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Microorganismes - environnement

EVI 783

f.garabetian@epoc.u-bordeaux1.fr

EPOC - UMR 5805

Station Marine d’Arcachon

2 rue Pr Jolyet

33120 Arcachon

Secrétariat : 05 56 22 39 12

I. Diversité (taxonomique) du monde microbien

1. Une représentation du vivant

Woese, C. R. 2002. On the evolution of cells. Proceedings of the National Academy of Sciences 99: 8742-8747

Relations évolutives

4.5 109 3.6 109

Terre1er

Procaryote

1.5 109

1er

Eucaryote

0.6 109

Macro organismes

AG - esterAliph. - etherAG - esterMembrane

3 (>12SU)>1 (>8 SU)1 (4 SU)ARN

polymerase

methionylmethionylformylmethionyltRNA

initiateur

anysomicineanysomicinechloramphenicol

80S70S70SRibosomes

cellulose, chitinepseudo-

peptidoglycanou protéines

peptidoglycanPolymère de

paroi

+--Enveloppe nucléaire

EukaryaArcheaBacteria

Structures cellulaires

de Bauman et al. Trends in Genetics (1995)

Bactéries Archées Eucaryotes

Nb 1 1 3

Nb sous unités 4+σ 10 - 15 10 - 15

Liaison directe à l’ADN - + -

ARN Polymérase

• TFIIB (Facteur de Transcription de la RNA Pol.II) de Pyrococcus woesei� similarité 30% avec TFIIB eucaryote

• TBP (TATA Binding Protein) d’archées� similarité 40% avec TBP humain

Génome – transcription

Génome – transcription

de Bauman et al. Trends in Genetics (1995)

BactériesArchées /

Eucaryotes

Structure des parois

Gram -

(1) Cabeen et Jacobs-Wagner (2005). Nature reviews / Microbiology 3: 601-610

Gram +

Bactéries(1) Archées(2)

(2) Albers et al. (2006). Nature reviews / Microbiology 4: 537-547

I. Diversité (taxonomique) du monde microbien

2. Notion de microorganisme

Lignée des Alveolates

de Baldauf (2003) Science 300:1703-1706

Lignée des alveolates

DDéénominationnomination AttributsAttributs Ss LignSs Lign ééee Genre typeGenre type

Parasites zygote=oocyste Apicomplexans Plasmodium

Flagellés/algues flagelles, plastes Dinoflagellates Al exandrium

Ciliés cils, cirres Ciliates Vorticella, Aspidisca

Lignée Endosymbiose Mb Pigments? Bacteria Cyanobacteries thylakoides 1 Chlorophylle a, phycoerythrine, cyaninePlant Glaucophyte Cyano (Iaire) 2 Chlorophylle a, phycoerythrine, cyaninePlant Rhodophyte Cyano (Iaire) 2 Chlorophylle a, phycoerythrine, cyaninePlant Chlorophytes Cyano (Iaire) 2 Chlorophylle a, bDiscicristate Euglenophytes Chlorop (IIaire) 3 Chlorophylle a, bAlveolates Dinoflagellés Rhodop (IIaire) 3 Chlorophylle a, cHeterokonts Diatomées Rhodop (IIaire) 4 Chlorophylle a, c

Groupe fonctionnel des « Algues »

STREPTOMYCES PENICILLIUM

Type cellulaire coenocytique coenocytique Procaryote, bactérien Eucaryote Habitat Sol Sol Morphologie filamenteuse filamenteuse Croissance mycélienne mycélienne Dissémination spores asexuées conidio + ascospores Brassage génétique partiel (mut. + transf. horiz) reproduction sexuée Production d’antibiotique streptomycine pénicilline Taille génome 8 106 b > 20 106 b

Aspect des colonies (échelle = 1 mm)

Aspect microscopique (échelle = 10 µm)

Convergence phénotypique

20 minutes (en conditions optimales)

Niche écologiquefavorable

=PROLIFERATION

Niche écologiquedéfavorable

=DISSEMINATION

3. Notion d’espèce chez les procaryotes

I. Diversité (taxonomique) du monde microbien

La démarche pasteurienne

• morphologie et paramètres tinctoriaux

• paramètres culturaux

• comportement vis-à-vis de l’oxygène

• capacités métaboliques

• etc…

nécessite de disposer d’une « culture » pure…

Morphologies bactériennes

coque

bacille

vibrion / spirille

filament

hyphe

spirochete

Bactériepédonculée

Culture pure

Source C, N, P

Facteurs de croissance

Sels minéraux

Oligo-éléments

Eau

+ Agarose

1. Milieu de culture solide

2. Travail en conditions aseptiques

Isolement et production d’une lignée

Coques GRAM +

Test « catalase »

MicrocoquesStreptocoques

H2O2 → ½ O2 + H2O

ARNr 16S

Critères de choix d’un marqueur phylogénétique:

• universalité

• rôle fonctionnel

• zones variables / conservées

• taille

La démarche woeséenne

Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology, 2nd edition, 2001Volume One : The Archaea and the Deeply Branching and Phototrophic Bacteria

Editeur en chef: Garrity, G. M, 721 p., ISBN: 978-0-387-98771-2, Springer Verlag, NY

1. Groupe de souches qui présentent des ressemblances sur des plans majeurs d’organisation et des caractéristiques distinctives par rapport aux autres groupes

2. Souches qui présentent une homologie ADN-ADN >70%

3. Similarité > 97% du 16S rRNA (séquence)

Espèce bactérienne

Espèce bactérienne (2/2)

homologie ADN-ADN >70%la culture est le « spécimen » du microbiologiste4000 espèces bactériennes en culture Pasteur Culture Collection (PCC), American Type Culture Collection (ATCC)

similarité > 97% du 16S rRNA30 000 espèces moléculaires (GenBank)E. coli : ADNr 16S < 0,1 % du génome complet

Deep-rooted group

Cyanobacteria

Gram-Positive area

Gram-Negative area

Bacteria

Thermomicrobia

Chloroflexi

Aquifices

Thermodesulfobacters

Geotogas and Thermotogas

DeinococciThermi

Cyanobacteria

High G+C area

Low G+C area

AtopobiaStreptomycetesMyco – Coryne – NocardiaArthrobacters

SyntrophosporasClostridia Peptostreptococci

Bacilli Lactobacilli

Fusobacteria

SelenomonasMycoplasmas

RickettsiasAcetics, RhodospirillaCampylobacterRhizobiaDesulfobacteriaMyxobactersNeisseriasPseudomonadsEnterobacteria

NitrospirasFibrobacters

Spiro-Trepo-borreliasLeptospiras

PlanctomycetesChlamydias

FlavobacteriaChlorobia

Proteobacterial area

ArcheaCrenarcheota Thermoprotei

Sulfolobi

Pyrodyctia

Euryarcheota

ThermoplasmasHalobacteriaMethanospirillaMethanosarcinas

Thermococci

Methanopyri

MethanobacteriaMethanococci

Archaeoglobi

• concept d’espèce

• importance de la méthode d’étude (cadence, biais)

• intérêt pour le « qui fait quoi ? »

• concepts d’espèce et d’évolution

• diversité fonctionnelle (anammox, etc…)

• intérêt pour l’ «Homme »

taxonomie du monde microbien