La biomasse microbienne représente plus de la moitié de la biomasse de la planète

Le rôle de l'infiniment petit dans la nature

est infiniment grand

Louis Pasteur

Fixation d ’azote atmosphérique

Nitrification

Dénitrification

Cycle de l’azote

Oxydation de l’ammoniac

en anaérobiose

Bactéries capables de convertir l’ammoniaque en azote

moléculaire en absence d'oxygène (Strous et al., Nature 1999)

NH4+ + NO2

- N2 + 2H2O

Processus anammox

Fixation d ’azote atmosphérique

Nitrification

Dénitrification

Anammox

Cycle de l’azote

Aquifex aeolicusThermotoga

maritima

Deinococcus-ThermusCyanobacteria

ActinobacteriaFusobacterium

nucleatum

Mollicutes

Clostridia,Thermoanaerobacteriales

BacilliChlorobium tepidum

Bacteroidetes

Leptospira interrogans

Borrelia burgdorferi

Treponema pallidumTreponema denticola

Kuenenia stuttgartiensisRhodopirellula baltica

Gemmataobscuriglobus

Chlamydiae

Epsilon-

Delta-

Alpha-

Beta/Gamma-

0.10

Firmicutes

Spirochaetes

Proteobacteria

100,100

100,98

100,100

98,58

Planctomycetes

NO2-

NH2OH

NH4+

N2H4

4e-

N2

anammoxosome cytoplasm

Anammox reaction :NH4

+ + NO2- N2 + 2 H2O

Anammox bacteria

Ladderanes

Functional redundancy in catabolism and respiration

1 10 20 30 40 50 60SET3_tetraodon SGRGVFTKAKISKGQFVAEYRGDIINDSEYQCRRRVYHPSCAAFMF-------IDASREDSET5_tetraodon SGRGVFTKAKISKGQFVAEYRGDIINDSEYQCRRRVYHPSCAAFMF-------IDASREDSET1_tetraodon SGRGVFTKAKISKGQFVAEYRGDIINDSEYQCRRRVYHPSCAAFMF-------IDASREDSET4_tetraodon SGRGVFTKAKISKGQFVAEYRGDVINDSEYQCRRRVYHPSCAAFMF-------IDASREDSET2_tetraodon SGRGVFTKAKISKGQFVAEYRGDIINDSEYQCRRRVYHPSCAAFMFAL-----IDASREDSET6_tetraodon SGRGVFTKAKISKGQFVAEYRGDIINDSEYQCRRRVYHPSCAAFMF-------VDASREDSET_EZH2_tetraodon AGWGIFIKEPVQKNDFISEYCGEIISQDEADRRGKVYDKYMCSFLFNLNNDFVVDATRKGSET_EZH2_human AGWGIFIKDPVQKNEFISEYCGEIISQDEADRRGKVYDKYMCSFLFNLNNDFVVDATRKGSET_EZH1_mouse AGWGTFIKESVQKNEFISEYCGELISQDEADRRGKVYDKYMSSFLFNLNNDFVVDATRKGSET_EZ_drosophila AGWGIFLKEGAQKNEFISEYCGEIISQDEADRRGKVYDKYMCSFLFNLNNDFVVDATRKG

70 80 90 100 110 120SET3_tetraodon E--SFG-RLVNPNCKMK*IDVNGKPRLCLFALDDIQEGAEITYDYKG--ARFIKWVGV--SET5_tetraodon E--SFG-RLVNPNCKMK*IDVNGKPRLCLFALDDIQEGAEITSDYKG--ARFIKWVGV--SET1_tetraodon E--SFG-RLVNPNCKMK*IDVNGKPHLCLFALDDIQEGAEITYDYKG--AHFIKWVGV--SET4_tetraodon E--SFG-RLVNPNCKMK*IDVNGKPHLCLFALDDIQEGAEITYDYKG--AHFIKWVGV--SET2_tetraodon E--SFG-RLVNPNCKMK*IDVNGKPRLCLFALDDIQEGAEITYDYKG--AHFIKWVGV--SET6_tetraodon E--SFG-RLVNPNCKMK*TDVNGKPRLCLFALDDIQEGAEITYDYKG--AHFIKWVGV--SET_EZH2_tetraodon NKIRFANHSVNPNCYAKVMMVNGDHRIGIFAKRAIQTGEELFFDYRYSQADARKYVGIERSET_EZH2_human NKIRFANHSVNPNCYAKVMMVNGDHRIGIFAKRAIQTGEELFFDYRYSQADALKYVGIERSET_EZH1_mouse NKIRFANHSVNPNCYAKVVMVNGDHRIGIFAKRAIQAGEELFFDYRYSQADALKYVGIERSET_EZ_drosophila NKIRFANHSINPNCYAKVMMVTGDHRIGIFAKRAIQPGEELFFDYRYGPTEQLKFVGIER

121SET3_tetraodon -----SET5_tetraodon -----SET1_tetraodon -----SET4_tetraodon -----SET2_tetraodon -----SET6_tetraodon -----SET_EZH2_tetraodon EMEIASET_EZH2_human EMEIPSET_EZH1_MOUSE ETDVFSET_EZ_drosophila EMEIV

Alignements multiples de séquences

EVK1-CT-2000-00050

Denis LepaslierEric PelletierSophie LayacChantal SchenowitzValérie Barbe

Delphine MavelPatrick WinckerDavid VallenetClaudine MédigueNuria FonknechtenBéatrice Ségurens

Genoscope et UMR8030 Génomique Métabolique

Michael Jetten, Marc Strous et al. Dept Microbiologie NimègueMichael Wagner et al. Dept Ecologie Microbienne VienneHans Werner Mewes et al. Dept Bioinformatique Munich

La flore procaryote de tous les milieux naturels analysés

est constituée à plus de 99% d’espèces non cultivées

compréhension des processus globaux auxquels les bactéries

prennent une part essentielle et qu ’il faut mieux connaître alors

que des changements globaux commencent à se produire

nouveaux éclairages sur l ’évolution et l ’origine de la vie

applications

Pourquoi explorer le monde procaryote ?

diversité biochimique des procaryotes reste en partie ignorée

nouveaux constituants cellulaires

métabolites secondaires

pathogènes

production primaire de biomasse et de composés organiques reste largement méconnue

Pourquoi explorer le monde procaryote ?

Le comportement des communautés d'espèces procaryotes sera aussi plus facile à modéliser

Les systèmes procaryotes seront plus faciles à modéliser

Pourquoi explorer le monde procaryote ?

La nature transforme en permanence la biomasse y

compris les déchets de ces transformations, sans coût

énergétique (énergie solaire)

Depuis quelques décennies l'homme a commencé à

imiter la nature en développant des procédés de chimie

de synthèse faisant appel aux bioconversions

Nous ne sommes qu'au début de cette mutation

inéluctable

L'industrie chimique commence à être touchée par

deux problèmes majeurs et interdépendants :

Le renchérissement du coût des hydrocarbures

L'ajustement à une logique de "développement

durable"

Les solutions à ces deux problèmes doivent viser à :

diminuer l'utilisation du carbone fossile en tant

que source d"énergie et matière première

diminuer les coûts de production

diminuer la production de déchets et de sous-

produits polluants

Ces trois objectifs peuvent être atteints par une

démarche unique qui substitue aux procédés

chimiques actuels des procédés biotechnologiques qui

peuvent être :

économes en énergie

basés sur des matières premières recyclables

(carbone de la biomasse)

non polluants ou recyclant les déchets

L’inventaire des bioconversions et des enzymes

capables de les catalyser est loin d’être clos

Le monde microbien constitue la principale

source d’activités biocatalytiques

Or ce monde reste à explorer…

Bioconversions

Inventorier les gènes commandant les réactions

chimiques du vivant et les cycles biogéochimiques

des éléments (C,N,P,S)

• séquençage systématique des ADN de flores

bactériennes de milieux naturels

• recherche de gènes d'intérêt potentiel

• test des activités biocatalytiques

At this stage, biotechnology's greatest uses are in

medicine and agriculture, but it's greatest long term

impact may well be industrial

Carl Feldbaum Biotechnology Industry Organisation (BIO) 2004

cartographiesous-clonageetc.

séquençage

assemblage finition

annotation

Inventaires de gènes codant pour des protéines et de leurs transcrits

Identification de transcrits sans fonction(s) connue(s)

Variabilité et plasticité des génomes

Evolution et phylogénèse

Le séquençage massif de l’ADN est il encore utile ?

Le séquençage reste un préalable incontournable pour aborder

- l’étude d’un organisme d’intérêt fondamental ou pratique

- des questions d’ordre biomédical

- explorer la biodiversité

Poursuivre l'analyse et l'annotation de génomes procaryotes et eucaryotes

Contribuer à l'inventaire des fonctions métaboliques des bactéries

Aller au-delà du séquençage en testant expérimentalement les activités d'enzymes du métabolisme bactérien

Tenter de modéliser des processus et des systèmes biologiques

cartographiesous-clonage

séquençage

assemblage finition

annotation

validation expérimentalemodélisation

développementapplications