Connectivité des microbiomes mondiaux explorée
La Terre contient environ mille milliards d’espèces de microbes, dont seulement un dixième environ a été identifié. Un seul humain peut abriter 100 000 milliards de microbes, créant un seul microbiome qui sert un écosystème de microbes.
Les microbes se connectent et se transforment de multiples façons, créant, combinant et séparant à nouveau les microbiomes. Comment pouvons-nous commencer à analyser comment les microbiomes diffèrent, comment ils sont similaires, comment ils ont évolué et comment ils peuvent changer à l’avenir ?
Une équipe internationale de chercheurs pourrait avoir la réponse. Ils ont publié un réseau basé sur la recherche entièrement connecté et sans échelle pour explorer la connectivité des microbiomes à travers le monde le 13 juillet en mSystèmes.
« La composition du microbiome, une caractéristique fondamentale de tout microbiote – des microbes partageant une caractéristique particulière telle qu’un site ou une période géologique – est façonnée par une pléthore de facteurs environnementaux », a déclaré le co-premier auteur JING Gongchao, chercheur au Single- Cell Center in Qingdao Institute of BioEnergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) de l’Académie chinoise des sciences (CAS). « Cependant, il reste difficile de savoir si et comment les changements de composition au niveau » de communauté à communauté « entre les microbiomes sont liés à l’origine et à l’évolution de la diversité mondiale du microbiome. »
Pour mieux comprendre comment le grand nombre d’espèces microbiennes variées a évolué, JING et ZHANG Yufeng, un étudiant diplômé de l’Université de Qingdao, ont construit un « réseau de transition du microbiome » (MTN) mondial qui relie, sur la base de leurs similitudes de composition, 177 022 microbiomes de 20 divers écosystèmes qui comprennent la pléthore de niches écologiques sur le corps humain et dans l’environnement.
Ils ont utilisé le moteur de recherche Microbiome (MSE), un logiciel développé par l’équipe. MSE peut construire le réseau de transition global des microbiomes en moins de trois heures et renvoyer les voisins les plus proches d’un microbiome de requête en moins de 0,5 seconde.
Fait intéressant, le MTN mondial est sans échelle, ce qui est similaire à Internet ou au réseau social parmi les individus humains. Dans ce type de réseaux, la plupart des nœuds sont chacun connectés à un petit nombre d’autres nœuds, mais une petite partie des nœuds est connectée à de nombreux autres nœuds. Une telle structure de réseau assure un fort degré de tolérance du réseau contre les perturbations accidentelles.
« Nous avons dessiné la première feuille de route de la transition du microbiome mondial pour illustrer les voies potentielles mais les plus probables pour expliquer le processus d’évolution des microbiomes mondiaux », a expliqué SU Xiaoquan, professeur à l’Université de Qingdao et auteur principal de l’étude, notant que la feuille de route trace de hauts similitudes entre les microbiomes. « Bien que les compositions soient distinctes par habitat, chaque microbiome est, en moyenne, seulement six « parents » (ou sept « étapes ») de tout autre microbiome sur Terre, indiquant l’homologie inhérente et l’origine commune des microbiomes à l’échelle mondiale. «
D’autre part, les informations du MTN mondial peuvent indiquer des informations importantes, telles que l’évolution ou l’interaction des microbiomes. Par exemple, la feuille de route a révélé que les océans sont les microbiomes les plus susceptibles d’interagir avec le sable des plages et les poissons marins, tandis que le sol et l’eau douce sont la passerelle des échanges microbiens entre l’environnement et les plantes ou les humains.
Avec le changement rapide du climat ainsi que la civilisation sur Terre, de nombreux microbiomes disparaissent et émergent chaque jour. Bien que seule une infime proportion d’entre eux ait été enregistrée via le séquençage du métagénome, construire et mettre à jour le MTN mondial peut être une « mission impossible », sans moteurs de recherche puissants et bases de données standardisées pour les microbiomes tels que ceux du MSE.
« De tels réseaux de microbiomes mondiaux basés sur la recherche, reconstruits en quelques heures sur un seul mode informatique via MSE, fournissent une référence facilement étendue pour retracer l’origine et l’évolution des microbiomes existants, et peut-être pour guider la conception de nouveaux microbiomes », a déclaré XU Jian, directeur de Single-Cell Center à QIBEBT et l’autre auteur principal de l’étude.
Référence: Jing G, Zhang Y, Liu L et al. Un réseau de transition mondial sans échelle et entièrement connecté sous-tend la diversité connue du microbiome. mSystèmes. 0(0):e00394-21. doi: 10.1128/mSystems.00394-21
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