiques, couplée à sa diversité physiologique et métabolique, fait de M. acetivorans un organisme modèle puissant pour l'étude de la biologie des archées. [La séquence, les données, les annotations et les analyses sont disponibles sur http://www-genome.wi.mit.edu/. Les données de séquence décrites dans cet article ont été soumises à la bibliothèque de données GenBank sous le numéro d'accession. AE010299.]

Génome Res 2002 avril12(4):532-42.

Nous avons déterminé la séquence complète de 1 694 969 nt du génome riche en GC de Methanopyrus kandleri en utilisant une approche complète de séquençage direct du génome. Cette approche est basée sur la dissociation de l'ADN génomique avec la version ThermoFidelase de la topoisomérase V de M. kandleri et le séquençage du cycle dirigé par des oligonucléotides modifiés en 2' (Fimers). La redondance de séquençage (3,3x) était suffisante pour assembler le génome avec moins d'une erreur par 40 kb. En utilisant une combinaison de recherches de bases de données de séquences et de prédiction de potentiel de codage, 1 692 gènes codant pour des protéines et 39 gènes pour les ARN structuraux ont été identifiés. Les protéines de M. kandleri présentent une teneur inhabituellement élevée en acides aminés chargés négativement, ce qui pourrait être une adaptation à la salinité intracellulaire élevée. Une analyse phylogénétique antérieure de l'ARN 16S a suggéré que M. kandleri appartenait à une branche très profonde, proche de la racine de l'arbre archéen. Cependant, les comparaisons de génomes indiquent que, dans les deux arbres construits à l'aide d'alignements concaténés de protéines ribosomiques et d'arbres basés sur le contenu génétique, M. kandleri se groupe systématiquement avec d'autres méthanogènes archéens. M. kandleri partage l'ensemble des gènes impliqués dans la méthanogenèse et, en partie, son organisation en opéron avec Methanococcus jannaschii et Methanothermobacter thermoautotrophicum. Ces résultats indiquent que les archaeal méthanogènes sont monophylétiques. Une caractéristique distinctive de M. kandleri est la rareté des protéines impliquées dans la signalisation et la régulation de l'expression des gènes. De plus, M. kandleri semble avoir moins de gènes acquis par transfert latéral que les autres archées. Ces caractéristiques pourraient refléter l'habitat extrême de cet organisme.

Proc Natl Acad Sci U S A 299 avr 2002 (7) : 4644-4649.

Nous avons produit une ébauche de séquence du génome du riz pour la sous-espèce la plus cultivée en Chine, Oryza sativa L. ssp. indica, par séquençage shotgun du génome entier. Le génome avait une taille de 466 mégabases, avec une estimation de 46 022 à 55 615 gènes. La couverture fonctionnelle dans les séquences assemblées était de 92,0 %. Environ 42,2 % du génome était dans des répétitions exactes d'oligomères de 20 nucléotides, et la plupart des transposons se trouvaient dans les régions intergéniques entre les gènes. Bien que 80,6 % des gènes prédits d'Arabidopsis thaliana aient un homologue chez le riz, seulement 49,4 % des gènes prédits du riz avaient un homologue chez A. thaliana. La grande proportion de gènes de riz sans homologues reconnaissables est due à un gradient dans la teneur en GC des séquences codantes de riz.

Science Avr 2002 5296(5565):79-92.

Le génome de la sous-espèce japonica de riz, une céréale importante et monocotylédone modèle, a été séquencé et assemblé par séquençage au fusil de chasse du génome entier. La séquence assemblée couvre 93% du génome de 420 mégabases. Les prédictions génétiques sur la séquence assemblée suggèrent que le génome contient 32 000 à 50 000 gènes. Les homologues de 98% des protéines connues du maïs, du blé et de l'orge se trouvent dans le riz. La synténie et l'homologie génétique entre le riz et les autres génomes de céréales sont étendues, alors que la synténie avec Arabidopsis est limitée. L'attribution d'orthologues de riz candidats aux gènes d'Arabidopsis est possible dans de nombreux cas. La séquence du génome du riz fournit une base pour l'amélioration des céréales, nos cultures les plus importantes.

Science Avr 2002 5296(5565):92-100.

Le rhumatisme articulaire aigu (IRA), une séquelle d'une infection à streptocoque du groupe A (SGA), est la cause la plus fréquente de cardiopathie infantile évitable dans le monde. Les bases moléculaires de l'IRA et de la cardiopathie rhumatismale qui s'ensuit sont mal comprises. Les souches de sérotype M18 GAS sont associées depuis des décennies à des épidémies d'ARF aux États-Unis. Dans un premier temps, nous avons séquencé le génome de la souche MGAS8232, un organisme de sérotype M18 isolé d'un patient atteint d'ARF. Le génome est un chromosome circulaire de 1 895 017 pb, et il partage 1,7 Mb de matériel génétique étroitement apparenté avec la souche SF370 (une souche séquencée de sérotype M1). La souche MGAS8232 a 178 ORF absents dans SF370. Les phages, les éléments de type phage et les séquences d'insertion sont les principales sources de variation entre les génomes. Les génomes des souches MGAS8232 et SF370 codent pour bon nombre des mêmes facteurs de virulence prouvés ou putatifs. Il est important de noter que la souche MGAS8232 possède des gènes codant pour de nombreuses protéines sécrétées supplémentaires impliquées dans les interactions homme-SGA, y compris l'exotoxine A pyrogène streptococcique (toxine de la scarlatine) et deux homologues d'exotoxine pyrogène non caractérisés, tous associés aux phages. L'analyse par puce à ADN de 36 souches de sérotype M18 provenant de diverses localités a montré que la plupart des régions de variation étaient des phages ou des éléments de type phage. Deux épidémies d'IRA survenues à 12 ans d'intervalle à Salt Lake City, UT, ont été causées par des souches de sérotype M18 qui étaient génétiquement identiques, ou presque. Notre analyse fournit une base essentielle pour une recherche accélérée sur la pathogenèse de l'ARF et un cadre moléculaire pour étudier la plasticité des génomes du SGA.

Proc Natl Acad Sci U S A Avr 2002 299 (7) : 4668-4673.

Nous présentons une séquence complète d'ADN et une analyse métabolique de la bactérie buccale dominante Fusobacterium nucleatum. Bien qu'il ne soit pas considéré à lui seul comme un pathogène dentaire majeur, cet anaérobie facilite l'agrégation et l'établissement de plusieurs autres espèces, notamment les pathogènes dentaires Porphyromonas gingivalis et Bacteroides forsythus. Le génome de la souche ATCC 25586 de F. nucleatum a été assemblé à partir de séquences de fusil de chasse et analysé à l'aide de la suite bioinformatique ERGO (http://www.integratedgenomics.com). Le génome contient 2,17 Mb codant pour 2 067 cadres de lecture ouverts, organisés sur un seul chromosome circulaire contenant 27 % de GC. Malgré sa position taxonomique parmi les bactéries à Gram négatif, plusieurs caractéristiques de son métabolisme de base sont similaires à celles de Clostridium spp., Enterococcus spp. et Lactococcus spp. L'analyse du génome a révélé plusieurs aspects clés des voies du métabolisme des acides organiques, des acides aminés, des glucides et des lipides. Neuf protéines de membrane externe de très haut poids moléculaire sont prédites à partir de la séquence, dont aucune n'a été rapportée dans la littérature. Plus de 137 transporteurs pour l'absorption d'une variété de substrats tels que les peptides, les sucres, les ions métalliques et les cofacteurs ont été identifiés. Des voies biosynthétiques n'existent que pour trois acides aminés : le glutamate, l'aspartate et l'asparagine. Les acides aminés restants sont importés tels quels ou sous forme de di- ou oligopeptides qui sont ensuite dégradés dans le cytoplasme. Une source principale d'énergie semble être la fermentation du glutamate en butyrate. De plus, la désulfuration de la cystéine et de la méthionine produit de l'ammoniac, du H(2)S, du méthylmercaptan et du butyrate, capables d'arrêter la croissance des fibroblastes, empêchant ainsi la cicatrisation des plaies et facilitant la pénétration de l'épithélium gingival. Les capacités métaboliques de F. nucleatum révélées par son génome sont donc cohérentes avec sa niche spécialisée dans la bouche.

J Bactériol 2002 avril 184 (7) : 2005-18.

Un isolat du Strawberry mottle virus (SMoV) a été transféré de Fragaria vesca à Nicotiana occidentalis et Chenopodium quinoa par inoculation mécanique. Des micrographies électroniques de tissus infectés ont montré la présence de particules isométriques d'environ 28 nm de diamètre. Les structures tubulaires associées au SMoV étaient également visibles, en particulier dans les plasmodesmes de C. quinoa. L'extraction d'ARNdb de N. occidentalis infecté par SMoV a donné deux bandes de 6,3 et 7,8 kpb qui ont été clonées et séquencées. Les lacunes dans la séquence, y compris les extrémités 5' et 3', ont été comblées par RT-PCR et RACE. Le génome de SMoV s'est avéré être constitué d'ARN1 et d'ARN2 de 7036 et 5619 nt, respectivement, à l'exclusion d'une queue poly(A). Chaque ARN code pour une polyprotéine et possède une région 3' non codante d'environ 1150 nt. La polyprotéine de l'ARN1 contient des régions ayant des identités à l'hélicase, à la protéine liée au génome viral, à la protéase et à la polymérase (RdRp), et partage sa similitude la plus proche avec l'ARN1 du virus nain de Satsuma (SDV) provisoire. La polyprotéine de l'ARN2 présentait une certaine similitude avec le grand domaine de protéine d'enveloppe du SDV et des virus apparentés. L'analyse phylogénétique de la région RdRp a montré que le SMoV appartient à un groupe distinct contenant le SDV, le virus sphérique latent Apple, le virus de la marbrure infectieuse de l'orange navale et le virus sphérique du tungro du riz. Compte tenu de la taille de l'ARN2 et de la présence d'une longue région non codante en 3', SMoV est plus typique d'un népovirus, bien qu'atypiquement pour un népovirus, il soit transmissible aux pucerons. Nous proposons que SMoV est un membre provisoire d'une lignée de virus de type picorna de type SDV.

J Gen Virol 2002 janvier 83 (Part 1) : 229-39.

Nous avons séquencé et annoté le génome de la levure à fission (Schizosaccharomyces pombe), qui contient le plus petit nombre de gènes codant des protéines jamais enregistré pour un eucaryote : 4 824. Les centromères mesurent entre 35 et 110 kilobases (kb) et contiennent des répétitions apparentées comprenant un élément de 1,8 kb hautement conservé. Les régions en amont des gènes sont plus longues que chez la levure bourgeonnante (Saccharomyces cerevisiae), reflétant peut-être des régions de contrôle plus étendues. Quelque 43 % des gènes contiennent des introns, au nombre de 4 730. Cinquante gènes ont une similitude significative avec les gènes de maladies humaines, dont la moitié sont liés au cancer. Nous identifions des gènes hautement conservés importants pour l'organisation des cellules eucaryotes, y compris ceux requis pour le cytosquelette, la compartimentation, le contrôle du cycle cellulaire, la protéolyse, la phosphorylation des protéines et l'épissage de l'ARN. Ces gènes peuvent provenir de l'apparition de la vie eucaryote.Peu de gènes conservés de manière similaire et importants pour l'organisation multicellulaire ont été identifiés, ce qui suggère que la transition des procaryotes aux eucaryotes a nécessité plus de nouveaux gènes que la transition de l'organisation unicellulaire à l'organisation multicellulaire.

La nature Février 2002 21415 (6874): 871-880.

Ralstonia solanacearum est un phytopathogène dévastateur du sol avec une distribution mondiale et une gamme d'hôtes inhabituellement large. C'est un système modèle pour la dissection des déterminants moléculaires régissant la pathogénicité. Nous présentons ici la séquence complète du génome et son analyse de la souche GMI1000. Le génome de 5,8 mégabases (Mb) est organisé en deux réplicons : un chromosome de 3,7 Mb et un mégaplasmide de 2,1 Mb. Les deux réplicons ont une structure en mosaïque fournissant des preuves de l'acquisition de gènes par transfert horizontal de gènes. Les régions contenant des éléments génétiquement mobiles associés au pourcentage de biais G+C peuvent avoir une fonction importante dans l'évolution du génome. Le génome code de nombreuses protéines potentiellement associées à un rôle dans la pathogénicité. En particulier, de nombreux facteurs d'attachement putatifs ont été identifiés. Le répertoire complet des protéines effectrices sécrétées de type III peut être étudié. Plus de 40 candidats ont été identifiés. La comparaison avec d'autres génomes suggère que les agents pathogènes bactériens des plantes et les agents pathogènes des animaux abritent des matrices distinctes d'effecteurs spécialisés de type III dépendants.

La nature 2002 janvier 31415(6871):497-502.

Clostridium perfringens est une bactérie anaérobie sporulée à Gram positif qui provoque une gangrène gazeuse potentiellement mortelle et une entérotoxémie légère chez l'homme, bien qu'elle colonise comme la flore intestinale normale des humains et des animaux. L'organisme est connu pour produire une variété de toxines et d'enzymes qui sont responsables des lésions myonécrotiques sévères. Nous rapportons ici la séquence complète de 3 031 430 pb de la souche 13 de C. perfringens qui comprend 2 660 régions codant pour les protéines et 10 gènes d'ARNr, montrant une teneur globale en G + C prononcée et faible (28,6%). Le génome contient des enzymes de fermentation anaérobie typiques conduisant à la production de gaz, mais aucune enzyme pour le cycle de l'acide tricarboxylique ou la chaîne respiratoire. Diverses enzymes saccharolytiques ont été trouvées, mais de nombreuses enzymes pour la biosynthèse des acides aminés manquaient dans le génome. Vingt gènes ont été nouvellement identifiés comme facteurs de virulence putatifs de C. perfringens, et nous avons trouvé un total de cinq gènes de hyaluronidase qui contribueront également à la virulence. L'analyse du génome s'est également avérée une méthode efficace pour trouver quatre membres du régulon VirR/VirS à deux composants qui régule de manière coordonnée la pathogénicité de C. perfringens. De toute évidence, C. perfringens obtient divers matériaux essentiels de l'hôte en produisant plusieurs enzymes et toxines de dégradation, entraînant une destruction massive des tissus de l'hôte.

Proc Natl Acad Sci U S A 15 janvier 2002 [publié en ligne avant impression]

Nous avons déterminé et annoté la séquence complète du génome de 2,2 mégabases de Pyrobaculum aerophilum, un crénarchaeon hyperthermophile (Topt = 100°C) aérobie facultatif réduisant les nitrates. Des indices ont été trouvés suggérant des explications de l'intolérance surprenante de l'organisme au soufre, ce qui peut aider au développement de méthodes pour les études génétiques de l'organisme. De nombreuses caractéristiques intéressantes dignes d'autres études génétiques ont été révélées. L'analyse informatique du génome entier a confirmé des expériences montrant que P. aerophilum (et peut-être tous les crenarchaea) manquent de régions 5' non traduites dans leurs ARNm et semblent donc ne pas utiliser un mécanisme basé sur le site de liaison du ribosome (Shine-Dalgarno) pour l'initiation de la traduction au 5 ' fin des transcriptions. L'inspection des longueurs et de la distribution des séquences répétées de mononucléotides a révélé certaines caractéristiques intéressantes. Par exemple, il a été observé que les segments répétés de mononucléotides de Gs (ou Cs) sont très instables, un modèle attendu pour un organisme déficient en réparation des mésappariements. Ce résultat, associé à une étude indépendante sur les taux de mutation, suggère un phénotype "mutateur".

Proc Natl Acad Sci U S A 15 janvier 2002 [publié en ligne avant impression]

La séquence nucléotidique du génome entier d'une cyanobactérie filamenteuse, Anabaena sp. souche PCC 7120, a été déterminée. Le génome d'Anabaena se composait d'un seul chromosome (6 413 771 pb) et de six plasmides, désignés pCC7120alpha (408 101 pb), pCC7120beta (186 614 pb), pCC7120gamma (101 965 pb), pCC7120delta (55 414 pb), pCC7120epsilon (40 340 bpzeta) et pCC7120 bp (5 584 pb). Le chromosome porte 5368 gènes potentiels de codage de protéines, quatre ensembles de gènes d'ARNr, 48 gènes d'ARNt représentant 42 espèces d'ARNt et 4 gènes pour de petits ARN structuraux. Les produits prédits de 45 % des gènes potentiels codant pour des protéines ont montré une similarité de séquence avec des protéines connues et prédites de fonction connue, et 27 % avec des produits traduits de gènes hypothétiques. Les 28% restants n'avaient pas de similarité significative avec les gènes des protéines connues et prédites dans les bases de données ADN publiques. Plus de 60 gènes impliqués dans divers processus de formation d'hétérocystes et de fixation d'azote ont été attribués au chromosome en fonction de leur similitude avec les gènes rapportés. Cent quatre-vingt-quinze gènes codant pour les composants des systèmes de transduction du signal à deux composants, soit près de 2,5 fois plus que ceux de Synechocystis sp. PCC 6803, ont été identifiés sur le chromosome. Seuls 37% des gènes d'Anabaena ont montré une similarité de séquence significative avec ceux de Synechocystis, indiquant un degré élevé de divergence de l'information génétique entre les deux souches de cyanobactéries.

Rés ADN 318 oct. 2001 (5) : 205-13.

Brucella melitensis est un pathogène bactérien intracellulaire facultatif qui provoque l'avortement chez les chèvres et les moutons et la fièvre de Malte chez l'homme. Le génome de la souche 16M de B. melitensis a été séquencé et s'est avéré contenir 3 294 935 pb répartis sur deux chromosomes circulaires de 2 117 144 pb et 1 177 787 pb codant 3 197 ORF. En utilisant la suite bioinformatique ERGO, 2 487 (78 %) ORF se sont vu attribuer des fonctions. Les origines de réplication des deux chromosomes sont similaires à celles d'autres a-protéobactéries. Les gènes de ménage, y compris ceux impliqués dans la réplication de l'ADN, la transcription, la traduction, le métabolisme central et la biosynthèse de la paroi cellulaire, sont distribués sur les deux chromosomes. Les systèmes de sécrétion de type I, II et III sont absents, mais des gènes codant pour les systèmes de sécrétion sec-dépendants, sec-indépendants et spécifiques aux flagelles de type III, de type IV et de type V ainsi que des adhésines, des invasines et des hémolysines ont été identifiés. Plusieurs caractéristiques du génome de B. melitensis sont similaires à celles du symbiotique Sinorhizobium meliloti.

Proc Natl Acad Sci U S A. 2002 janvier 899(1):443-448.

Le génome de 5,67 mégabases du pathogène végétal Agrobacterium tumefaciens C58 se compose d'un chromosome circulaire, d'un chromosome linéaire et de deux plasmides. Une orthologie étendue et une colinéarité nucléotidique entre les génomes d'A. tumefaciens et le symbiote végétal Sinorhizobium meliloti suggèrent une divergence évolutive récente. Leurs similitudes incluent les systèmes métaboliques, de transport et de régulation qui favorisent la survie dans la rhizosphère hautement compétitive. Les différences sont apparentes dans la structure de leur génome et le complément génique de virulence. La disponibilité de la séquence d'A. tumefaciens facilitera les recherches sur la base moléculaire de la pathogenèse et la divergence évolutive des modes de vie pathogènes et symbiotiques.

Science. Déc. 2001 14294 (5550) : 2317-2323.

Agrobacterium tumefaciens est un phytopathogène capable de transférer un segment défini d'ADN à une plante hôte, générant une tumeur biliaire. Le remplacement des gènes inducteurs de tumeurs transférés par de l'ADN exogène permet l'introduction de n'importe quel gène souhaité dans la plante. Ainsi, A. tumefaciens a joué un rôle essentiel dans le développement de la génétique végétale moderne et de la biotechnologie agricole. Nous décrivons ici le génome de la souche C58 d'A. tumefaciens, qui a une structure inhabituelle composée d'un chromosome circulaire et d'un chromosome linéaire. Nous discutons de l'architecture et de l'évolution du génome et des gènes supplémentaires potentiellement impliqués dans la virulence et le parasitisme métabolique des plantes hôtes.

Science. Déc. 2001 14294 (5550) : 2323-2328.

Streptomyces avermitilis est une bactérie du sol qui effectue non seulement une différenciation morphologique complexe mais aussi la production de métabolites secondaires, dont l'un, l'avermectine, est commercialement important en médecine humaine et vétérinaire. L'intérêt majeur de ce genre Streptomyces est la diversité de sa production de métabolites secondaires en tant que micro-organisme industriel. Un facteur majeur dans sa proéminence en tant que producteur de la variété de métabolites secondaires est sa possession de plusieurs voies métaboliques pour la biosynthèse. Nous rapportons ici l'analyse des séquences de S. avermitilis, couvrant 99% de son génome. Au moins 8,7 millions de paires de bases existent dans le chromosome linéaire, il s'agit de la plus grande séquence du génome bactérien, et cela donne un aperçu de la diversité intrinsèque de la production des métabolites secondaires de Streptomyces. Vingt-cinq types de groupes de gènes de métabolites secondaires ont été trouvés dans le génome de S. avermitilis. Quatre d'entre eux concernent les biosynthèses de pigments mélaniques, dans lesquels deux clusters codent pour la tyrosinase et son cofacteur, deux autres codent pour un pigment ochronotique dérivé de l'acide homogentiginique et un autre pour la mélanine dérivée de polycétide. Les groupes de gènes pour les biosynthèses des caroténoïdes et des sidérophores sont composés respectivement de sept et cinq gènes. Il existe huit types de groupes de gènes pour les biosynthèses de composés polykétides de type I, et deux groupes sont impliqués dans les biosynthèses de composés dérivés de polykétides de type II. De plus, une polykétide synthase qui ressemble à la phloroglucinol synthase a été détectée. Huit clusters sont impliqués dans les biosynthèses de composés peptidiques synthétisés par des peptides synthétases non ribosomiques. Ces amas de métabolites secondaires sont largement localisés dans le génome, mais la moitié d'entre eux se trouvent près des deux extrémités du génome. La longueur totale de ces clusters occupe environ 6,4% du génome.

Proc Natl Acad Sci U S A 2001 octobre 998(21):12215-20

Les microsporidies sont des parasites intracellulaires obligatoires infestant de nombreux groupes d'animaux. Manquant de mitochondries et de peroxysomes, ces eucaryotes unicellulaires ont d'abord été considérés comme une lignée protiste profondément ramifiée qui a divergé avant l'événement endosymbiotique qui a conduit aux mitochondries. La découverte d'un gène pour un chaperon de type mitochondrial combiné à des données phylogénétiques moléculaires a plus tard impliqué que les microsporidies sont des champignons atypiques qui ont perdu des mitochondries au cours de l'évolution. Nous rapportons ici les séquences d'ADN des 11 chromosomes du génome d'environ 2,9 mégabases (Mb) d'Encephalitozoon cuniculi (1 997 gènes potentiels de codage de protéines). La compaction du génome se traduit par des espaceurs intergéniques réduits et par la brièveté de la plupart des protéines putatives par rapport à leurs orthologues eucaryotes. La forte dépendance vis-à-vis de l'hôte est illustrée par le manque de gènes pour certaines voies de biosynthèse et pour le cycle de l'acide tricarboxylique. L'analyse phylogénétique prête un crédit substantiel à l'affiliation fongique des microsporidies. Étant donné que le génome d'E. cuniculi contient des gènes liés à certaines fonctions mitochondriales (par exemple, l'assemblage de grappes Fe-S), nous émettons l'hypothèse que les microsporidies ont conservé un organite dérivé des mitochondries.

La nature 2001 novembre 22414(6862):450-3.

La séquence génomique complète d'un crénarchaeon thermoacidophile aérobie, Sulfolobus tokodaii souche7, qui se développe de manière optimale à 80 degrés C, à faible pH et dans des conditions aérobies, a été déterminée par la méthode du fusil de chasse du génome entier avec de légères modifications. La taille génomique était longue de 2 694 756 pb et la teneur en G + C était de 32,8 %. Les gènes codant pour l'ARN suivants ont été identifiés : un seul groupe d'ARNr 16S-23S, un gène d'ARNr 5S et 46 gènes d'ARNt (dont 24 gènes d'ARNt contenant des introns). Les séquences répétitives identifiées étaient des séquences répétitives de type SR, de longues séquences répétitives de type dispersé et des éléments répétitifs de type Tn. Le génome contenait 2826 régions potentielles de codage de protéines (cadres de lecture ouverts, ORF). Par une recherche de similarité avec des bases de données publiques, 911 (32,2%) ORF étaient liés à des gènes assignés fonctionnels, 921 (32,6%) étaient liés à des ORF conservés de fonction inconnue, 145 (5,1%) contenaient certains motifs, et les 849 restants (30,0%) n'a montré aucune similitude significative avec les séquences enregistrées. Les ORF avec des affectations fonctionnelles comprenaient les gènes candidats impliqués dans le métabolisme des sulfures, le cycle du TCA et la chaîne respiratoire. La comparaison des séquences a fourni des preuves suggérant l'intégration du plasmide, le réarrangement de la structure génomique et la duplication des régions génomiques qui peuvent être responsables de la plus grande taille génomique du génome de S. tokodaii souche7. Le génome contenait des gènes de type eucaryote qui n'étaient pas identifiés chez d'autres archées et n'avait pas la séquence CCA dans les gènes de l'ARNt. Le résultat suggère que cette souche est plus proche des eucaryotes parmi les souches d'archées séquencées jusqu'à présent. Les données présentées dans cet article sont également disponibles sur la page d'accueil Internet (http://www.bio.nite.go.jp/E-home/genome_list-e.html/).

Rés ADN 2001 août 318(4):123-40.

Salmonella enterica sérovar Typhi (S. typhi) est l'agent étiologique de la fièvre typhoïde, une maladie bactérienne invasive grave de l'homme avec un fardeau mondial annuel d'environ 16 millions de cas, entraînant 600 000 décès. De nombreux sérovars de S. enterica envahissent activement la surface muqueuse de l'intestin mais sont normalement contenus chez les individus sains par les mécanismes de défense immunitaire locaux. Cependant, S. typhi a développé la capacité de se propager aux tissus plus profonds de l'homme, y compris le foie, la rate et la moelle osseuse. Ici, nous avons séquencé le génome de 4 809 037 paires de bases (pb) d'un S. typhi (CT18) résistant à plusieurs médicaments, révélant la présence de centaines d'insertions et de délétions par rapport au génome d'Escherichia coli, dont la taille varie de gènes uniques. aux grandes îles. Notamment, la séquence du génome identifie plus de deux cents pseudogènes, plusieurs correspondant à des gènes connus pour contribuer à la virulence chez Salmonella typhimurium. Cette dégradation génétique peut contribuer à la gamme d'hôtes restreinte à l'homme pour S. typhi. CT18 abrite un plasmide incH1 à résistance multiple aux médicaments de 218 150 pb (pHCM1) et un plasmide cryptique de 106 516 pb (pHCM2), qui montre une ascendance commune récente avec un plasmide de virulence de Yersinia pestis.

La nature Octobre 2001 25413 (6858): 848-52.

La sous-espèce I de Salmonella enterica, sérovar Typhimurium (S. typhimurium), est une cause majeure de gastro-entérite humaine et est utilisée comme modèle murin de la fièvre typhoïde humaine. L'incidence de la salmonellose non typhoïde augmente dans le monde entier, provoquant des millions d'infections et de nombreux décès dans la population humaine chaque année. Ici, nous avons séquencé le chromosome de 4 857 kilobases (kb) et le plasmide de virulence de 94 kb de la souche LT2 de S. typhimurium. La distribution d'homologues proches des gènes LT2 de S. typhimurium dans huit entérobactéries apparentées a été déterminée en utilisant les génomes précédemment complétés de trois bactéries apparentées, le séquençage d'échantillons de S. enterica sérovar Paratyphi A (S. paratyphi A) et Klebsiella pneumoniae, et l'hybridation de trois génomes non séquencés à une puce à ADN de gènes S. typhimurium LT2. Le transfert latéral de gènes est fréquent, avec 11% des gènes de S. typhimurium LT2 manquants chez S. enterica sérovar Typhi (S. typhi) et 29% manquant chez Escherichia coli K12. Les 352 homologues de gènes de S. typhimurium LT2 confinés à la sous-espèce I de S. enterica contenant la plupart des agents pathogènes des mammifères et des oiseaux sont utiles pour les études d'épidémiologie, de spécificité de l'hôte et de pathogenèse. La plupart de ces homologues étaient auparavant inconnus, et 50 peuvent être exportés vers le périplasme ou la membrane externe, les rendant accessibles en tant que cibles thérapeutiques ou vaccinales.

La nature Octobre 2001 25413 (6858): 852-56.

Rickettsia conorii est une bactérie intracellulaire obligatoire qui provoque la fièvre pourprée méditerranéenne chez l'homme. Nous avons déterminé la séquence complète du génome de 1 268 755 nucléotides de R. conorii, contenant 1374 cadres de lecture ouverts. Ce génome présente 804 des 834 gènes du génome de R. prowazekii précédemment déterminé plus 552 cadres de lecture ouverts supplémentaires et une multiplication par 10 du nombre d'éléments répétitifs. Malgré ces différences, les deux génomes présentent une colinéarité presque parfaite qui a permis l'identification claire de différentes étapes d'altérations génétiques avec des restes de gènes et 37 gènes divisés en 105 fragments, dont 59 sont transcrits. Une inversion de séquence de 38 kilobases a été datée peu de temps après la divergence du genre.

Science 2001 sept. 14293 (5537): 2093-8.

La bactérie à Gram négatif Yersinia pestis est l'agent causal de la maladie infectieuse invasive systémique classiquement appelée peste, et a été responsable de trois pandémies humaines : la peste de Justinien (VIe au VIIIe siècles), la peste noire (XIVe au XIXe siècles) ) et la peste moderne (XIXe siècle à nos jours). L'identification récente de souches résistantes à plusieurs médicaments et l'utilisation potentielle de Y. pestis comme agent de guerre biologique signifient que la peste constitue toujours une menace pour la santé humaine. Nous rapportons ici la séquence complète du génome de la souche CO92 de Y. pestis, constituée d'un chromosome de 4,65 mégabases (Mb) et de trois plasmides de 96,2 kilobases (kb), 70,3 kb et 9,6 kb. Le génome est exceptionnellement riche en séquences d'insertion et présente des anomalies dans le biais de composition en bases GC, indiquant une recombinaison intragénomique fréquente. De nombreux gènes semblent avoir été acquis à partir d'autres bactéries et virus (y compris les adhésines, les systèmes de sécrétion et les toxines insecticides). Le génome contient environ 150 pseudogènes, dont beaucoup sont des vestiges d'un mode de vie entéropathogène redondant. Les preuves de la fluidité, de l'expansion et de la décomposition continues du génome suggèrent que Y. pestis est un agent pathogène qui a subi un flux génétique à grande échelle et fournit un aperçu unique de la manière dont évoluent les agents pathogènes nouveaux et très virulents.

La nature 2001 octobre 4413 (6855): 523-7.

Streptococcus pneumoniae est l'une des causes les plus importantes de maladie bactérienne chez l'homme. Nous rapportons ici la séquence génomique de 2 038 615 pb de la bactérie à Gram positif S. pneumoniae R6. Parce que la souche R6 est une souche virulente et, plus important encore, parce qu'elle est facilement transformée avec l'ADN d'espèces homologues et de nombreuses espèces hétérologues, c'est la principale plate-forme pour l'étude de la biologie de cet important agent pathogène. Il est également utilisé comme véhicule principal pour le développement basé sur la génomique d'antibiotiques pour les bactéries à Gram positif. Dans notre analyse du génome, nous avons identifié un grand nombre de nouveaux gènes non caractérisés censés coder pour des protéines qui résident à la surface de la cellule ou sont sécrétés. Parmi ces protéines, il pourrait y avoir de nouvelles cibles pour le développement de vaccins et d'antibiotiques.

J Bactériol 2001 octobre 183 (19) : 5709-17.

La rareté de l'azote utilisable limite fréquemment la croissance des plantes. Une association métabolique étroite avec les bactéries rhizobiennes permet aux légumineuses d'obtenir des composés azotés par réduction bactérienne du diazote (N2) en ammonium (NH4+).Nous présentons ici la séquence d'ADN annotée de l'alpha-protéobactérie Sinorhizobium meliloti, le symbiote de la luzerne. Le génome tripartite de 6,7 mégabases (Mb) comprend un chromosome de 3,65 Mb et des mégaplasmides pSymA de 1,35 Mb et pSymB de 1,68 Mb. L'analyse de la séquence du génome indique que les trois éléments contribuent, à des degrés divers, à la symbiose et révèle comment ce génome a pu émerger au cours de l'évolution. La séquence du génome sera utile pour comprendre la dynamique des associations inter-royaumes et de la vie dans les environnements du sol.

Science Juil. 2001 27293(5530):668-72.

La séquence du génome de 2 160 837 paires de bases d'un isolat de Streptococcus pneumoniae, un agent pathogène à Gram positif qui cause la pneumonie, la bactériémie, la méningite et l'otite moyenne, contient 2 236 régions codantes prédites de celles-ci, 1 440 (64%) se sont vu attribuer un rôle biologique. Environ 5% du génome est composé de séquences d'insertion qui peuvent contribuer aux réarrangements du génome par l'absorption d'ADN étranger. Les systèmes enzymatiques extracellulaires pour le métabolisme des polysaccharides et des hexosamines fournissent une source substantielle de carbone et d'azote pour S. pneumoniae et endommagent également les tissus de l'hôte et facilitent la colonisation. Un motif identifié dans le peptide signal des protéines est potentiellement impliqué dans le ciblage de ces protéines vers la surface cellulaire des espèces Gram-positives à faible teneur en guanine/cytosine (GC). Plusieurs protéines exposées à la surface qui peuvent servir de candidats vaccins potentiels ont été identifiées. L'hybridation comparative du génome avec des puces à ADN a révélé des différences de souches chez S. pneumoniae qui pourraient contribuer aux différences de virulence et d'antigénicité.

Science Juil 2001 20293 (5529): 498-506.

Mycoplasma pulmonis est une eubactérie sans paroi appartenant aux Mollicutes (nom banal, mycoplasmes) et responsable de maladies respiratoires murines. Le génome de la souche UAB CTIP est composé d'un seul chromosome circulaire de 963 879 pb avec une teneur en G + C de 26,6 % en mole, soit la plus faible rapportée parmi les bactéries, à part Ureaplasma urealyticum. Ce génome contient 782 séquences codantes putatives (CDS) couvrant 91,4 % de sa longueur et une fonction pourrait être attribuée à 486 CDS tandis que 92 correspondaient aux séquences de gènes de protéines hypothétiques, laissant 204 CDS sans correspondance de base de données significative. Le génome contient un seul ensemble de gènes d'ARNr et seulement 29 gènes d'ARNt. L'origine de réplication oriC a été localisée par analyse de séquence et en utilisant la méthode du biais G + C. Les polymorphismes de séquence dans des segments de nucléotides répétés génèrent des antigènes protéiques à phase variable tandis qu'un gène de recombinase est susceptible de catalyser les inversions d'ADN spécifiques au site dans les principaux antigènes de surface de M.pulmonis. De plus, une hémolysine, des nucléases sécrétées et une glycoprotéase sont des facteurs de virulence prédits. Étonnamment, plusieurs des gènes précédemment signalés comme essentiels pour une cellule minimale auto-répliquante sont manquants dans le génome de M.pulmonis bien que celui-ci soit plus grand que les autres génomes de mycoplasmes entièrement séquencés jusqu'à présent.

Acides nucléiques Res. 2001 mai 1529(10) : 2145-53.

Le génome du crenarchaeon Sulfolobus solfataricus P2 contient 2 992 245 pb sur un seul chromosome et code 2 977 protéines et de nombreux ARN. Un tiers des protéines codées n'ont pas d'homologues détectables dans d'autres génomes séquencés. De plus, 40% semblent être spécifiques aux archées, et seulement 12% et 2,3% sont partagés exclusivement avec des bactéries et des eucaryas, respectivement. Le génome montre un haut niveau de plasticité avec 200 éléments de séquence d'insertion divers, de nombreux éléments mobiles non autonomes putatifs et des preuves d'événements d'insertion induits par l'intégrase. Il existe également de longs groupes de répétitions en tandem régulièrement espacées. Différents systèmes de transfert sont utilisés pour l'absorption de solutés inorganiques et organiques, et une multitude de protéases intracellulaires et extracellulaires, de sucre et d'enzymes métabolisant le soufre sont codées, ainsi que des enzymes des voies métaboliques centrales et des protéines de motilité. Le principal transporteur d'électrons métaboliques n'est pas le NADH comme chez les bactéries et les eucaryaes mais probablement la ferrédoxine. Les composants essentiels requis pour la réplication de l'ADN, la réparation et la recombinaison de l'ADN, le cycle cellulaire, l'initiation et la traduction de la transcription, mais pas le repliement de l'ADN, présentent un fort caractère eucaryal avec de nombreuses caractéristiques spécifiques aux archées. Les résultats illustrent des différences majeures entre les crenarchaea et les euryarchaea, en particulier pour leur mécanisme de réplication de l'ADN et les processus du cycle cellulaire et leur appareil de traduction.

Proc Natl Acad Sci U S A. 2001 juillet 398 (14) : 7835-7840.

La séquence de 1 852 442 pb d'une souche M1 de Streptococcus pyogenes, un pathogène Gram positif, a été déterminée et contient 1 752 gènes prédits codant pour une protéine. Environ un tiers de ces gènes n'ont aucune fonction identifiable, le reste tombant dans des catégories précédemment caractérisées de fonction microbienne connue. Conformément à l'observation selon laquelle S. pyogenes est responsable d'une plus grande variété de maladies humaines que toute autre espèce bactérienne, plus de 40 gènes putatifs associés à la virulence ont été identifiés. Des gènes supplémentaires ont été identifiés qui codent pour des protéines probablement associées à un « mimétisme moléculaire » microbien des caractéristiques de l'hôte et impliquées dans le rhumatisme articulaire aigu ou la glomérulonéphrite aiguë. La séquence complète ou partielle de quatre génomes de bactériophages différents est également présente, chacun contenant des gènes pour une ou plusieurs protéines de type superantigène non encore découvertes. Ces gènes associés aux prophages codent pour au moins six facteurs de virulence potentiels, soulignant l'importance des bactériophages dans le transfert horizontal de gènes et un mécanisme possible pour générer de nouvelles souches avec un potentiel pathogène accru.

Proc Natl Acad Sci U S A Avr 2001 1098(8) : 4658-63.

Lactococcus lactis est une bactérie gram-positive non pathogène riche en AT étroitement apparentée au genre Streptococcus et est le levain de fromage le plus couramment utilisé. C'est aussi la bactérie lactique la mieux caractérisée. Nous avons séquencé le génome de la souche de laboratoire IL1403, en utilisant une nouvelle stratégie en deux étapes qui comprend le séquençage diagnostique de l'ensemble du génome et une étape de polissage au fusil de chasse. Le génome contient 2 365 589 paires de bases et code 2310 protéines, dont 293 gènes codant pour des protéines appartenant à six prophages et 43 éléments de séquence d'insertion (IS). La distribution non aléatoire des éléments IS indique que le chromosome de la souche séquencée peut être le produit d'une recombinaison récente entre deux génomes étroitement liés. Un ensemble complet de gènes de compétence tardive est présent, indiquant la capacité de L. lactis à subir une transformation de l'ADN. La séquence génomique a révélé de nouvelles possibilités pour les voies de fermentation et pour la respiration aérobie. Il a également indiqué un transfert horizontal d'informations génétiques de Lactococcus vers des bactéries entériques à Gram négatif du groupe Salmonella-Escherichia. [Les données de séquence décrites dans cet article ont été soumises à la bibliothèque de données GenBank sous le numéro d'accession. AE005176.]

Génome Res 11 mai 2001 (5) : 731-53.

La séquence complète du génome de a été déterminée à 4 016 942 paires de bases dans un seul chromosome circulaire codant 3 767 gènes. Cet organisme, qui se développe dans un milieu aquatique dilué, coordonne le cycle de division cellulaire et de multiples événements de différenciation cellulaire. Avec la séquence du génome annotée, une description complète du réseau génétique qui contrôle la différenciation bactérienne, la croissance cellulaire et la progression du cycle cellulaire est à portée de main. Les protéines de transduction du signal à deux composants sont connues pour jouer un rôle important dans la progression du cycle cellulaire. L'analyse du génome a révélé que le génome de C. crescentus code un nombre significativement plus élevé de ces protéines de signalisation (105) que n'importe quel génome bactérien séquencé jusqu'à présent. Un autre mécanisme régulateur impliqué dans la progression du cycle cellulaire est la méthylation de l'ADN. L'occurrence de la séquence de reconnaissance pour une enzyme essentielle de méthylation de l'ADN qui est requise pour la régulation du cycle cellulaire est sévèrement limitée et montre un biais vers les régions intergéniques. Le génome contient plusieurs groupes de gènes codant pour des protéines essentielles à la survie dans un habitat pauvre en nutriments. Sont inclus ceux impliqués dans la chimiotaxie, la fonction du canal membranaire externe, la dégradation des composés du cycle aromatique et la dégradation des sources de carbone d'origine végétale, en plus de nombreux facteurs sigma de fonction extra-cytoplasmique, offrant à l'organisme la capacité de répondre à un large éventail des fluctuations environnementales. C. crescentus est, à notre connaissance, la première protéobactérie libre à être séquencée et servira de base à l'exploration de la biologie de ce groupe de bactéries, qui comprend l'endosymbionte obligatoire et l'agent pathogène humain Rickettsia prowazekii, l'agent pathogène des plantes Agrobacterium tumefaciens et l'agent pathogène bovin et humain Brucella abortus.

Proc Natl Acad Sci U S A 2798 mars 2001 (7) : 4136-41.

Nous présentons ici la séquence complète du génome d'un clone aviaire commun de Pasteurella multocida, Pm70. Le génome de Pm70 est un chromosome circulaire unique de 2 257 487 paires de bases de long et contient 2 014 régions codantes prédites, 6 opérons d'ARN ribosomique et 57 ARNt. Des analyses évolutives à l'échelle du génome basées sur des comparaisons par paires de 1 197 séquences orthologues entre P. multocida, Haemophilus influenzae et Escherichia coli suggèrent que P. multocida et H. influenzae ont divergé il y a environ 270 millions d'années et que la subdivision gamma des protéobactéries a rayonné sur environ 680 millions il y a des années. Deux cadres de lecture ouverts non décrits auparavant, représentant environ 1 % du génome, codent de grandes protéines avec une homologie avec l'hémagglutinine filamenteuse associée à la virulence de Bordetella pertussis. Conformément au rôle critique du fer dans la survie de nombreux agents pathogènes microbiens, les analyses in silico et de microarray du génome entier ont identifié plus de 50 gènes Pm70 avec un rôle potentiel dans l'acquisition et le métabolisme du fer. Dans l'ensemble, la séquence génomique complète et les analyses fonctionnelles préliminaires constituent une base pour les recherches futures sur les mécanismes de la pathogenèse et la spécificité de l'hôte de cet important agent pathogène multispécifique.

Proc Natl Acad SCI U S A 2001 mars 1398 (6) : 3460-5.

La lèpre, une maladie neurologique humaine chronique, résulte d'une infection par le pathogène intracellulaire obligatoire Mycobacterium leprae, un proche parent du bacille tuberculeux. Mycobacterium leprae a le temps de doublement le plus long de toutes les bactéries connues et a contrecarré tous les efforts de culture en laboratoire. La comparaison de la séquence du génome de 3,27 mégabases (Mb) d'un isolat indien dérivé du tatou du bacille de la lèpre avec celle de Mycobacterium tuberculosis (4,41 Mb) fournit des explications claires pour ces propriétés et révèle un cas extrême d'évolution réductrice. Moins de la moitié du génome contient des gènes fonctionnels, mais les pseudogènes, avec leurs homologues intacts chez M. tuberculosis, abondent. La réduction de la taille du génome et l'arrangement actuel en mosaïque semblent avoir résulté d'événements de recombinaison étendus entre des séquences répétitives dispersées. La suppression et la dégradation des gènes ont éliminé de nombreuses activités métaboliques importantes, notamment la production de sidérophores, une partie des chaînes respiratoires oxydatives et la plupart des chaînes respiratoires microaérophiles et anaérobies, ainsi que de nombreux systèmes cataboliques et leurs circuits de régulation.

La nature Février 2001 22409 (6823): 1007-11.

Une séquence consensus de 2,91 milliards de paires de bases (pb) de la partie euchromatique du génome humain a été générée par la méthode de séquençage shotgun du génome entier. La séquence d'ADN de 14,8 milliards de BP a été générée sur 9 mois à partir de 27 271 853 lectures de séquences de haute qualité (couverture du génome de 5,11 fois) à partir des deux extrémités de clones plasmidiques fabriqués à partir de l'ADN de cinq individus. Deux stratégies d'assemblage - un assemblage de génome entier et un assemblage de chromosomes régional - ont été utilisées, chacune combinant les données de séquence de Celera et l'effort de génome financé par l'État. Les données publiques ont été déchiquetées en segments 550-BP pour créer une couverture de 2,9 fois des régions du génome qui avaient été séquencées, sans inclure les biais inhérents à la procédure de clonage et d'assemblage utilisée par le groupe financé par l'État. Cela a permis de multiplier par huit la couverture effective dans les assemblages, réduisant le nombre et la taille des espaces dans l'assemblage final par rapport à ce qui serait obtenu avec une couverture de 5,11 fois. Les deux stratégies d'assemblage ont donné des résultats très similaires qui concordent largement avec des données cartographiques indépendantes. Les assemblages couvrent efficacement les régions euchromatiques des chromosomes humains. Plus de 90 % du génome se trouve dans des échafaudages de 100 000 BP ou plus, et 25 % du génome se trouve dans des échafaudages de 10 millions de BP ou plus. L'analyse de la séquence du génome a révélé 26 588 transcrits codant pour des protéines pour lesquels il existait de solides preuves corroborantes et environ 12 000 gènes supplémentaires dérivés par ordinateur avec des correspondances de souris ou d'autres preuves à l'appui faibles. Bien que les grappes denses en gènes soient évidentes, près de la moitié des gènes sont dispersés dans une séquence G+C basse séparée par de grandes étendues de séquence apparemment non codante. Seul 1,1 % du génome est recouvert d'exons, tandis que 24 % est constitué d'introns, 75 % du génome étant constitué d'ADN intergénique. Les duplications de blocs segmentaires, allant de la taille jusqu'à la longueur chromosomique, sont abondantes dans tout le génome et révèlent une histoire évolutive complexe. L'analyse génomique comparative indique des expansions chez les vertébrés des gènes associés à la fonction neuronale, à la régulation du développement spécifique aux tissus et à l'hémostase et aux systèmes immunitaires. Les comparaisons de séquences d'ADN entre la séquence consensus et les données génomiques financées par l'État ont fourni des emplacements de 2,1 millions de polymorphismes mononucléotidiques (SNP). Une paire aléatoire de génomes haploïdes humains différait à un taux de 1 BP pour 1250 en moyenne, mais il y avait une hétérogénéité marquée dans le niveau de polymorphisme à travers le génome. Moins de 1% de tous les SNP ont entraîné une variation des protéines, mais la tâche de déterminer quels SNP ont des conséquences fonctionnelles reste un défi ouvert.

Science Fév 2001 16291(5507):1304-51.

La bactérie Escherichia coli O157:H7 est une menace mondiale pour la santé publique et a été impliquée dans de nombreuses épidémies de colite hémorragique, dont certaines ont entraîné des décès causés par le syndrome hémolytique et urémique. On estime maintenant que près de 75 000 cas d'infection à O157:H7 surviennent chaque année aux États-Unis. La gravité de la maladie, l'absence de traitement efficace et le potentiel d'épidémies à grande échelle provenant d'approvisionnements alimentaires contaminés ont propulsé des recherches intensives sur la pathogenèse et la détection d'E. coli O157:H7 (réf. 4). Ici, nous avons séquencé le génome d'E. coli O157:H7 pour identifier les gènes candidats responsables de la pathogenèse, pour développer de meilleures méthodes de détection des souches et pour faire progresser notre compréhension de l'évolution d'E. coli, par comparaison avec le génome de la non- souche de laboratoire pathogène E. coli K-12 (réf. 5). Nous constatons que le transfert latéral de gènes est beaucoup plus étendu que prévu. En fait, 1 387 nouveaux gènes codés dans des groupes spécifiques de souches de tailles diverses ont été trouvés dans O157:H7. Ceux-ci incluent des facteurs de virulence candidats, des capacités métaboliques alternatives, plusieurs prophages et d'autres nouvelles fonctions, qui pourraient tous être des cibles pour la surveillance.

La nature 2001 janvier 25409 (6819): 529-33.

La plante à fleurs Arabidopsis thaliana est un système modèle important pour identifier les gènes et déterminer leurs fonctions. Nous rapportons ici l'analyse de la séquence génomique d'Arabidopsis. Les régions séquencées couvrent 115,4 mégabases du génome de 125 mégabases et s'étendent dans des régions centromériques. L'évolution d'Arabidopsis impliquait une duplication du génome entier, suivie d'une perte de gènes subséquente et de duplications de gènes locales étendues, donnant lieu à un génome dynamique enrichi par transfert latéral de gènes à partir d'un ancêtre de type cyanobactérien du plaste. Le génome contient 25 498 gènes codant pour des protéines de 11 000 familles, similaires à la diversité fonctionnelle de Drosophila et Caenorhabditis elegans & les autres eucaryotes multicellulaires séquencés. Arabidopsis possède de nombreuses familles de nouvelles protéines mais manque également de plusieurs familles de protéines communes, ce qui indique que les ensembles de protéines communes ont subi une expansion et une contraction différentielles chez les trois eucaryotes multicellulaires. Il s'agit de la première séquence complète du génome d'une plante et jette les bases d'une comparaison plus complète des processus conservés chez tous les eucaryotes, identifiant un large éventail de fonctions génétiques spécifiques à la plante et établissant des moyens systématiques rapides d'identifier les gènes pour l'amélioration des cultures.

La nature 2000 déc. 14408(6814):796-815.

Nous rapportons la séquence complète d'un halophile extrême, Halobacterium sp. NRC-1, hébergeant un génome dynamique de 2 571 010-BP contenant 91 séquences d'insertion représentant 12 familles et organisé en un grand chromosome et 2 minichromosomes apparentés. Le génome de Halobacterium NRC-1 code pour 2 630 protéines prédites, dont 36 % n'ont aucun rapport avec les précédentes. L'analyse de la séquence du génome montre la présence de voies d'absorption et d'utilisation d'acides aminés, d'antiporteurs actifs sodium-proton et de systèmes d'absorption de potassium, de voies photosensorielles et de transduction du signal sophistiquées et de systèmes de réplication, de transcription et de traduction de l'ADN ressemblant à des organismes eucaryotes plus complexes. Des comparaisons de protéomes entiers montrent la nature archaéenne définie de cet halophile avec des similitudes supplémentaires avec le Bacillus subtilis Gram positif et d'autres bactéries. La facilité de culture d'Halobacterium et la disponibilité de méthodes pour sa manipulation génétique en laboratoire, y compris la construction de gènes knock-out et de remplacement, indiquent que cet halophile peut servir d'excellent système modèle parmi les archées.

Proc Natl Acad SCI U S A 2000 octobre 2497(22):12176-81.

Thermoplasma acidophilum est un archéon thermoacidophile qui prospère à 59 degrés C et à pH 2, qui a été isolé à partir de tas de déchets de charbon auto-chauffants et de champs de solfatare. Les espèces du genre Thermoplasma ne possèdent pas de paroi cellulaire rigide, mais ne sont délimitées que par une membrane plasmique. De nombreux assemblages macromoléculaires de Thermoplasma, principalement des protéases et des chaperons, ont joué un rôle crucial dans l'élucidation de la structure et de la fonction de leurs homologues eucaryotes plus complexes. Notre intérêt pour le repliement et la dégradation des protéines nous a conduit à rechercher une représentation plus complète des protéines impliquées dans ces voies en déterminant la séquence du génome de l'organisme. Ici, nous avons séquencé le génome de 1 564 905 paires de bases en seulement 7 855 réactions de séquençage en utilisant une nouvelle stratégie. Les 1 509 cadres de lecture ouverts identifient Thermoplasma comme un euryarchaeon typique avec un complément substantiel de gènes liés aux bactéries. Au moins 252 cadres de lecture ouverts, y compris une voie complète de dégradation des protéines et diverses protéines de transport, ressemblent le plus aux protéines Sulfolobus.

La nature 2000 sept. 28407 (6803) : 508-13.

Presque toutes les espèces de pucerons (Homoptera, Insecta) ont 60 à 80 énormes cellules appelées bactériocytes, à l'intérieur desquelles se trouvent des bactéries de forme ronde appelées Buchnera. Ces bactéries sont transmises maternellement aux œufs et aux embryons à travers les générations d'hôtes, et le mutualisme entre l'hôte et la bactérie est si obligatoire qu'aucun ne peut se reproduire indépendamment. Buchnera est un proche parent d'Escherichia coli, mais il contient plus de 100 copies génomiques par cellule et la taille de son génome n'est que d'un septième de celle d'E. coli. Nous rapportons ici la séquence complète du génome de Buchnera sp. souche APS, qui est composée d'un chromosome de 640 681 paires de bases et de deux petits plasmides. Il existe des gènes pour les biosynthèses d'acides aminés essentiels pour les hôtes dans le génome, mais ceux pour les acides aminés non essentiels sont manquants, indiquant une complémentarité et une syntrophie entre l'hôte et le symbiote. De plus, Buchnera manque de gènes pour la biosynthèse des composants de la surface cellulaire, y compris les lipopolysaccharides et les phospholipides, les gènes régulateurs et les gènes impliqués dans la défense de la cellule. Ces résultats indiquent que Buchnera est complètement symbiotique et viable uniquement dans sa niche limitée, le bactériocyte.

La nature 2000 sept. 7407 (6800) : 81-6.

Pseudomonas aeruginosa est une bactérie environnementale omniprésente qui est l'une des trois principales causes d'infections humaines opportunistes. Un facteur majeur de son importance en tant qu'agent pathogène est sa résistance intrinsèque aux antibiotiques et aux désinfectants. Nous rapportons ici la séquence complète de la souche P. aeruginosa PAO1. Avec 6,3 millions de paires de bases, il s'agit du plus grand génome bactérien séquencé, et la séquence donne un aperçu de la base de la polyvalence et de la résistance intrinsèque aux médicaments de P. aeruginosa. Conformément à sa plus grande taille de génome et à son adaptabilité environnementale, P. aeruginosa contient la plus grande proportion de gènes régulateurs observés pour un génome bactérien et un grand nombre de gènes impliqués dans le catabolisme, le transport et l'efflux de composés organiques ainsi que quatre systèmes potentiels de chimiotaxie. Nous proposons que la taille et la complexité du génome de P. aeruginosa reflètent une adaptation évolutive lui permettant de prospérer dans divers environnements et de résister aux effets d'une variété de substances antimicrobiennes.

La nature 2000 août 31406(6799):959-64.

Ici, nous déterminons la séquence génomique complète de la gamma-Proteobacterium Vibrio cholerae El Tor N16961 à Gram négatif comme étant de 4 033 460 paires de bases (BP). Le génome se compose de deux chromosomes circulaires de 2 961 146 BP et 1 072 314 BP qui codent ensemble pour 3 885 cadres de lecture ouverts. La grande majorité des gènes reconnaissables pour les fonctions cellulaires essentielles (telles que la réplication de l'ADN, la transcription, la traduction et la biosynthèse de la paroi cellulaire) et la pathogénicité (par exemple, les toxines, les antigènes de surface et les adhésines) sont situés sur le grand chromosome. En revanche, le petit chromosome contient une fraction plus importante (59 %) de gènes hypothétiques par rapport au grand chromosome (42 %), et contient également beaucoup plus de gènes qui semblent avoir des origines autres que les gamma-protéobactéries. Le petit chromosome porte également un système de capture de gènes (l'île d'intégron) et des gènes de « dépendance » de l'hôte qui se trouvent généralement sur les plasmides. Ainsi, le petit chromosome peut avoir été à l'origine un mégaplasmide capturé par une espèce Vibrio ancestrale. La séquence génomique de V. cholerae fournit un point de départ pour comprendre comment un organisme environnemental vivant en liberté a émergé pour devenir un pathogène bactérien humain important.

La nature 2000 août 3406(6795):477-83.

Xylella fastidiosa est une bactérie exigeante et limitée dans le xylème qui provoque une gamme de maladies des plantes économiquement importantes. Nous rapportons ici la séquence complète du génome du clone 9a5c de X. fastidiosa, qui provoque la chlorose panachée des agrumes, une grave maladie des orangers. Le génome comprend un chromosome circulaire de 2 679 305 paires de bases (BP) riche en GC à 52,7 % et deux plasmides de 51 158 BP et 1 285 BP. Nous pouvons attribuer des fonctions putatives à 47 % des 2 904 régions codantes prédites. Des fonctions métaboliques efficaces sont prévues, les sucres étant la principale source d'énergie et de carbone, soutenant l'existence dans la sève du xylème pauvre en nutriments. Les mécanismes associés à la pathogénicité et à la virulence impliquent des toxines, des antibiotiques et des systèmes de séquestration d'ions, ainsi que des interactions bactérie-bactérie et bactérie-hôte médiées par une gamme de protéines. Les orthologues de certaines de ces protéines n'ont été identifiés que chez les agents pathogènes animaux et humains. Leur présence chez X. fastidiosa indique que la base moléculaire de la pathogénicité bactérienne est à la fois conservée et indépendante de l'hôte. Au moins 83 gènes sont dérivés de bactériophages et incluent des gènes associés à la virulence provenant d'autres bactéries, fournissant une preuve directe du transfert horizontal de gènes à médiation par les phages.

La nature 2000 juillet 13406(6792):151-7.

Neisseria meningitidis provoque une méningite bactérienne et est donc responsable d'une morbidité et d'une mortalité considérables tant dans les pays développés que dans les pays en développement. Les méningocoques sont des agents pathogènes opportunistes qui colonisent les nasopharynges et oropharynges des porteurs asymptomatiques. Pour des raisons encore largement inconnues, ils accèdent occasionnellement au sang, puis au liquide céphalo-rachidien, pour provoquer une septicémie et une méningite. Les souches de N. meningitidis sont divisées en un certain nombre de sérogroupes sur la base de l'immunochimie de leurs polysaccharides capsulaires. Les souches du sérogroupe A sont responsables d'épidémies et de pandémies majeures de méningococcie, et donc de l'essentiel de la morbidité et de la mortalité associées à cette maladie. Ici, nous avons déterminé la séquence complète du génome d'une souche de sérogroupe A de Neisseria meningitidis, Z2491. La séquence a une longueur de 2 184 406 paires de bases, avec une teneur globale en G+C de 51,8 %, et contient 2 121 séquences codantes prédites. La caractéristique la plus notable du génome est la présence de plusieurs centaines d'éléments répétitifs, allant de courtes répétitions, positionnées soit individuellement soit en grands réseaux multiples, à des séquences d'insertion et des duplications de gènes d'un kilobase ou plus. Beaucoup de ces répétitions semblent être impliquées dans la fluidité du génome et la variation antigénique de cet important agent pathogène humain.

La nature 2000 mars 30404 (6777): 502-6.

La mouche Drosophila melanogaster est l'un des organismes les plus étudiés en biologie et sert de système modèle pour l'étude de nombreux processus de développement et cellulaires communs aux eucaryotes supérieurs, y compris les humains. Nous avons déterminé la séquence nucléotidique de la quasi-totalité de la partie euchromatique d'environ 120 mégabases du génome de la drosophile à l'aide d'une stratégie de séquençage du génome entier soutenue par une vaste séquence basée sur des clones et une carte physique des chromosomes artificiels bactériens de haute qualité. Des efforts sont en cours pour combler les lacunes restantes, cependant, la séquence est d'une précision et d'une contiguïté suffisantes pour être déclarée substantiellement complète et pour soutenir une analyse initiale de la structure du génome et une annotation et une interprétation préliminaires des gènes. Le génome code environ 13 600 gènes, un peu moins que le génome plus petit de Caenorhabditis elegans, mais avec une diversité fonctionnelle comparable.

Science 2000 mars 24287 (5461) : 2185-95.

Le génome de 2 272 351 paires de bases de la souche MC58 de Neisseria meningitidis (sérogroupe B), un agent causal de la méningite et de la septicémie, contient 2158 régions codantes prédites, dont 1158 (53,7%) se sont vu attribuer un rôle biologique. Trois îlots majeurs de transfert d'ADN horizontal ont été identifiés, deux d'entre eux contiennent des gènes codant pour des protéines impliquées dans la pathogénicité, et le troisième îlot contient des séquences codantes uniquement pour des protéines hypothétiques. Des informations sur le comportement commensal et de virulence de N. meningitidis peuvent être glanées à partir du génome, dans lequel les séquences des protéines structurelles du pilus sont regroupées et plusieurs régions codantes uniques à la synthèse des polysaccharides capsulaires du sérogroupe B peuvent être identifiées. Enfin, N. meningitidis contient plus de gènes qui subissent une variation de phase que n'importe quel agent pathogène étudié à ce jour, un mécanisme qui contrôle leur expression et contribue à échapper au système immunitaire de l'hôte.


ORIGINES ÉCOLOGIQUES DES NOUVEAUX PATHOGÈNES HUMAINS 3

Eleanor Gaunt, B.Sc. 4

Une étude systématique de la littérature suggère qu'il existe 1399 espèces d'agents pathogènes humains. Parmi ceux-ci, 87 ont été signalés pour la première fois chez l'homme depuis 1980. Les nouvelles espèces sont de manière disproportionnée des virus, ont une distribution mondiale et sont principalement associées à des réservoirs animaux. Leur émergence est souvent motivée par des changements écologiques, en particulier avec la façon dont les populations humaines interagissent avec les réservoirs animaux. Ici, nous passons en revue le processus d'émergence des agents pathogènes sur des échelles de temps écologiques et évolutives en faisant référence à la pyramide des agents pathogènes. Nous considérons également les implications pour la santé publique de l'émergence continue de nouveaux agents pathogènes, en nous concentrant sur l'importance de la surveillance internationale .

Introduction

Dans cette revue, nous nous intéresserons particulièrement aux espèces d'agents pathogènes qui ont récemment été signalées comme étant associées pour la première fois à une maladie infectieuse chez l'homme. Comme nous le verrons plus en détail ci-dessous, tous ces agents pathogènes (peut-être très peu d'entre eux) ne seront pas vraiment « nouveaux », au moins dans le sens où l'agent pathogène ne nous a découverts que récemment plutôt que nous ne l'avons découvert que récemment. Cet accent mis sur les nouveaux agents pathogènes diffère quelque peu du sujet plus général des « maladies infectieuses émergentes », qui est souvent considéré comme incluant des maladies auparavant rares qui sont maintenant en augmentation, et parfois des maladies autrefois considérées comme en déclin mais qui sont résurgent maintenant les maladies dites émergentes. Cependant, notre objectif reflète assez l'une des principales préoccupations de santé publique du début du 21e siècle, l'émergence possible de nouvelles espèces pathogènes et de nouvelles variantes (OSI 2006).

À première vue, se préoccuper des problèmes de maladies non encore émergents peut sembler extravagant, étant donné les charges de santé massives et trop immédiates imposées par le paludisme, la tuberculose, la rougeole et d'autres exemples familiers. Un contre-argument évident est l'avènement relativement récent du VIH-1, méconnu il y a moins d'une génération et pourtant aujourd'hui l'un des plus grands tueurs au monde. Comme nous le verrons, la grande majorité des nouveaux agents pathogènes n'ont pas causé de problèmes publics à une telle échelle. Cependant, le SIDA (renforcé par la connaissance d'autres fléaux survenus tout au long de l'histoire de l'humanité - voir Diamond 2002) nous rappelle que la possibilité qu'ils puissent le faire est réelle. Dans les premiers stades de l'émergence d'une nouvelle maladie, il s'agit d'une possibilité qui, trop souvent, ne peut pas être facilement écartée, comme l'attestent les inquiétudes actuelles concernant le virus de la grippe A H5N1. Une deuxième raison d'inquiétude est que les épidémies de nouvelles maladies, et la réaction du public à celles-ci, peuvent provoquer des chocs économiques et politiques bien plus importants que prévu. L'épidémie de SRAS de 2003, par exemple, a fait moins de 1 000 décès mais a coûté plusieurs milliards de dollars à l'économie mondiale (King et al. 2006). La variante CJD, qui a causé un peu plus de 100 décès principalement confinés au Royaume-Uni, a eu un impact économique mondial d'une ampleur similaire. De plus, une meilleure compréhension de l'histoire naturelle de l'émergence de nouvelles maladies infectieuses devrait éclairer notre capacité à les combattre et, comme l'a illustré l'épidémie de SRAS de 2003, une intervention rapide et coordonnée peut être très efficace.

Diversité des agents pathogènes

Enquêtes sur les espèces pathogènes

Bien que l'existence d'agents pathogènes soit reconnue depuis des siècles, la première liste complète des espèces d'agents pathogènes humains n'a été publiée qu'en 2001 (Taylor, Latham et Woolhouse 2001). Cette liste a été générée à partir d'un examen complet de la littérature secondaire disponible à l'époque (voir Taylor, Latham et Woolhouse 2001 pour plus de détails). Chaque entrée était une espèce distincte connue pour être infectieuse et capable de provoquer une maladie chez l'homme dans des conditions de transmission naturelle. Les espèces connues uniquement pour causer une infection par exposition délibérée en laboratoire ont été exclues. Les espèces connues uniquement pour causer la maladie chez les patients immunodéprimés et les espèces associées à un seul cas humain d'infection (par exemple, le virus Zika) ont été incluses. Les ectoparasites tels que les tiques et les sangsues n'ont pas été inclus. La liste de 2001 comprenait des noms d'espèces apparaissant dans (1) un livre de texte publié au cours des 10 dernières années, ou (2) des navigateurs de taxonomie standard basés sur le Web (voir ci-dessous), ou (3) une recherche d'index de citations ISI Web of Science couvrant les 10 années précédentes. Dans des travaux ultérieurs (par exemple, Woolhouse et Gowtage-Sequeira 2005), les taxonomies du NCBI ont été utilisées partout (www.ncbi.nlm.nih.gov.library.vu.edu.au/Taxonomy/).

Cette méthodologie a l'avantage d'être (ou, du moins, aspirer à être) systématique, transparente et reproductible par d'autres chercheurs. Cependant, il a ses limites et deux d'entre elles en particulier méritent d'être soulignées. Premièrement, le critère « capable de provoquer une maladie » a été diversement interprété et tous les rapports de manuels sur les organismes pathogènes ne peuvent pas être confirmés à partir de la littérature primaire. Deuxièmement, certaines taxonomies ont été révisées depuis 2001, modifiant quelles variantes d'agents pathogènes sont considérées comme des 𠇎spèces.” D'autres révisions peuvent raisonnablement être prévues. Plus fondamentalement, l'utilisation de l'espèce comme unité d'analyse ignore une multitude de variations importantes et intéressantes qui se produisent au sein des espèces dans des traits tels que les facteurs de virulence, l'antigénicité, la spécificité de l'hôte ou la résistance aux antibiotiques. De plus, ce que l'on entend par “species” peut différer d'un groupe à l'autre, certains agents pathogènes ont des taxonomies sous-spécifiques complexes (par exemple, Salmonella enterica, Listeria monocytogenes, rhinovirus humains, complexe viral de Candiru, Trypanosoma brucei complexe), rendant les comparaisons directes de différentes 𠇎spèces” potentiellement problématiques. Ces mises en garde étant toutefois notées, une enquête sur les espèces reconnues représente un point de départ naturel pour les enquêtes sur la diversité des agents pathogènes humains.

Enquêtes sur les nouvelles espèces pathogènes

Un sous-ensemble d'espèces pathogènes pour l'homme présentant un intérêt particulier ici est celui qui n'a été découvert que récemment. Dans ce contexte, 𠇍écouvert” est pris (arbitrairement) comme signifiant à partir de 1980 et 𠇍écouvert” signifie reconnu comme étant à l'origine d'infections et de maladies chez l'homme. Ainsi, il existe plusieurs raisons possibles pour qu'un agent pathogène apparaisse dans la liste des espèces “new”.

Au sens strict, seule la première de ces possibilités constitue une maladie infectieuse « émergente » telle que définie précédemment. En pratique, cependant, la plupart des agents pathogènes postérieurs à 1980 entrent probablement dans les catégories (2) à (5). Par exemple, des preuves phylogénétiques ont clairement démontré que les origines évolutives des virus de l'immunodéficience humaine sont antérieures à leurs découvertes dans les années 1980 d'au moins plusieurs décennies (van Heuverswyn et al. 2006).

Pour fournir une image plus complète des nouveaux agents pathogènes, la liste des espèces décrites ci-dessus a été complétée au début de 2007 en effectuant des recherches sur les sites Web de l'OMS, des CDC et de ProMed et dans la littérature primaire.

Résultats des enquêtes sur les agents pathogènes

Sur la base des méthodologies ci-dessus, une version mise à jour des enquêtes précédemment rapportées génère une liste de 1399 espèces d'agents pathogènes humains. Le groupe le plus diversifié est celui des bactéries (plus de 500 espèces), les champignons, les helminthes et les virus constituant la majeure partie du reste (tableau 5-2).

TABLEAU 5-2

Nombre d'espèces pathogènes par catégorie taxonomique.

Sur ces 1399 espèces d'agents pathogènes humains, 87 ont été découvertes à partir de 1980 (tableau 5-3). La composition du sous-ensemble de nouvelles espèces est très différente de la liste complète. Les nouvelles espèces sont dominées par les virus et il y a relativement peu de bactéries, de champignons ou d'helminthes (tableau 5-2). Au sein de ces grandes catégories, certains taxons se distinguent : les rétrovirus humains n'ont été signalés qu'en 1980, la plupart des nouveaux champignons sont des microsporidies et près de la moitié des nouvelles bactéries sont des rickettsies. Bien que la surreprésentation des virus soit hautement statistiquement significative (rapport de cotes (OR) = 18,0, P < 0,001), il n'est pas clair que (à l'exclusion des rétrovirus) des sortes des virus ont un statut particulier. Les virus à ARN simple brin constituent le plus grand sous-ensemble de nouvelles espèces (45 espèces) mais ne sont que marginalement surreprésentés. De même, les bunyavirus sont la plus grande famille mais ne sont également que marginalement surreprésentés dans la liste des nouveaux virus.

TABLEAU 5-3

Dates des premiers rapports d'infection humaine par de nouvelles espèces pathogènes.

En résumé, depuis 1980, de nouvelles espèces pathogènes pour l'homme ont été découvertes à un rythme moyen de plus de 3 par an. Près de 75 % d'entre eux étaient des espèces virales, même si les virus représentent encore une petite fraction (moins de 14 %) de toutes les espèces pathogènes humaines reconnues.

Origines géographiques des nouveaux agents pathogènes

Pour les espèces pathogènes découvertes après 1980, l'emplacement géographique du ou des premiers cas humains signalés peut souvent être déterminé à partir de la littérature primaire, au moins dans des pays spécifiques et souvent dans des régions ou des municipalités spécifiques. Cependant, cela n'est pas possible pour toutes les nouvelles espèces pathogènes. Par exemple, bien que les premiers antécédents du VIH-1 aient été étudiés de manière exhaustive, l'origine exacte du premier cas humain signalé reste incertaine (Barre-Sinoussi et al. 1983). De même, le seul cas humain signalé de lyssavirus 2 de la chauve-souris européenne chez un humain pourrait avoir résulté d'une exposition en Finlande, en Suisse ou en Malaisie (Lumio et al. 1986). De plus, certains nouveaux agents pathogènes humains étaient déjà endémiques ou omniprésents dans la population humaine lorsqu'ils ont été découverts pour la première fois, par exemple le métapneumovirus humain et le bocavirus humain. Pour les agents pathogènes qui ont été découverts précédemment, mais qui n'ont été associés que récemment à des maladies humaines (comme les commensaux devenus pathogènes chez des patients immunodéprimés en raison d'une infection par le VIH), l'origine géographique est considérée comme le lieu où le patient est tombé malade (si le patient n'a pas été signalé comme ayant des antécédents de voyage récents).

La figure 5-6 montre une carte des points d'origine des premiers cas humains de maladie causée par 51 des 87 espèces pathogènes découvertes depuis 1980. Les données de ce type doivent être interprétées avec prudence, notamment en raison d'un probable biais de détermination (probabilité variable de détection et d'identification de nouveaux agents pathogènes) dans différentes parties du monde. Néanmoins, la figure 5-6 souligne le fait que l'émergence de nouveaux agents pathogènes montre un modèle véritablement mondial, avec de multiples incidents signalés sur tous les continents, à l'exception de l'Antarctique (avec d'autres lacunes apparentes, par exemple, au Moyen-Orient et en Asie centrale) . Il n'y a pas de tendance frappante pour que les nouveaux agents pathogènes soient plus susceptibles d'être signalés dans les régions tropicales que dans les régions tempérées, ou dans les régions moins développées, ou dans les régions plus densément peuplées.

FIGURE 5-6

Carte du monde indiquant les points d'origine des premiers cas humains signalés de maladie causée par 51 nouvelles espèces pathogènes depuis 1980. Les emplacements sont identifiés par municipalité ou région (parfois par pays), déplacés si nécessaire pour éviter les chevauchements.

Processus d'émergence d'agents pathogènes

Réservoirs d'infection

Relativement peu d'agents pathogènes humains sont connus uniquement en tant qu'agents pathogènes humains. Le reste se produit également dans d'autres contextes : en tant que commensaux ou vivant librement dans l'environnement plus large ou en tant qu'infections d'hôtes autres que les humains.

Dans l'ensemble, probablement pas plus de 50 à 100 espèces sont des agents pathogènes humains spécialisés. Ceux-ci vont des tueurs majeurs tels que Plasmodium falciparum, virus des oreillons, Treponema pallidum, la variole et le VIH-1 à ceux causant des problèmes plus mineurs tels que les adénovirus humains et les rhinovirus.

Des centaines d'espèces qui peuvent provoquer des maladies humaines se produisent naturellement sous forme de « commensaux » trouvés sur la peau, sur les surfaces muqueuses ou dans l'intestin. Ils sont normalement bénins mais sont parfois pathogènes, par exemple s'ils sont introduits dans le système sanguin via une plaie ou en association avec le SIDA ou d'autres affections immunosuppressives. Les exemples incluent les streptocoques et Candidose spp.

Plusieurs centaines d'espèces d'agents pathogènes humains ont des réservoirs environnementaux que l'on appelle des « sapronoses ». Les exemples incluent Bacillus anthracis, Legionella pneumophila, et Cryptococcus neoformans. Ici, nous ne considérons pas sapronotique comme incluant les agents pathogènes qui sont transmis par voie fécale-orale ou via une étape de vie libre d'un cycle de vie complexe du parasite. La plupart des sapronoses sont des bactéries ou des champignons, ainsi que certains protozoaires, et provoquent des infections sporadiques chez l'homme. Peu sont hautement transmissibles (directement ou indirectement) entre humains, une exception importante étant Vibrio cholerae. Certains agents pathogènes humains (p. Listeria spp.) sont à la fois sapronotiques et zoonotiques.

De nombreux autres agents pathogènes, parmi plus de 800 espèces, sont capables d'infecter des hôtes animaux autres que les humains. Celles-ci vont des espèces où les humains sont en grande partie des hôtes accidentels comme la rage ou Bartonella henselae𠅊ux espèces dont le réservoir principal (sensu Haydon et al. 2002) est la population humaine et les animaux peuvent être en grande partie des hôtes accidentels, c'est-à-dire les zoonoses dites “reverse” telles que Schistosoma haematobium, le virus de la rubéole, Mycobacterium tuberculosis, ou Necator américain. Nous les qualifions tous de « , par exemple, Hubalek 2003), nous ne considérons pas comme zoonotiques les agents pathogènes ayant des réservoirs d'invertébrés, et en particulier les agents pathogènes transmis par des arthropodes vecteurs. Notez que la définition de l'OMS n'inclut pas les espèces d'agents pathogènes humains qui ont récemment évolué à partir d'agents pathogènes animaux, tels que le VIH-1. Il n'inclut pas non plus les agents pathogènes aux cycles de vie complexes où les animaux vertébrés ne sont impliqués que comme hôtes intermédiaires, l'homme étant le seul hôte définitif. Elle inclut cependant les zoonoses inverses.

Parmi les 87 nouvelles espèces pathogènes humaines du tableau 5-3, peu sont des commensaux ou des sapronoses. La grande majorité d'environ 80 % sont associées à des réservoirs de vertébrés non humains (par exemple, le coronavirus du SRAS, l'agent vMCJ et Borrelia burgdorferi) et la plupart des autres semblent être des agents pathogènes humains de longue date qui n'ont été identifiés que récemment (par exemple, le virus de l'hépatite G). Même certains des agents pathogènes non zoonotiques, notamment le VIH-1 et le VIH-2, ont récemment évolué à partir d'agents pathogènes de vertébrés non humains (Keele et al. 2006). Par rapport aux espèces pathogènes humaines signalées avant 1980, les nouvelles espèces sont statistiquement significativement plus susceptibles d'être associées (ou, du moins, sont plus susceptibles d'être connu pour être associé) à un réservoir animal non humain (OR = 2,75, P < 0,001).

Les réservoirs des nouveaux agents pathogènes humains zoonotiques sont principalement des mammifères, bien qu'un petit nombre soit associé aux oiseaux (figure 5-7). Cependant, les réservoirs comprennent un large éventail de groupes de mammifères avec des ongulés, des carnivores et des rongeurs le plus souvent impliqués, mais aussi des chauves-souris, des primates, des marsupiaux et parfois d'autres taxons (Figure 5-7). Ces observations doivent être interprétées avec une certaine prudence car notre connaissance de la gamme d'hôtes de nombreux agents pathogènes est encore incomplète. Néanmoins, les données disponibles donnent l'impression que la parenté taxonomique est moins importante que l'opportunité écologique en tant que déterminant des réservoirs de nouveaux agents pathogènes humains. Homo sapiens en tant qu'espèce, elle est classée parmi les primates et, au-delà, les grands groupes les plus étroitement liés sont les rongeurs et les lagomorphes. Les ongulés, les carnivores et les chauves-souris sont des parents plus éloignés. Une observation connexe est que les agents pathogènes humains émergents sont particulièrement susceptibles d'avoir une large gamme d'hôtes qui comprend plus d'un de ces groupes (Woolhouse et Gowtage-Sequeira 2005).

FIGURE 5-7

Dénombrements d'espèces d'agents pathogènes humains récemment découvertes (voir Tableau 5-3) associées à diverses catégories de réservoirs animaux non humains. Certaines espèces de pathogènes sont associées à plus d'une catégorie de réservoir. Ces données doivent être considérées comme non (plus.)

Facteurs d'émergence d'agents pathogènes

Comme indiqué précédemment, tous les agents pathogènes de la liste des nouvelles espèces ne doivent pas être considérés comme véritablement émergents, certains n'ont été identifiés que récemment comme étant les agents responsables de maladies infectieuses établies. Cependant, pour 30 ou plus de nouvelles espèces, la littérature suggère divers moteurs considérés comme associés à leur émergence à l'heure actuelle. Ces facteurs peuvent être considérés dans un cadre suggéré à l'origine par l'Institute of Medicine (IOM 2003), notant que ce cadre a été conçu en référence à toutes les maladies infectieuses émergentes et ré-émergentes, et pas seulement aux espèces pathogènes nouvellement découvertes.

Les facteurs les plus fréquemment cités appartiennent aux catégories suivantes de l'OIM : développement économique et utilisation des terres Démographie et comportement humains Voyages et commerce internationaux Changements dans les écosystèmes Susceptibilité humaine et hôpitaux. Développement économique et aménagement du territoire, et surtout changements dans le développement économique et l'utilisation des terres, sont associés à l'émergence d'agents pathogènes tels que le virus Nipah et Borrelia burgdorferi par des activités telles que l'intensification de l'agriculture et l'empiètement sur les forêts respectivement. La démographie et le comportement humains, et en particulier changements dans la démographie et le comportement humains, sont associés à l'émergence d'agents pathogènes tels que le VIH-1 et le virus de l'hépatite C par le biais d'activités telles que l'activité sexuelle et la consommation de drogues par voie intraveineuse. Les voyages et le commerce internationaux augmentent dans le cadre du processus de mondialisation et sont associés à l'émergence d'agents pathogènes tels que le coronavirus du SRAS. L'évolution des écosystèmes couvre les conséquences imprévues des activités humaines telles que la désertification, la pollution et le changement climatique et est associée à l'émergence d'agents pathogènes tels que les hantavirus. D'une manière générale, l'ensemble des facteurs répertoriés jusqu'à présent sont tous de nature écologique, ils sont liés à la manière dont les humains interagissent avec leur environnement au sens large (en particulier avec d'autres animaux vertébrés domestiques et sauvages), offrant aux agents pathogènes des opportunités de infecter les humains, et avec les façons dont les humains interagissent les uns avec les autres, offrant des opportunités pour les agents pathogènes de se propager au sein des populations humaines. Une préoccupation particulière, implicite mais non soulignée dans la liste de l'OIM, est l'utilisation croissante d'espèces animales exotiques, que ce soit pour l'alimentation, les animaux de ferme ou les animaux de compagnie, et le commerce qui l'accompagne.

Les autres facteurs les plus fréquemment cités sont liés à la santé de la population humaine. La susceptibilité humaine est particulièrement importante dans le contexte des co-infections associées au SIDA (par exemple, plusieurs espèces de microsporidies) mais couvre également les effets de la malnutrition et d'autres affections immunosuppressives. La catégorie des hôpitaux couvre la transmission iatrogène (par exemple, la vMCJ) et la xénotransplantation (par exemple, le cytomégalovirus du babouin), ainsi que les infections nosocomiales (par exemple, les virus Ebola et Rotavirus C).

D'autres catégories répertoriées par l'IOM, telles que « intention de nuire » n'ont pas été ou ne sont pas couramment citées comme étant associées à l'émergence de nouvelles espèces pathogènes pour l'homme. Parmi celles-ci se trouve la catégorie « adaptation et changement microbiens », une observation que nous développons ci-dessous.

Transmission et maladie

Les 87 nouvelles espèces d'agents pathogènes humains sont associées à des problèmes de santé publique d'ampleur extrêmement variable. À un extrême se trouve le VIH-1 qui a tué environ 25 millions de personnes depuis sa première déclaration en 1983, avec 40 millions de plus actuellement infectées (ONUSIDA 2007). Le VIH-1 a un potentiel de transmission élevé au sein de nombreuses populations humaines (combinant la transmission principalement par contact sexuel ou par partage de seringues associé à l'utilisation de drogues par voie intraveineuse avec une période infectieuse de plusieurs années) et est hautement pathogène (avec un taux de létalité proche de 100 % en l'absence de traitement). A l'autre extrême, on sait que le virus Menangle n'a infecté que 2 ouvriers agricoles chez lesquels il peut avoir causé une maladie fébrile légère (Chant et al. 1998). Le virus Menangle ne semble pas être hautement infectieux ou transmissible entre les humains et n'a pas jusqu'à présent été associé à une maladie grave. Dans la section suivante, nous examinons les types de différences épidémiologiques et biologiques qui sous-tendent la grande différence dans les impacts sur la santé publique entre les agents pathogènes tels que le VIH-1 et les agents pathogènes tels que le virus Menangle.

Pyramide des agents pathogènes

Une aide utile pour conceptualiser le processus d'émergence des agents pathogènes est la pyramide des agents pathogènes. Le concept de pyramide des pathogènes a été proposé pour la première fois par Wolfe et al. (2004) et développé davantage dans Wolfe, Dunavan et Diamond (2007). Un cadre très similaire mais avec un fondement mathématique plus formel a été adopté par Woolhouse, Haydon et Antia (2005). La pyramide que nous utilisons ici comporte quatre niveaux correspondant à l'exposition, l'infection, la transmission et la propagation épidémique (Figure 5-8). Wolfe, Dunavan et Diamond (2007) ont subdivisé la propagation de l'épidémie en (dans leur terminologie) : stades 4a, b et c, les maladies infectieuses qui existent chez les animaux mais avec des équilibres différents de propagation d'animal à humain et d'humain à humain (où le stade 4c correspond aux zoonoses inverses telles que définies ci-dessus) et le stade 5, les agents pathogènes exclusifs à l'homme (correspondant aux agents pathogènes humains spécialisés tels que définis ci-dessus).

FIGURE 5-8

La pyramide des pathogènes (adapté de Wolfe, Dunavan et Diamond 2007). Chaque niveau représente un degré différent d'interaction entre les agents pathogènes et les humains, allant de l'exposition à la propagation épidémique. Certains agents pathogènes sont capables de progresser d'un (plus. )

Niveau 1 : Exposition La première étape de l'émergence d'un nouvel agent pathogène est l'exposition des humains à cet agent pathogène. L'exposition nécessite un contact entre les humains et le réservoir d'agents pathogènes (qui peut être une exposition animale ou environnementale aux commensaux est implicite). La nature du 𠇌ontact” est déterminée par le mode de transmission de l'agent pathogène, p. Le seul obstacle à l'exposition est un chevauchement insuffisant entre les habitats occupés par l'homme et les habitats occupés par l'agent pathogène. Les changements dans l'écologie humaine, en particulier les modèles d'utilisation des terres et les interactions avec les réservoirs animaux, sont susceptibles de modifier notre exposition à de nouveaux agents pathogènes potentiels, tout comme les changements dans l'écologie des agents pathogènes, de leurs réservoirs ou de leurs vecteurs, par exemple, en raison du climat changement ou d'autres types de changement environnemental.

Nous ne savons pas combien il existe d'espèces potentiellement pathogènes pour l'homme auxquelles nous n'avons pas encore été exposés, mais nous savons que les agents pathogènes humains ne représentent qu'une fraction de la biodiversité connue des virus, bactéries, champignons, protozoaires et helminthes, qui, en son tour ne représente probablement qu'une fraction de la biodiversité existante (Dykhuizen 1998).

Niveau 2 : Infection Le deuxième stade d'émergence de l'agent pathogène est atteint si l'agent pathogène s'avère capable d'infecter l'homme, provoquant éventuellement une maladie. Comme indiqué ci-dessus, nous connaissons 1399 espèces qui ont atteint ce stade. D'autres l'ont peut-être fait mais n'ont pas encore été identifiés. D'autres pourraient le faire à l'avenir mais, à ce jour, nous n'y avons pas été exposés ou nous y sommes insuffisamment exposés. De toute évidence, il y aura souvent d'importantes barrières biologiques appelées barrières d'espèces empêchant les organismes infectant d'autres types d'hôtes d'infecter les humains. Par exemple, nous ne partageons aucun agent pathogène avec les plantes, très peu avec les invertébrés, et seulement un petit nombre avec les vertébrés à sang froid (par exemple, Salmonelle spp. chez les reptiles et les amphibiens&# x02014Mermin et al. 2004 infections helminthiques du poisson𠅌hai et al. 2005). En revanche, nous partageons beaucoup plus de nos agents pathogènes avec les oiseaux, et nous partageons plus de la moitié avec d'autres espèces de mammifères.

En effet, la barrière des espèces (au moins entre les humains et les autres mammifères) peut ne pas être aussi profonde qu'on le laisse parfois entendre. Selon Cleaveland et al. (2001) plus de 500 espèces différentes d'agents pathogènes sont présentes dans le bétail domestique et jusqu'à 40 % d'entre elles sont zoonotiques. Les mêmes auteurs rapportent pour les carnivores domestiques (chiens et chats) que près de 400 espèces pathogènes sont connues, dont près de 70 % sont zoonotiques. Ces données impliquent que, compte tenu des opportunités d'exposition aux agents pathogènes que la proximité des animaux domestiques doit sûrement offrir, de nombreux agents pathogènes, peut-être même une majorité, sont capables de franchir la barrière des espèces et d'infecter l'homme.

Comme le suggère le rapport de l'IOM (2003), un facteur important de la capacité d'un nouveau pathogène à infecter les humains est la variation de la sensibilité humaine. Dans certains cas, cette variation peut avoir une base génétique, par exemple, une variation génétique apparemment préexistante dans la susceptibilité humaine au VIH (Arien, Vanham et Arts 2007). Plus communément, la variation phénotypique dans la population humaine sera importante, en particulier les facteurs qui compromettent le système immunitaire humain. Les exemples les plus frappants proviennent du large éventail d'infections opportunistes associées aux effets immunosuppresseurs de l'infection par le VIH, dont plusieurs espèces pathogènes, telles que les microsporidies Brachiola algerae et Enterocytozoon bieneusi qui ont d'abord été reconnus chez les patients atteints du SIDA.

Niveau 3 : Transmission Le troisième stade de l'émergence d'un agent pathogène est atteint si un agent pathogène pouvant infecter l'homme s'avère également capable de se transmettre d'un homme à un autre. La transmission dans ce contexte n'a pas besoin d'être directe (par exemple, par propagation par aérosol ou contact sexuel), elle peut être indirecte (par exemple, via la contamination des aliments) ou via un arthropode vecteur. L'exigence est simplement qu'une infection d'un être humain mène finalement à une infection d'un autre.

Dans la plupart des cas, les barrières empêchant la transmission seront biologiques, reflétant souvent les tropismes tissulaires au sein de l'hôte humain, car les agents pathogènes doivent normalement accéder à l'intestin, aux voies respiratoires supérieures, aux voies urogénitales ou (en particulier pour les infections à transmission vectorielle) au sang afin de pouvoir sortir du corps. Cependant, de telles barrières peuvent parfois être surmontées par des changements de comportement humain. Les deux meilleurs exemples concernent les maladies à prions. Le kuru ne se transmet que par cannibalisme, ce qui est extrêmement rare dans la plupart des sociétés humaines. La vMCJ n'est pas transmissible entre humains, sauf par voie iatrogène à la suite d'interventions chirurgicales ou de transfusions sanguines.

Encore une fois, ces obstacles à la transmission interhumaine sont loin d'être insurmontables. Bien que les informations manquent pour de nombreuses espèces pathogènes (Taylor, Latham et Woolhouse 2001), la littérature suggère qu'une minorité substantielle d'au moins 500 espèces, plus d'un tiers du total, et peut-être bien d'autres encore, sont transmissibles entre humains.

Niveau 4 : propagation de l'épidémie Le quatrième et, dans notre version, dernier niveau de la pyramide pathogène est atteint si un pathogène est suffisamment transmissible au sein de la population humaine pour provoquer des épidémies ou pandémies majeures et/ou devenir endémique, sans implication du réservoir d'origine. Il s'agit d'une distinction quantitative plutôt que qualitative et elle peut être précisée formellement par référence au concept du nombre de reproduction de base, R0. R0 peut être défini comme le nombre moyen de cas d'infection secondaires produits lorsqu'un cas primaire est introduit dans une grande population d'hôtes précédemment non exposés (adapté d'Anderson et mai 1991). La distinction entre les agents pathogènes de niveau 3 et de niveau 4 peut être exprimée en termes de R0. Si R0 est inférieur à un, alors, en moyenne, un seul cas primaire ne se remplacera pas et bien qu'il puisse y avoir des chaînes de transmission, celles-ci seront auto-limitées, cela correspond au niveau 3. D'autre part, si R0 est supérieur à un alors, en moyenne, un seul cas primaire produira plus d'un cas secondaire et, au moins initialement, il y aura une augmentation exponentielle du nombre de cas et finalement une épidémie majeure est possible�la correspond au niveau 4 . (Une condition est que, même si R0 ϡ, l'extinction stochastique de la chaîne d'infection est tout à fait possible, en particulier dans les premiers stades de l'épidémie lorsque le nombre de cas est faible—voir May, Gupta et McLean 2001.)

Les barrières entre le niveau 3 et le niveau 4 sont à la fois biologiques et épidémiologiques. Les barrières biologiques sont liées à l'infectiosité des agents pathogènes, à la sensibilité de l'hôte, à l'infectiosité de l'hôte infecté et à la durée pendant laquelle l'hôte est infectieux (que cela se termine par la guérison ou la mort). Les barrières épidémiologiques sont liées au taux et au schéma des contacts entre les hôtes infectieux et sensibles. Là encore, la nature d'un 𠇌ontact” reflète le mode de transmission du pathogène (voir ci-dessus). Le taux et le schéma des contacts peuvent augmenter, et donc R0 peut augmenter, indépendamment de l'agent pathogène, en raison de changements dans la démographie ou le comportement de l'hôte. Dans le contexte des hôtes humains, de tels changements pourraient constituer des changements dans des facteurs tels que la densité de population (par exemple, l'urbanisation), les conditions de vie, l'approvisionnement en eau et l'assainissement, les modes de déplacement et de migration, ou le comportement sexuel et l'utilisation de drogues par voie intraveineuse, en fonction de l'agent pathogène spécifique. impliqué. Ceux-ci pourraient être augmentés par des changements dans la sensibilité de l'hôte en raison des types de facteurs énumérés précédemment. Clairement, pour le même agent pathogène R0 peut varier considérablement d'une population humaine à l'autre. De même, différentes souches de la même espèce pathogène peuvent avoir des R0 valeurs chez l'homme, par exemple, différents sous-types de virus de la grippe A.

En principe, cette barrière peut sembler assez fragile, les types de changements dans la démographie et le comportement des hôtes mentionnés ci-dessus se produisent certainement. En pratique, on ne sait pas combien d'espèces d'agents pathogènes humains ont atteint le niveau 4 puisque nous avons des estimations de R0 valeurs au sein des populations humaines pour seulement une poignée d'entre elles. Sur la base d'études antérieures (Taylor, Latham et Woolhouse 2001 Woolhouse et Gowtage-Sequeira 2005), une estimation plausible est que 100 à 150 espèces pathogènes sont capables de provoquer des épidémies majeures au sein des populations humaines, dont la moitié ou les deux tiers sont des pathogènes humains spécialisés. et le reste se produisant également dans des réservoirs animaux ou dans l'environnement au sens large. Cela implique une attrition considérable entre les niveaux 3 et 4 de la pyramide des pathogènes.

Statut des nouveaux agents pathogènes

Nous pouvons maintenant examiner où se situent les 87 nouvelles espèces d'agents pathogènes humains dans la pyramide des agents pathogènes. Il est immédiatement clair que la majorité d'entre eux sont au niveau 2, ils peuvent infecter les humains mais sont rarement voire pas du tout transmis entre humains. Les exemples comprennent Borrelia burgdorferi, agent vMCJ, la plupart des hantavirus et Ehrlichia spp. À l'autre extrême, bien qu'il y en ait un certain nombre qui semblent être au niveau 4, la plupart d'entre eux sont des agents pathogènes qui sont probablement établis depuis longtemps dans les populations humaines mais qui n'ont été reconnus que récemment, comme le métapneumovirus humain ou le virus de l'hépatite C. Seul un très petit nombre est susceptible d'être des ajouts récents au répertoire des agents pathogènes humains de niveau 4, à savoir le VIH-1, le VIH-2 et, sans doute avant que sa propagation ne soit contenue, le coronavirus du SRAS. Entre les deux, au niveau 3, il existe une minorité significative de nouveaux agents pathogènes qui sont quelque peu transmissibles entre humains mais qui ont jusqu'à présent été limités à des épidémies relativement mineures. Il s'agit notamment du virus des Andes, du torovirus humain et de certains Encéphalitozoaire spp. Pour ces espèces, la valeur du nombre de base de reproduction R0 est particulièrement intéressant, surtout s'il est proche de un, seuil de propagation potentielle de l'épidémie. R0 peut être estimée à partir des données sur la distribution de la taille des foyers comme suit.

L'analyse quantitative des données épidémiologiques utilisées pour estimer R0 est basé sur une méthodologie développée par Jansen et al. (2003) pour les données sur les cas de rougeole du Royaume-Uni (pour surveiller l'effet des changements dans la couverture vaccinale des enfants). Ici, nous appliquons la technique (voir aussi Matthews et Woolhouse 2005) aux données sur les épidémies humaines du virus des Andes (voir la Figure 5-9 pour plus de détails). Le virus des Andes est un hantavirus sud-américain émergent et certains craignent que, ce qui est inhabituel pour les hantavirus, il puisse être transmis directement entre humains (Wells et al. 1997). La plupart des déclarations de virus des Andes représentent des cas sporadiques (c. Ce schéma, de nombreuses petites épidémies et quelques épidémies plus importantes, est typique d'un large éventail de maladies infectieuses (Woolhouse, Taylor et Haydon 2001). La meilleure estimation de R0 sur la base de ces données se situe entre 0,22 et 0,37. Ce chiffre est bien inférieur à un et, en réalité, il s'agit probablement d'une surestimation, car au moins certains des groupes de cas peuvent refléter une exposition à une source commune plutôt que, comme le suppose l'analyse, une propagation de personne à personne. Cependant, l'analyse suggère que des épidémies occasionnelles plus importantes se produiront (le R0 les estimations sont cohérentes avec jusqu'à 1 épidémie sur 200 étant de taille 10 ou plus) sans nécessairement impliquer qu'il y a eu un changement majeur dans l'épidémiologie du virus des Andes. Cette même approche peut être appliquée à d'autres agents pathogènes de niveau 3 pour déterminer à quel point ils sont proches d'atteindre le niveau 4 de la pyramide (cf. Jansen et al. 2003).

FIGURE 5-9

Analyse des épidémies du virus des Andes. Les fréquences d'épidémies de différentes tailles (barres grises) sont comparées à l'ajustement d'un modèle statistique aux données (barres vides). Les données sur les épidémies sont tirées de Wells et al. (1997) et Lazaro et al. (2007). Le modèle est (plus. )

Évolution et émergence

Jusqu'à présent, nous avons examiné l'émergence de nouvelles espèces d'agents pathogènes humains sur des échelles de temps de quelques décennies. Cependant, les origines de nombreux agents pathogènes humains sont considérablement plus anciennes, remontant à des échelles de temps allant de milliers à des millions d'années. Ce processus a été examiné, entre autres, par Weiss (2001), Diamond (2002) et Wolfe, Dunavan et Diamond (2007). Les exemples d'agents pathogènes qui ont émergé dans les populations humaines après avoir franchi avec succès la barrière des espèces à partir d'un réservoir animal et atteint le niveau 4 sont particulièrement intéressants. Toute analyse doit être précédée de l'observation que nous avons de bonnes preuves des origines de seulement une petite minorité d'agents pathogènes, des hypothèses plausibles (généralement basées sur les épidémiologies d'espèces apparentées) pour certains des autres, et aucune information du tout pour la majorité. . Wolfe, Dunavan et Diamond (2007) ont proposé que ce manque soit comblé par un programme de recherche qu'ils appellent une “origins initiative”. Cela dit, 16 exemples de sauts d'espèces putatifs sont répertoriés dans le tableau 5-4. L'examen de cette liste suggère deux observations provisoires. Premièrement, bien qu'une variété de différents types d'agents pathogènes soient répertoriés, y compris plusieurs espèces de bactéries et de protozoaires, la majorité sont des virus. Deuxièmement, une variété de réservoirs animaux différents sont impliqués : les primates, les ongulés, les rongeurs et les oiseaux. Wolfe, Dunavan et Diamond (2007) soulignent que les primates sont bien mieux représentés dans cette liste qu'on pourrait s'y attendre étant donné leur rôle beaucoup plus modeste en tant que réservoirs de zoonoses modernes. Cela peut refléter à la fois le chevauchement écologique beaucoup plus important entre les humains et les autres primates dans un passé lointain et la notion que les agents pathogènes de nos plus proches parents sont plus susceptibles de réussir épidémiologiquement chez les humains. Cette dernière idée est étayée par l'observation que deux des exemples les plus récents de sauts d'espèces réussis sont d'origine primate (Keele et al. 2006). De même, plusieurs agents pathogènes humains avec des origines évolutives beaucoup plus profondes, peut-être même antérieures à Homo sapiens en tant qu'espèce distincte, sont également plus étroitement liés aux agents pathogènes des primates modernes. Les exemples incluent les virus de l'hépatite B et G (Simmonds 2001). Il est à noter que les sauts d'espèces peuvent se produire dans les deux sens. Par exemple, on pense que Mycobactérie bovis—principalement un agent pathogène du bétail—issu de l'agent pathogène humain M. tuberculose (Brosch et al. 2002).

TABLEAU 5-4

Liste des agents pathogènes humains qui ont franchi avec succès la barrière des espèces et se sont révélés capables de propagation épidémique et, dans certains cas, de persistance endémique dans les populations humaines. Les hôtes d'origine ont été identifiés avec divers degrés de certitude. (Suite. )

Le VIH-1 et le VIH-2 illustrent que l'évolution de nouvelles espèces d'agents pathogènes est un processus continu. Les deux sont suffisamment divergents de leurs plus proches parents— SIVcpz et SIVsmg respectivement en termes de séquences génomiques et de biologies à considérer comme des espèces distinctes. Cela s'est probablement produit au cours des 100 dernières années. Dans un contexte non humain, sur des échelles de temps encore plus courtes, nous avons vu l'évolution d'une autre nouvelle espèce d'agent pathogène, le parvovirus canin (CPV), associé à un virus félin, le virus de la panleucopénie féline (FPV), sauter dans les chiens (Parrish et Kawaoka 2005) . Le CPV s'est propagé aux populations canines du monde entier en quelques années seulement.

Tous ces exemples concernent des virus à ARN, et les virus à ARN diffèrent des agents pathogènes avec des génomes à ADN en ce qu'ils ont des taux de substitution de nucléotides bien plus élevés et donc un potentiel d'adaptation rapide à de nouvelles espèces hôtes (Holmes et Rambaut 2004). L'importance de ce type de labilité génétique a été explorée par Antia et al. (2003) en utilisant des modèles mathématiques simples. Ces auteurs ont suggéré que le potentiel d'adaptation réussie (qu'ils ont défini comme devenant suffisamment transmissible pour que R0 chez l'homme est devenu supérieur à un) est sensible à la fois à l'ampleur des épidémies initiales (déterminée principalement par la R0 valeur) et, surtout, au taux de changement génétique et à la distance génétique à parcourir. Comme nous l'avons vu précédemment, la première R0 La valeur est fonction non seulement de la biologie des agents pathogènes, mais aussi des caractéristiques de la démographie et du comportement humains qui favorisent la transmission et donc les types de changements mentionnés ci-dessus ont le potentiel d'augmenter la probabilité d'évolution de nouveaux agents pathogènes humains.

L'adaptation réussie d'un agent pathogène non humain à l'homme est en soi un processus hautement stochastique. Ceci est illustré par l'évolution précoce des virus de l'immunodéficience humaine (voir Van Heuverswyn et al. 2006). Il existe des preuves phylogénétiques de nombreuses introductions de VIS dans les populations humaines, dont la plupart n'ont pas réussi à s'établir (Arien et al. 2007) et seul le sous-type C du VIH-1 M est devenu véritablement pandémique.

Ce schéma soulève la question de savoir où, dans la pratique, les changements génétiques pertinents qui permettent à un agent pathogène d'envahir avec succès une population humaine se produisent. L'analyse d'Antia et al. se concentre sur le processus d'adaptation au sein de la population humaine. Cependant, il se peut que le changement génétique au sein du réservoir d'origine (qu'il soit animal ou environnemental) soit également essentiel pour produire des variantes capables d'infecter les humains en premier lieu. À quelques exceptions près, comme les virus de l'immunodéficience simienne, nous disposons généralement de très peu d'informations sur la diversité génétique et fonctionnelle des agents pathogènes humains ou de leurs ancêtres immédiats dans les réservoirs non humains.

Il s'agit d'un sujet potentiellement important pour de futures recherches, mais une hypothèse de travail raisonnable, étayée par nos connaissances sur les origines du VIH, est que la variation génétique dans les populations d'agents pathogènes non humains produit occasionnellement et accidentellement des variantes infectieuses humaines, ce qui explique pourquoi tant de nouveaux humains les agents pathogènes sont des virus à ARN (Woolhouse, Taylor et Haydon 2001). Cette idée est également étayée par l'observation que les virus à ARN ont tendance à avoir des gammes d'hôtes plus larges que les virus à ADN (Cleaveland, Laurenson et Taylor 2001 Woolhouse, Taylor et Haydon 2001), ce qui implique qu'ils peuvent s'adapter plus facilement à de nouvelles espèces hôtes.

L'implication de la discussion précédente est que l'évolution des agents pathogènes n'est pas seulement un moteur important de progression dans la pyramide des agents pathogènes sur de longues échelles de temps, mais que, en particulier pour les virus à ARN, ce processus peut également être pertinent sur des échelles de temps beaucoup plus courtes. De plus, nous notons que l'évolution est clairement un facteur clé de l'émergence de nouvelles variantes d'espèces pathogènes humaines existantes, avec des conséquences épidémiologiques potentiellement importantes. Ceci est évident dans la génération de bactéries résistantes aux antibiotiques et de paludisme résistant à la chloroquine, ainsi que de variantes exprimant de nouveaux facteurs de virulence (par exemple, E. coli O157) ou avec des pathogènes distincts (par exemple, la grippe H5N1 A).

Enfin, nous notons qu'une caractéristique importante des nouveaux agents pathogènes est qu'ils n'ont pas été précédemment soumis à des contraintes évolutives sur leur virulence (c'est-à-dire le degré de dommage qu'ils causent à l'hôte) chez le nouvel hôte (Ebert 1998). De plus, le nouvel hôte peut n'apporter qu'une faible contribution à l'épidémiologie de l'agent pathogène (niveau 3 de la pyramide des agents pathogènes), voire aucune [si] il s'agit d'une impasse épidémiologique dans le sens où bien que l'infection peut se produire, il n'y a pas de transmission ultérieure de l'infection (niveau 2). Dans de tels cas, les contraintes évolutives sur la virulence des agents pathogènes peuvent être affaiblies ou absentes (Woolhouse, Taylor et Haydon 2001). En mettant ces observations ensemble, il n'est pas surprenant que de nombreux nouveaux agents pathogènes humains (par exemple, les virus Nipah et Ebola, certains hantavirus, le coronavirus du SRAS et le VIH-1) soient très virulents, comme l'indiquent leurs taux de létalité élevés.

Implications pour la santé publique

Événements d'émergence futurs

Il semble probable que les types de changements écologiques qui ont été associés à l'émergence d'agents pathogènes dans un passé récent (voir IOM 2003) continueront de se produire dans un avenir immédiat, par exemple, la déforestation continue pour l'agriculture, l'intensification de la production animale, la mondialisation, la viande de brousse commerce, urbanisation, etc. Dans ce cas, nous pouvons raisonnablement anticiper la déclaration d'encore plus de nouvelles espèces d'agents pathogènes humains (qui se produisent actuellement à un taux de plus de 3 par an - Tableau 5-3) dans un avenir immédiat également.

L'enquête sur les nouvelles espèces pathogènes signalées depuis 1980 suggère les types d'agents pathogènes qui sont les plus susceptibles d'émerger à l'avenir. Quatre caractéristiques devraient être particulièrement importantes :

Les critères ci-dessus ne sont certainement pas destinés à être des prédicteurs absolus de l'émergence d'agents pathogènes un bon contre-exemple historique est la syphilis (nouveau dans l'Ancien Monde à la fin du XVe siècle, ses origines restent contestées mais c'est une bactérie non associée à des réservoirs non humains—Weiss, 2001) . Néanmoins, il est utile d'avoir une indication des types de nouveaux agents pathogènes que nous sommes les plus susceptibles de rencontrer.

Surveillance

La première ligne de défense contre tout agent pathogène émergent est sa détection et son identification rapides. L'expérience pratique récente de l'ESB et du SRAS démontre qu'une détection et une identification rapides conduisant à l'introduction rapide de mesures préventives peuvent s'avérer très efficaces dans la lutte contre les flambées de nouvelles maladies (Wilesmith 1994 Stohr 2003). De plus, des études de simulation informatique motivées par des inquiétudes quant à l'émergence possible d'une pandémie de grippe suggèrent que ce n'est que si une nouvelle souche est détectée dès les tout premiers stades et que des interventions sont mises en place très rapidement qu'il y a une perspective réaliste de réduire une épidémie (Ferguson et al. . 2006).

La surveillance des nouveaux agents pathogènes, cependant, présente des défis particuliers. Initialement, cela dépendra probablement de l'observation clinique, telle que la déclaration de groupes de cas de maladie avec des symptômes inhabituels. La surveillance par Internet des signalements d'épidémies inhabituelles est également possible et, à plus long terme, des outils de diagnostic génériques, par exemple des tests en laboratoire sur puce pour tous les virus humains connus, devraient devenir disponibles (OSI 2006).

La carte des rapports de nouvelles espèces pathogènes (Figure 5-6) soutient fortement que la surveillance doit être mondiale, en particulier compte tenu des taux sans précédent de voyages et de commerce internationaux qui peuvent permettre à de nouvelles maladies infectieuses, telles que le SRAS, de se propager dans le monde entier. échelles de temps en jours ou en semaines. L'émergence d'agents pathogènes est un problème international.

Multidisciplinarité

Une autre leçon clé de l'étude des nouveaux agents pathogènes est l'importance des réservoirs animaux dans l'émergence de nouvelles maladies infectieuses. Une implication de ceci est que la surveillance dans les populations de réservoirs est susceptible d'être un outil efficace pour surveiller les risques pour les humains (Cleaveland, Meslin et Breiman 2007). En plus de cela, il se peut souvent que la plupart des connaissances scientifiques sur la biologie fondamentale d'un agent pathogène humain inhabituel se trouvent, au moins initialement, dans la communauté vétérinaire plutôt que dans la communauté médicale. Palmarini (2007) en cite quelques exemples : les cancers infectieux, les rétrovirus, les lentivirus, les encéphalopathies spongiformes transmissibles, les rotavirus et les papillomavirus. A cette liste pourraient s'ajouter les coronavirus et l'ehrlichiose. Plus généralement, il est maintenant largement reconnu que les humains partagent la majorité de leurs agents pathogènes avec d'autres animaux (Taylor, Latham et Woolhouse 2001).

Ensemble, ces observations soulignent l'importance des liens étroits entre les chercheurs médicaux et vétérinaires, en résonance avec le concept de “one medicine” proposé à l'origine par Schwabe (1969) et semblant particulièrement approprié dans le contexte des maladies infectieuses émergentes.

Cependant, comprendre le processus d'émergence nécessite bien plus qu'une compréhension de la biologie fondamentale de l'interaction hôte-pathogène, aussi importante soit-elle sans aucun doute. Un thème de cette revue a été l'importance des facteurs écologiques pour l'émergence de nouveaux agents pathogènes. Mais nous avons utilisé “ological” pour couvrir un très large éventail de facteurs environnementaux, agricoles, entomologiques, démographiques, comportementaux, culturels, économiques et sociologiques de l'émergence d'agents pathogènes. Dans des contextes spécifiques, il peut s'agir du commerce de la viande de brousse (associé à l'émergence du VIH et du SRAS), de la production d'aliments pour le bétail (associé à l'ESB/vMCJ) ou des changements dans les pratiques d'élevage porcin (associé au virus Nipah). Ces exemples soulignent que l'émergence de la maladie est un problème multidisciplinaire et doit être compris à plusieurs niveaux scientifiques. Des collaborations doivent être développées non seulement entre les branches de la santé humaine et animale de la communauté de la recherche biomédicale, mais aussi avec des chercheurs couvrant un éventail de disciplines beaucoup plus large.

Conclusion

La pyramide des agents pathogènes fournit un cadre conceptuel utile pour réfléchir au processus d'émergence d'une nouvelle espèce d'agent pathogène humain. Cependant, il est immédiatement clair qu'à chaque niveau de la pyramide, il existe des lacunes importantes dans nos connaissances.

Premièrement, nous avons encore très peu d'idées sur la diversité des agents pathogènes auxquels l'homme est ou pourrait être exposé. Des enquêtes systématiques sur une gamme de sources possibles de nouveaux agents pathogènes (notamment d'autres espèces de mammifères) à l'aide de techniques telles que le séquençage au fusil de chasse sont en principe possibles et fourniraient ces informations.

Établir a priori quels agents pathogènes sont capables d'infecter les humains est encore plus difficile. Une première étape consisterait à identifier les récepteurs cellulaires utilisés par les 189 espèces reconnues de virus humain. À l'heure actuelle, nous ne disposons de ces informations que pour environ la moitié des espèces de virus.

L'estimation du potentiel de transmission d'un nouveau pathogène au sein de la population humaine ne peut être réalisée qu'en surveillant de près les épidémies initiales. L'analyse de ces données peut fournir un avertissement précoce de changements épidémiologiques cruciaux (comme illustré par l'analyse des données sur la rougeole mentionnée ci-dessus). L'analyse en temps réel des données épidémiques peut également fournir des estimations opportunes du potentiel de transmission (voir Lipsitch et al. 2003 pour une application à l'épidémie de SRAS) qui peuvent aider à éclairer les efforts de contrôle. D'autre part, pour de nombreux agents pathogènes humains plus rares, nous ne savons pas actuellement s'ils sont ou non transmissibles entre humains (Woolhouse 2002).

Il est extrêmement probable que nous rencontrerons de nouvelles espèces d'agents pathogènes humains dans un proche avenir. Nous avons un besoin urgent de capacités scientifiques et logistiques pour détecter et évaluer rapidement la menace que présentent les nouveaux agents pathogènes et pour intervenir rapidement et efficacement chaque fois que cela est nécessaire. L'expérience du SRAS donne un certain encouragement au fait que, avec des ressources adéquates, les efforts de lutte contre les agents pathogènes émergents peuvent être couronnés de succès, mais d'autres défis nous attendent.


5 Biodégradation du PPG

Comme l'utilisation du PPG devrait augmenter à l'avenir, les études de sa biodégradation sont tout aussi importantes que celles du PEG. La sensibilité du PPG à la dégradation biologique n'a pas été bien caractérisée, bien que plusieurs groupes aient signalé une assimilation microbienne du monomère, le 1,2-propylène glycol, qui est fourni par l'industrie pétrochimique à faible coût. Fincher et Payne (1962) ont noté qu'un isolat utilisant du PEG pourrait assimiler le 1,2-propylène glycol et le dimère comme seule source de carbone et d'énergie. Pendant ce temps, nos isolats utilisant du PEG (Kawai, 1987), ou ceux isolés par Watson et Jones (1977), ne se sont pas développés sur dimère ou PPG. Les bactéries anaérobies utilisant le PEG isolées par Schink et Stieb (1983) et Dwyer et Tiedje (1986) n'ont pas non plus dégradé le PPG.

Les bactéries utilisant le PPG ont été isolées par une culture d'enrichissement contenant du PPG 2000 ou 4000 à partir de sols ou de boues activées acclimatées au PPG 2000 ou 4000 pendant quelques mois dans des conditions aérobies (Kawai et al., 1977 ). Lorsque le milieu de culture est devenu trouble après agitation vigoureuse, les cellules ont été recueillies par centrifugation et remises en suspension dans de l'eau distillée. La turbidité de la suspension cellulaire a ensuite été mesurée en utilisant sa densité optique à 610 nm. Dans une étude préliminaire, le Tween 20 a été utilisé pour émulsifier un milieu PPG de manière homogène, mais il a été découvert plus tard que la sonication émulsifierait le PPG de manière uniforme (données non publiées). La souche n° 7 était la plus favorable, elle a été identifiée comme Corynébactérie sp., mais plus tard réidentifié comme Stenotrophomonas maltophilia basé sur l'homologie de l'ARNr 16S (Tachibana et al., 2002). La souche a poussé sur divers PPG (types diol et triol, Mm 670∼4000), monomère et dimère, mais n'a pas assimilé les PEG (tableau 3). La souche s'est également développée sur quelques copolymères PEG-PPG, qui contenaient une plus grande quantité de PPG que de PEG, d'où le rapport pondéral de PPG et de PEG (environ 10:1), peut-être deux ou l'un des groupes hydroxyles terminaux de PPG n'était pas bloqué par le PEG et pouvait être disponible pour l'organisme. Contrairement à cela, les copolymères séquencés Epan 485 et 785 - qui contenaient tous deux une plus grande quantité de PEG que de PPG - ont été utilisés par un consortium utilisant du PEG 20 000 E-1, qui ne peut pas utiliser le PPG (Kawai, 1992). Epan 450 et 750 semblaient être toxiques pour les bactéries utilisant le PPG ou le PEG.

  • * Réidentifié comme Stenotrophomonas maltophilia (Tachibana et al., 2002 )
  • b Reproduit de Kawai et al. (1977).

Le métabolisme aérobie du PPG par la souche a été étudié en utilisant le dimère – le dipropylène glycol (DPG) – comme substrat modèle de biodégradation, puisque le PPG contient des molécules de poids moléculaires différents (Kawai et al., 1985). Comme le PPG obtenu dans le commerce est polymérisé de manière aléatoire à partir d'oxyde de 1,2-propylène optiquement actif, le polymère résultant doit inclure des structures atactiques et le DPG doit inclure (en théorie) plusieurs isomères structuraux et optiques, comme le montre la figure 5. Ces isomères ont été séparés par chromatographie en phase gazeuse sur colonne PEG 20M (0,25 mm x 25 m). R,R- et S,S-les isomères ont été élués ensemble en un seul pic, et R,S- et S,R-isomères comme un autre pic unique (figure 6). Les rapports de surface des pics II à III et IV à V étaient presque égaux soit par la surveillance totale des ions soit par la surveillance sélective des ions sur l'analyse GC/MS. D'après leurs spectres de masse, les quantités relatives de cinq pics et les temps de rétention, le pic I a été attribué à l'isomère de structure A, II et III à B, et IV et V à C (Figure 7) dans le pic I, les isomères optiques ne pouvaient pas être séparés les pics II et III sont des diastéréoisomères (le R,R-S,S et R,S-S,R complexes) les pics IV et V sont également des diastéréoisomères (les R,R-S,S complexe et la forme méso). Le rapport des isomères structuraux A, B et C était de 36,3, 48,5 et 15,2 %, respectivement.

Isomères structuraux et optiques présumés dans le DPG synthétisé chimiquement. (Modifié de Kawai et al., 1985.)

Isolement et identification des isomères dans le DPG par GC/MS. (A) Surveillance totale des ions (B) Surveillance sélective des ions. (Modifié de Kawai et al., 1985.)

Spectres de masse des isomères contenus dans le DPG. (Modifié de Kawai et al., 1985.)

Lorsque les cellules intactes de la souche n°7 ont été incubées avec du DPG, la dégradation du DPG dépendait des conditions d'agitation, car dans une culture non agitée, le DPG était à peine dégradé. Conjugué aux résultats d'un filtrat de culture ou d'un extrait acellulaire, cela suggérait que le DPG n'était pas métabolisé par une réaction hydrolytique, mais par une réaction oxydative. Avec une agitation vigoureuse sur un agitateur réciproque, plus de 90 % du DPG a été consommé dans les 23 h, mais des traces de métabolites se sont accumulées dans les mélanges réactionnels. Avec une agitation modérée, le taux de dégradation était plus lent, mais des quantités considérables de produits métaboliques se sont accumulées (M1 et M2). Par conséquent, la réaction a été effectuée à 30 °C pendant 20 à 50 h avec une agitation modérée (60 à 70 tr/min). Les métabolites (M1 et M2) ont été caractérisés par analyse GC/MS à l'aide d'une colonne capillaire (0,25 mm × 50 m) (Figure 8). M1 correspond au 1,2-propylène glycol. M2 a ensuite été séparé en deux pics, M-2 et M-2′. D'après les spectres de masse des deux pics, M-2 et M-2′ semblaient correspondre à OC(CH3)CH2LCO2CH(CH3)OH et OC(CH3)CH2LCO(CH3)CH2OH, respectivement. Le quatrième petit pic, M3 a été trouvé sur GC capillaire, et considéré comme OC(CH3)CH2LCO2CO(CH3), en fonction de sa position d'élution et de son spectre de masse. Les isomères résiduels dans le surnageant réactionnel (incubation de 30 h) ont été analysés. L'isomère A (pic I) a été dégradé de 51,4%, tandis que les diastéréoisomères de l'isomère B (pics II et III) ont été également dégradés de 40,7%, et ceux de l'isomère C (pics IV et V) ont également été également dégradés de 18,5%. Ce résultat supporte l'hypothèse que les composés correspondant aux pics II et III, et IV et V ont la même structure, respectivement. Ces résultats ont indiqué que les groupes alcools secondaires étaient préférentiellement oxydés, la bactérie utilisant tous les isomères structuraux et optiques inclus dans le dimère, ainsi que les structures isotactiques et atactiques. De manière générale, la stéréospécificité des microorganismes et de leurs enzymes est strictement contrôlée, mais dans ce cas la bactérie possède soit plusieurs enzymes stéréospécifiques pour les isomères optiques, soit une enzyme non stéréospécifique.

Spectres de masse des produits métaboliques du DPG. (Modifié de Kawai et al., 1985.)

Le PPG n'était dégradé ni par un filtrat de culture ni par un extrait acellulaire, mais pouvait être dégradé par des cellules intactes et/ou des débris cellulaires. Par conséquent, le PPG n'a pas été métabolisé par des enzymes extracellulaires ou une hydrolase, mais peut-être par des enzymes intracellulaires, y compris des enzymes liées à la membrane. Le métabolisme intracellulaire du PPG a été soutenu par la découverte que les cellules bactériennes piégées dans des gels de polyacrylamide dégradaient efficacement le PPG (Kawai, 1987). L'activité de dégradation du PPG des extraits acellulaires préparés à partir de cellules cultivées en DPG a été étudiée, mais en raison de l'opacité due au PPG attaché aux cellules, l'activité de l'extrait acellulaire préparé à partir de cellules cultivées en PPG n'a pas pu être mesurée. . Des activités de déshydrogénase dépendantes du DCIP et du méthosulfate de phénazine (PMS) (PPG-DH) ont été détectées avec des extraits acellulaires, et ceux-ci doivent être liés à une chaîne respiratoire de l'organisme. Les effets des structures de la chaîne latérale ou principale sur la croissance de la souche utilisant le PPG ont été examinés (tableau 4). Comme la bactérie se développait bien sur PBG 400 et 2000, un groupe méthyle dans PPG était remplaçable par un groupe éthyle dans PBG. Le microorganisme s'est développé dans une certaine mesure sur des polyglycérines, mais pas sur des polyglycidols, du PEG, du PTMG ou de l'alcool polyvinylique. Ces résultats ont indiqué que la bactérie reconnaissait un oxygène d'éther adjacent à deux ou trois chaînes carbonées et un groupe latéral hydrophobe tel qu'un groupe méthyle ou éthyle.

Polyglycidol 13 300 ( R )

  • une NG, pas de croissance. *Re-identifié comme Stenotrophomonas maltophilia (Tachibana et al., 2002). Reproduit de Kawai (1993).

Comme les dérivés PEG et PPG-monoalkyle peuvent être assimilés de la même manière que le PEG et le PPG libres, mais le dialkyl PEG/monoalkyl PPG acétate ne peut pas être utilisé par les utilisateurs de PEG/PPG, au moins un groupe alcool libre est nécessaire pour le métabolisme (Kawai, 1993). Ces résultats - PPG-DH intracellulaire, besoin du groupe alcool libre terminal pour la croissance et produits métaboliques oxydés - suggèrent que le PPG est incorporé dans les cellules au moins à travers les membranes externes et est métabolisé par oxydation. Le mécanisme principal est peut-être similaire à celui du PEG, à savoir que l'oxydation terminale précède le clivage de l'éther.

Plusieurs activités PPG déshydrogénase (PPG-DH) ont été trouvées dans l'utilisation de PPG S. maltophilia (Tachibana et al., 2002). Au cours de la croissance sur PPG 2000, trois pics de PPG-DH sont apparus en 36 h, 7 jours et 9 jours : la majorité (88 %) du premier pic de la phase logarithmique précoce était localisée dans le cytoplasme. Dans le deuxième pic (le plus élevé) à la phase stationnaire de croissance, l'activité a été trouvée dans la membrane (54 %), le périplasme (34 %) et le cytoplasme (12 %). Le troisième pic peut ne pas contribuer de manière significative à l'assimilation du PPG, car le PPG a déjà été consommé en 9 jours. En plus de différer dans leurs temps de localisation et d'induction, ces PPG-DH ont également montré des différences dans leur spécificité envers les accepteurs d'électrons. Une caractérisation plus poussée de ces enzymes est attendue avec impatience.


Pourquoi la mer Noire est-elle importante ?

Il y a deux raisons principales pour lesquelles la mer Noire est particulièrement importante pour la science. Premièrement, c'est un endroit idéal pour étudier les processus redox. Les processus d'oxydoréduction se produisent dans les sédiments de tous les océans du monde, mais ils sont confinés à des bandes sédimentaires très étroites d'intervalles millimétriques ou centimétriques qui ne peuvent pas être facilement séparées les unes des autres. En revanche, les processus biogéochimiques du gradient redox dans la mer Noire sont répartis sur plusieurs mètres, de sorte que des échantillons peuvent être facilement collectés pour chaque processus redox d'intérêt. De plus, le large gradient redox de la mer Noire est très stable (5).

La deuxième raison majeure de l'étude de la zone redox de la mer Noire concerne l'astrobiologie, l'étude de la vie dans l'univers. La mer Noire est analogue aux océans de la période protérozoïque terrestre (6). Au cours de cette période, qui s'est produite de ≈2,3 à 1,0 giga-an B.P., de l'oxygène cyanobactérien a été produit mais était insuffisant pour saturer les océans du monde. Le résultat était des eaux de surface aérobies recouvrant les eaux anoxiques en dessous, imitant ainsi la mer Noire. L'étude de la mer Noire fournira également des indices importants pour mieux comprendre l'évolution de la vie et du métabolisme sur d'autres corps planétaires tels que la lune de Jupiter Europa, qui pourrait avoir des océans anoxiques.


Évolution microbienne et co-adaptation : un hommage à la vie et à l'héritage scientifique de Joshua Lederberg : résumé de l'atelier.

Les infections émergentes, telles que définies par Stephen Morse de l'Université de Columbia dans sa contribution à ce chapitre, sont des infections dont l'incidence ou l'étendue géographique augmente rapidement, y compris des maladies auparavant non reconnues comme le VIH/SIDA, le syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS), Ebola hémorragique fièvre et encéphalite à virus Nipah. Parmi ses nombreuses contributions aux efforts visant à reconnaître et à lutter contre la menace des infections émergentes, Lederberg a co-présidé les comités qui ont produit deux rapports historiques de l'Institute of Medicine (IOM), Infections émergentes : menaces microbiennes pour la santé aux États-Unis (OIM, 1992) et Menaces microbiennes pour la santé (IOM, 2003), qui a fourni un cadre crucial pour comprendre les moteurs de l'émergence des maladies infectieuses (encadré WO-3 et figure WO-13). Comme le montrent les articles de ce chapitre, ce cadre continue de guider la recherche pour élucider les origines des menaces infectieuses émergentes, pour éclairer l'analyse des modèles récents d'émergence de maladies et pour identifier les risques d'événements futurs d'émergence de maladies afin de permettre une détection précoce et en cas d'épidémie, et peut-être même prédire son apparition.

Dans le premier article du chapitre, Morse décrit deux étapes distinctes de l'émergence des maladies infectieuses : l'introduction d'une nouvelle infection dans une population hôte, et l'établissement et la diffusion à partir de cette population. Il considère le vaste et largement non caractérisé « pool czoonotique » d'agents pathogènes humains possibles et les opportunités croissantes d'infection présentées par les bouleversements écologiques et la mondialisation. En utilisant comme exemples le syndrome pulmonaire à hantavirus et la grippe H5N1, Morse démontre comment les agents pathogènes zoonotiques ont accès aux populations humaines. Alors que de nombreux agents pathogènes zoonotiques infectent périodiquement les humains, peu deviennent aptes à se transmettre ou à se propager, observe Morse. L'activité humaine, cependant, rend cette transition de plus en plus facile en créant des voies efficaces pour la transmission des agents pathogènes dans le monde entier. « Nous savons ce qui est responsable des infections émergentes et devrions être en mesure de les prévenir », conclut-il, grâce à la surveillance mondiale, au diagnostic, à la recherche et, surtout, à la volonté politique de les faire se produire.

Les auteurs du chapitre&# x02019s deuxième article, présentateur de l'atelier Mark Woolhouse et Eleanor Gaunt de l'Université d'Édimbourg, tirer plusieurs conclusions générales sur les origines écologiques de nouveaux agents pathogènes humains sur la base de leur analyse des espèces d'agents pathogènes humains découverts depuis 1980. À l'aide d'un rigoureux , méthodologie formelle, Woolhouse et Gaunt ont produit et affiné un catalogue des près de 1 400 espèces d'agents pathogènes humains reconnues. Un sous-ensemble de 87 espèces ont été reconnus depuis 1980 et sont actuellement considérés comme de nouveaux agents pathogènes. Les auteurs notent quatre attributs de ces nouveaux agents pathogènes qui, selon eux, décriront la plupart des futurs microbes émergents : une prépondérance de virus à ARN pathogènes avec des réservoirs animaux non humains des pathogènes avec une large gamme d'hôtes et des pathogènes avec un potentiel (peut-être initialement limité) de transmission humain-humain .

Comme Morse, Woolhouse et Gaunt considèrent les défis auxquels sont confrontés les nouveaux agents pathogènes pour s'établir dans une nouvelle population hôte et parvenir à une transmission efficace, conceptualisant l'observation de Morse selon laquelle "beaucoup sont appelés mais peu sont choisis" sous forme graphique, comme une pyramide . Il décrit les quelque 1 400 agents pathogènes capables d'infecter les humains, dont 500 sont capables de se transmettre d'homme à homme et parmi lesquels moins de 150 ont le potentiel de provoquer une évolution épidémique ou endémique de la maladie sur une gamme d'échelles de temps. en haut de la pyramide. L'article se termine par une discussion sur les implications pour la santé publique du modèle pyramidal, qui suggère que le changement écologique mondial en cours continuera de produire de nouvelles maladies infectieuses au rythme actuel de trois par an ou presque.

Contrairement aux autres contributeurs de ce chapitre, qui se concentrent sur quoi, pourquoi et où émergent les maladies infectieuses, Jonathan Eisen, de l'Université de Californie à Davis, examine comment de nouvelles fonctions et processus évoluent pour générer de nouveaux agents pathogènes. Eisen étudie l'origine de la nouveauté microbienne en intégrant des analyses évolutives avec des études de séquences génomiques, un domaine qu'il appelle « phylogénomique “. décrivent l'utilisation de la phylogénomique pour prédire la fonction de gènes non caractérisés dans une variété d'organismes et pour élucider la base génétique d'une relation symbiotique complexe impliquant trois espèces.

La connaissance des génomes microbiens et des fonctions qu'ils codent est très limitée, observe Eisen. Parmi 40 phylums de bactéries, par exemple, la plupart des séquences génomiques disponibles provenaient de seulement trois phylums. Pour combler ces lacunes dans notre connaissance de l'arbre de la vie, son groupe a lancé une initiative appelée l'Encyclopédie génomique des bactéries et des archées. Eisen décrit cet effort et préconise une intégration plus poussée des informations sur la phylogénie microbienne, la séquence génétique et la fonction des gènes avec des données biogéographiques, afin de produire un « guide de terrain sur les microbes ».

Le document final du chapitre, rédigé par Peter Daszak du Consortium for Conservation Medicine, Wildlife Trust, passe de la connaissance de l'émergence des maladies infectieuses à la prédiction de l'endroit et des circonstances dans lesquels une maladie émergente est susceptible de se produire. Daszak présente plusieurs exemples des efforts de son groupe pour élaborer des approches prédictives de l'émergence des maladies infectieuses basées sur une compréhension approfondie de l'écologie sous-jacente. Il s'agit notamment de construire un modèle pour prédire les risques relatifs de réémergence du virus Nipah en Malaisie, où une épidémie de 1999 a dévasté une industrie porcine florissante en identifiant les sources probables par lesquelles le virus du Nil occidental pourrait se propager à Hawaï, aux Galapagos et à la Barbade et en déterminant les réservoirs probables de H5N1. la grippe pour des emplacements géographiques spécifiques dans le monde.

Daszak&# x02019s groupe a construit une base de données sur les maladies infectieuses émergentes &# x0201cevents&# x0201d signalés pour la première fois dans les populations humaines entre 1940 et 2004, qu'ils ont utilisé pour examiner les correspondances entre les événements et les variables écologiques, telles que la densité de la population humaine et la diversité de la faune, dans un contexte géographique. Ces analyses ont révélé des « points de choc » pour l'émergence de maladies infectieuses. Daszak discute des implications de l'emplacement des points chauds pour la surveillance mondiale des maladies infectieuses et décrit comment lui et ses collègues ont utilisé leurs connaissances des points chauds pour cibler la surveillance du virus Nipah en Inde, et également pour découvrir un virus à potentiel zoonotique au Bangladesh.


Utilisations dans l'étude de la pathogénicité et de l'épidémiologie

Il existe un certain nombre de laboratoires utilisant la technologie PM de manière innovante pour approfondir divers aspects de la pathogénicité bactérienne et la question connexe de l'épidémiologie. Divers agents pathogènes ont été analysés, notamment E. coli, Salmonella enterica, P. aeruginosa et Pseudomonas syringae, Enterobacter (maintenant Cronobacter) sakazakii, Yersinia pestis, Vibrio cholerae, Campylobacter jejuni, Helicobacter pylori, S. aureus, Listeria monocytogenes, Mycobacterium sp., C. burnetii, et Legionella pneumophila.

L'une des séries de travaux les plus intéressantes et les plus productives est issue d'études sur le pathogène hautement clonal, S. enterica sérovar Enteritidis. Différentes souches de cet agent pathogène partagent 99,99 % d'identité génomique mais, étonnamment, elles varient considérablement dans leurs propriétés pathogènes.Guard-Bouldin et ses collègues ont utilisé la technologie PM pour comparer deux souches du même type de phage (PT13a), avec des propriétés biologiques clairement distinctes : l'une est une souche formant un biofilm et un bon colonisateur de poulets mais n'infecte pas les œufs, tandis que la seconde ne ne forme pas de biofilms mais infecte les œufs. La co-infection avec les deux sous-types provoque les infections et la propagation de la maladie les plus graves (Guard-Bouldin, 2004). Malgré la parenté génomique très étroite de ces souches et l'incapacité des méthodes de typage génétique (hybridation de puces à ADN, électrophorèse sur gel en champ pulsé et ribotypage) à détecter des polymorphismes significatifs ( Morales, 2005, 2006), la technologie PM a rapidement découvert de nombreux phénotypiques. différences entre ces deux souches (la souche infectant les œufs est plus active sur le plan métabolique) et a fourni des informations essentielles qui ont conduit à l'élucidation de 447 polymorphismes génétiques à petite échelle qui semblent être des points chauds importants pour le changement génétique tels que l'opéron d-sérine .

Fait intéressant, l'opéron d-sérine s'est avéré être un point chaud pour l'altération génétique dans un autre agent pathogène hautement clonal, E. coli O157. En analysant une grande collection de souches provenant d'épidémies d'origine alimentaire, Cebula et ses collègues (Mukherjee, 2006) ont d'abord trouvé un phénotype positif au saccharose, d -sérine négatif commun à la plupart des souches O157 et ont par la suite confirmé qu'un opéron saccharose s'était inséré dans le d - opéron sérine. L'analyse génétique de cette région du génome a montré qu'il s'agissait d'un point chaud pour le mosaïcisme génétique. Le groupe de Cebula a conclu que l'analyse phénotypique est un outil très utile dans l'attribution des souches ( Bochner, 2008). Dans une analyse comparative des particules de la souche O157 de l'épidémie d'épinards de l'été 2006, aux États-Unis, ils ont montré ( Mukherjee, 2008) qu'elle avait un effet rare Nphénotype -acétyl-d -galactosamine-négatif, qui n'avait été trouvé qu'une seule fois auparavant. Les laboratoires Cebula et Guard-Bouldin ont montré que, en particulier avec les agents pathogènes clonaux, il peut être plus facile, plus efficace et plus productif de revenir du phénotype au génotype, au lieu de commencer par des analyses génomiques. Une autre approche démontrant l'utilité de l'analyse des phénotypes d'isolats naturels est le travail de Hutkins et ses collègues ( Durso, 2004), où l'analyse PM du métabolisme du C a montré des différences significatives entre les souches commensales de E. coli provenant de bovins par rapport aux souches O157:H7. Ces différences de capacités métaboliques sont susceptibles de contribuer aux capacités de colonisation dans divers environnements.

Un domaine d'intérêt particulier est l'utilisation de la technologie PM pour examiner les changements dans la physiologie d'une bactérie particulière aux stades d'adaptation pathogène. in vivo. Preston et ses collègues ( Rico & Preston, 2008) ont analysé les changements phénotypiques du pathogène végétal P. syringae, poussant dans des milieux de culture de laboratoire par rapport à la croissance dans l'un de ses milieux environnementaux - le fluide apoplastique de tomate. Comme mentionné précédemment, Omsland et Heinzen ( Bochner, 2008) ont étudié les propriétés phénotypiques métaboliques de C. burnetii extrait de la culture à l'intérieur de cellules de mammifères. Dans un travail sur un pathogène apparenté, L. pneumophila, qui peut également survivre et se développer dans les macrophages en évitant la voie de destruction endocytique-lysosomale, Swanson et ses collègues ont produit deux découvertes nouvelles et passionnantes. Premièrement ( Sauer, 2005), ils ont utilisé des MP pour montrer que phtA (transporteur phagosomal défectueux) les mutants ont besoin de l-thréonine pour la réplication et que cet acide aminé déclenche la différenciation de la cellule d'une forme transmissive mobile à la forme réplicative non mobile. Plus récemment ( Dalebroux, 2008 Edwards, 2008), ce groupe a rapporté avoir utilisé la technologie PM pour cribler une souche de fusion flaA-gfp (un indicateur de différenciation vers l'état transmissif mobile) dans des centaines de conditions de culture et a découvert que l'arrêt de la croissance et la transition à la forme transmissive mobile est déclenchée par les acides carboxyliques, en particulier les acides gras à chaîne courte.


Cool Job: un chimiste vert extrait des excréments de zoo pour des aides biologiques

Michelle O'Malley, 37 ans, est ingénieure chimiste et biologique à l'Université de Californie à Santa Barbara. Son équipe cherche à extraire les microbes des déchets animaux dans le but de fabriquer des produits « plus verts ».

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11 octobre 2019 à 5h50

Vous pourriez appeler ce groupe de membres du laboratoire une patrouille de merde. Parfois, ils traînent au zoo de Santa Barbara en attendant que certaines chèvres et moutons fassent leurs affaires. Mais ils ne sont pas là uniquement en tant qu'équipe de nettoyage. Pour eux, ces excréments sont plus que des déchets. Ils sont la source de microbes qui pourraient un jour devenir la voie vers des carburants et des produits chimiques plus verts.

Michelle O'Malley, 37 ans, dirige ce groupe. Elle est ingénieure chimiste et biologique sur le campus de l'Université de Californie à travers la ville. Son équipe chasse les champignons qui vivent dans le tube digestif des animaux phytophages, comme les moutons, les chèvres, les vaches, les girafes et les éléphants. En tant qu'anaérobies (AN-uh-roabs), ces champignons ne peuvent vivre qu'en l'absence d'oxygène. Avec certaines bactéries anaérobies, ces champignons peuvent dégrader l'herbe et d'autres plantes. En chemin, ils libèrent des sucres et d'autres nutriments.

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Ces auxiliaires microbiens particuliers n'apparaissent généralement pas dans l'intestin humain. C'est pourquoi une grande partie des parties fibreuses des plantes que nous mangeons ne sont pas digérées. Il traverse nos entrailles, en grande partie inchangé, et sort comme un gaspillage à l'autre extrémité.

Ici, au zoo, les chercheurs se concentrent sur les chèvres de l'île de San Clemente et les moutons Navajo-Churro. "Il peut être difficile de faire la différence entre le caca de chèvre et de mouton", note O'Malley. Il est donc utile de « regarder le don se dérouler ».

Une fois collectés, leurs boulettes vont au laboratoire. Là, les membres de l'équipe amadouent les champignons qui permettent à ces animaux de digérer certaines plantes.

O'Malley a dû apprendre ce qu'elle appelle la « technologie très ancienne » pour cultiver les champignons capricieux dans son laboratoire. Ensuite, elle s'est tournée vers la recherche des enzymes distinctives de dégradation des plantes produites par ces champignons. Son plan global est d'aider la société à s'éloigner des combustibles fossiles, tels que le pétrole. À leur place, elle espère trouver des moyens plus durables de fabriquer des produits chimiques et des carburants. Ses matières premières pourraient être des restes agricoles - comme le maïs fourreau et la paille de blé, par exemple. Dans le passé, ces restes de matières végétales étaient souvent considérés comme des déchets parce que les gens ne pouvaient pas les manger.

Les champignons indiquent des enzymes utiles

Les parties fibreuses des plantes sont constituées de lignocellulose (Lig-no-SEL-yu-loas). Ce produit chimique, à son tour, est fabriqué à partir de composés plus petits. Parmi eux se trouvent deux sucres : la cellulose et l'hémicellulose. Et ces sucres sont riches en carbone. Le carbone est également un ingrédient majeur dans la plupart des carburants et de nombreux autres produits chimiques et médicaments.

L'équipe d'O'Malley aimerait extraire la lignocellulose pour son carbone. Le problème est que les parties fibreuses des plantes contiennent également de la lignine. C'est un matériau structurel qui sert "à garder les microbes et leurs enzymes hors" des parois cellulaires végétales, explique O'Malley. Ainsi, la lignine rend difficile l'accès aux sucres de la lignocellulose.

Les chimistes industriels ont trouvé des moyens d'éliminer chimiquement ou physiquement la lignine. Mais ces processus sont souvent coûteux, toxiques et inutiles (car la lignine elle-même contient des produits chimiques précieux).

Certains champignons ont une meilleure approche. Et c'est ce qui a attiré l'attention d'O'Malley sur les animaux herbivores et leur caca. Il s'avère, dit O'Malley, que certains champignons anaérobies trouvés dans les intestins de ces animaux pourraient donner à l'industrie un moyen plus écologique de décomposer la cellulose, l'hémicellulose - et même la lignine.

Après le déjeuner herbeux d'une chèvre, certains champignons anaérobies s'enfouissent dans les parois cellulaires végétales. Là, ils libèrent des enzymes qui décomposent la lignocellulose - la lignine et tout. Ces champignons difficiles ont un nom de 10 syllabes : Neocallimastigomycota.

O'Malley a étudié sous la direction de l'ingénieur chimiste Anne Robinson. C'était à l'époque où elle était étudiante à l'université Carnegie Mellon de Pittsburgh, Pennsylvanie. Robinson n'est pas surprise que son ancienne étudiante travaille avec un microbe aussi difficile. Elle se souvient de son élève comme étant « très peu effrayée de s'attaquer aux problèmes » et « capable de reconnaître le résultat intéressant ou inhabituel ».

Un champignon : beaucoup, beaucoup d'enzymes digestives

Après ses études supérieures, O'Malley a contacté des scientifiques qui avaient travaillé avec des champignons anaérobies. La plupart avaient abandonné ces études. Les microbes se sont avérés trop difficiles à manipuler. Puis Michael Theodorou l'a invitée à travailler avec lui. Il avait été le pionnier de la recherche sur ces microbes. Aujourd'hui, il travaille à l'Université Harper Adams à Newport, en Angleterre. À l'époque, cependant, Theodorou était au Pays de Galles. Et là, il a enseigné à O'Malley comment isoler et faire pousser ces champignons.

Leur défi consistait à donner aux champignons ce dont ils avaient besoin pour se développer, tout en gardant l'oxygène à l'extérieur.

Son équipe commence maintenant avec des tubes à rouleaux. Considérez-les comme des boîtes de Pétri 3D qui peuvent favoriser la croissance à travers leurs parois internes, le tout dans un environnement sans oxygène. Du dioxyde de carbone et une source de nourriture avec des fluides digestifs sont ajoutés aux tubes fermés. Ensuite, son équipe roule les tubes pour obtenir une couche uniforme sur les parois internes. Après avoir ajouté une bouillie de caca riche en champignons, ils roulent à nouveau les tubes. Si le processus fonctionne, les colonies fongiques se développent.

"Tout cela nécessite beaucoup de mouvements prudents, coordonnés et rapides", explique O'Malley. C'est "un art perdu".

Dans son laboratoire de l'UC Santa Barbara, O'Malley a isolé des champignons à partir d'échantillons de zoo et étudié leurs enzymes. Jusqu'à présent, "personne ne connaissait vraiment leur véritable pouvoir", dit-elle. Ces champignons (avec une bouchée de nom) s'avèrent avoir des gènes pour faire connaître le plus grand nombre d'enzymes dégradant la biomasse. C'est quelque chose que son équipe a rapporté dans Science il y a trois ans.

Les scientifiques disent : Levure

Les chercheurs ont maintenant associé ces champignons anaérobies à de la levure de bière (Saccharomyces cerevisiae). Cette levure est un pilier de l'industrie biochimique.

Le groupe d'O'Malley a montré que les champignons dégradaient efficacement la lignocellulose dans l'alpiste roseau. Cela a libéré les sucres pour être convertis en d'autres produits par la levure. O'Malley et ses collègues ont partagé leurs conclusions, l'année dernière, dans Biotechnologie et bio-ingénierie.

Dans le but de libérer ces pouvoirs pour l'industrie de la biotechnologie, O'Malley et son groupe explorent s'il est logique de récolter les enzymes des champignons. Peut-être qu'ils devraient simplement insérer de l'ADN fongique dans la levure et les bactéries. Cela pourrait les transformer en machines à fabriquer des enzymes.

Trouver le moyen idéal de décomposer la lignocellulose « est un problème vraiment [insoluble] depuis longtemps », explique Michael Betenbaugh. Cette ingénieure en biochimie travaille à l'Université Johns Hopkins de Baltimore, dans le Maryland O'Malley, "en quelque sorte forgée toute seule", dit-il. Son astuce, ajoute-t-il, consistait à « rechercher ces microbes inhabituels qui le font depuis des millénaires ».

Mots de pouvoir

3-D Abréviation de tridimensionnel. Ce terme est un adjectif pour quelque chose qui a des caractéristiques qui peuvent être décrites en trois dimensions &mdash hauteur, largeur et longueur.

anaérobe Organisme capable de vivre en l'absence d'oxygène.

anaérobie Se produisant en l'absence d'oxygène. Les réactions anaérobies ont lieu dans des endroits sans oxygène.

bactéries (singulier : bactérie) Organismes unicellulaires. Ceux-ci habitent presque partout sur Terre, du fond de la mer à l'intérieur d'autres organismes vivants (comme les plantes et les animaux). Les bactéries sont l'un des trois domaines de la vie sur Terre.

biochimique (adj.) Se référant à quelque chose fabriqué et utilisé dans les êtres vivants.

bio-ingénierie L'application de la technologie pour la manipulation bénéfique des êtres vivants. Les chercheurs dans ce domaine utilisent les principes de la biologie et les techniques d'ingénierie pour concevoir des organismes ou des produits qui peuvent imiter, remplacer ou augmenter les processus chimiques ou physiques présents dans les organismes existants. Ce domaine comprend les chercheurs qui modifient génétiquement les organismes, y compris les microbes. Il comprend également des chercheurs qui conçoivent des dispositifs médicaux tels que des cœurs artificiels et des membres artificiels. Quelqu'un qui travaille dans ce domaine est connu comme un bio-ingénieur.

biomasse Matière qui contient du carbone et peut être utilisée comme combustible, notamment dans une centrale électrique pour la production d'électricité. Les plantes sont une sorte de biomasse.

carbone L'élément chimique ayant le numéro atomique 6. C'est la base physique de toute vie sur Terre. Le carbone existe librement sous forme de graphite et de diamant. C'est une partie importante du charbon, du calcaire et du pétrole, et est capable de s'auto-lier chimiquement pour former un nombre énorme de molécules chimiquement, biologiquement et commercialement importantes.

gaz carbonique (ou CO2) Un gaz incolore et inodore produit par tous les animaux lorsque l'oxygène qu'ils inhalent réagit avec les aliments riches en carbone qu'ils consomment. Le dioxyde de carbone est également libéré lorsque la matière organique brûle (y compris les combustibles fossiles comme le pétrole ou le gaz). Le dioxyde de carbone agit comme un gaz à effet de serre, piégeant la chaleur dans l'atmosphère terrestre. Les plantes convertissent le dioxyde de carbone en oxygène pendant la photosynthèse, le processus qu'elles utilisent pour fabriquer leur propre nourriture.

cellule La plus petite unité structurelle et fonctionnelle d'un organisme. Généralement trop petit pour être vu à l'œil nu, il se compose d'un fluide aqueux entouré d'une membrane ou d'une paroi. Selon leur taille, les animaux sont constitués de milliers à des milliards de cellules. La plupart des organismes, tels que les levures, les moisissures, les bactéries et certaines algues, sont composés d'une seule cellule.

cellulose Un type de fibre présent dans les parois cellulaires des plantes. Il est formé de chaînes de molécules de glucose.

des céréales Plantes de la famille des graminées qui fournissent une graine comestible, qui sert d'aliment de base (comme le blé, l'orge, le maïs, l'avoine et le riz).

chimique Une substance formée de deux atomes ou plus qui s'unissent (se lient) dans une proportion et une structure fixes. Par exemple, l'eau est un produit chimique fabriqué lorsque deux atomes d'hydrogène se lient à un atome d'oxygène. Sa formule chimique est H2O. Chemical peut également être un adjectif pour décrire les propriétés des matériaux qui sont le résultat de diverses réactions entre différents composés.

Ingénieur chimiste Un chercheur qui utilise la chimie pour résoudre des problèmes liés à la production d'aliments, de carburant, de médicaments et de nombreux autres produits.

collègue Quelqu'un qui travaille avec un autre collègue ou membre de l'équipe.

composé (souvent utilisé comme synonyme de produit chimique) Un composé est une substance formée lorsque deux éléments chimiques ou plus s'unissent (lient) dans des proportions fixes. Par exemple, l'eau est un composé constitué de deux atomes d'hydrogène liés à un atome d'oxygène. Son symbole chimique est H2O.

déféquer Pour évacuer les déchets solides du corps.

digérer (nom : digestion) Pour décomposer les aliments en composés simples que le corps peut absorber et utiliser pour la croissance. Certaines usines de traitement des eaux usées exploitent les microbes pour digérer ou dégrader les déchets afin que les produits de dégradation puissent être recyclés pour être utilisés ailleurs dans l'environnement.

tube digestif Les tissus et les organes par lesquels les aliments entrent et se déplacent dans le corps. Chez l'homme, ces organes comprennent l'œsophage, l'estomac, les intestins, le rectum et l'anus. Les aliments sont digérés et décomposés et absorbés en cours de route. Tous les matériaux non utilisés sortiront sous forme de déchets (excréments et urine).

ADN (abréviation d'acide désoxyribonucléique) Une longue molécule à double brin et en forme de spirale à l'intérieur de la plupart des cellules vivantes qui porte des instructions génétiques. Il est construit sur une épine dorsale d'atomes de phosphore, d'oxygène et de carbone. Dans tous les êtres vivants, des plantes et des animaux aux microbes, ces instructions indiquent aux cellules quelles molécules fabriquer.

bouse Les excréments d'animaux, également connus sous le nom de fumier.

environnement La somme de toutes les choses qui existent autour d'un organisme ou du processus et la condition que ces choses créent. L'environnement peut faire référence au temps et à l'écosystème dans lesquels vit certains animaux, ou, peut-être, la température et l'humidité (ou même le placement des choses à proximité d'un élément d'intérêt).

enzymes Molécules fabriquées par les êtres vivants pour accélérer les réactions chimiques.

fibre Quelque chose dont la forme ressemble à un fil ou un filament. (en nutrition) Composants de nombreux aliments fibreux à base de plantes. Ces fibres dites non digestibles ont tendance à provenir de la cellulose, de la lignine et de la pectine et de tous les constituants végétaux qui résistent à la dégradation par les enzymes digestives du corps.

combustibles fossiles Tout combustible et mdash tel que le charbon, le pétrole (pétrole brut) ou le gaz naturel et mdash qui s'est développé sur la Terre pendant des millions d'années à partir des restes en décomposition de bactéries, de plantes ou d'animaux.

carburant Tout matériau qui libérera de l'énergie lors d'une réaction chimique ou nucléaire contrôlée. Les combustibles fossiles (charbon, gaz naturel et pétrole) sont un type courant qui libère leur énergie par des réactions chimiques qui se produisent lorsqu'ils sont chauffés (généralement au point de brûler).

champignon (pluriel: champignons) Fait partie d'un groupe d'organismes unicellulaires ou multicellulaires qui se reproduisent via des spores et se nourrissent de matière organique vivante ou en décomposition. Les exemples incluent les moisissures, les levures et les champignons.

gène (adj. génétique) Un segment d'ADN qui code, ou contient des instructions, pour la production d'une protéine par une cellule. Les descendants héritent des gènes de leurs parents. Les gènes influencent l'apparence et le comportement d'un organisme.

lycée Un programme universitaire qui offre des diplômes avancés, comme une maîtrise ou un doctorat. C'est ce qu'on appelle les études supérieures parce qu'elles ne commencent qu'après que quelqu'un a déjà obtenu son diplôme universitaire (généralement avec un diplôme de quatre ans).

intestin Terme informel désignant le tractus gastro-intestinal, en particulier les intestins.

hémicellulose Une fibre relativement douce trouvée dans les parois cellulaires d'une plante.

lignine Une substance naturelle qui aide à renforcer les parois cellulaires des plantes. Bien que la lignine soit fabriquée à partir d'un grand nombre de molécules de sucre, qui devraient fournir de l'énergie, le bétail peut digérer cette matière en raison de la façon dont ses sucres sont chimiquement liés entre eux.

microbe Abréviation de micro-organisme. Un être vivant trop petit pour être vu à l'œil nu, y compris les bactéries, certains champignons et de nombreux autres organismes tels que les amibes. La plupart se composent d'une seule cellule.

des millénaires (singulier : millénaire) Des milliers d'années.

nutritif Vitamine, minéral, graisse, glucide ou protéine dont une plante, un animal ou un autre organisme a besoin dans son alimentation pour survivre.

oxygène Un gaz qui représente environ 21% de l'atmosphère terrestre. Tous les animaux et de nombreux micro-organismes ont besoin d'oxygène pour alimenter leur croissance (et leur métabolisme).

pétrole Mélange liquide épais et inflammable d'hydrocarbures. Le pétrole est un combustible fossile que l'on trouve principalement sous la surface de la Terre.C'est la source des produits chimiques utilisés pour fabriquer l'essence, les huiles lubrifiantes, les plastiques et de nombreux autres produits.

fourreau Tiges de maïs, une fois les épis récoltés. Cette matière fibreuse est utilisée pour nourrir le bétail.

durable Un adjectif pour décrire l'utilisation des ressources de manière à ce qu'elles restent disponibles longtemps dans le futur.

La technologie L'application de connaissances scientifiques à des fins pratiques, en particulier dans l'industrie &mdash ou les dispositifs, processus et systèmes qui résultent de ces efforts.

toxique Toxique ou capable de nuire ou de tuer des cellules, des tissus ou des organismes entiers. La mesure du risque posé par un tel poison est sa toxicité.

tract Une zone particulière bien délimitée. Il peut s'agir d'une parcelle de terrain, telle que la zone sur laquelle se trouve une maison. Ou cela peut être un peu d'immobilier dans le corps. Par exemple, les parties importantes du corps d'un animal comprendront ses voies respiratoires (poumons et voies respiratoires), son appareil reproducteur (gonades et systèmes hormonaux importants pour la reproduction) et son tractus gastro-intestinal (l'estomac et les intestins et les organes responsables du déplacement des aliments, de la digestion en l'absorbant et en éliminant les déchets).

Pays de Galles L'une des trois composantes de la Grande-Bretagne (les deux autres étant l'Angleterre et l'Écosse. Elle fait également partie du Royaume-Uni (dont les autres membres comprennent l'Angleterre, l'Écosse et l'Irlande du Nord).

déchets Tous les matériaux qui restent des systèmes biologiques ou autres qui n'ont aucune valeur, ils peuvent donc être éliminés comme déchets ou recyclés pour une nouvelle utilisation.

Levure Champignons unicellulaires capables de fermenter les glucides (comme les sucres), produisant du dioxyde de carbone et de l'alcool. Ils jouent également un rôle central dans la croissance de nombreux produits de boulangerie.