vignette|upright=2|Phytobiome (ou microbiome d'un végétal) occupant l'endosphère (toute la plante) et ici aussi représenté compartimenté, dont en rhizosphère (sur et à proximité des racines), et phyllosphère (sur et sous les feuilles uniquement). On retrouve aussi sur (voire dans) la plante des microbes plus ou moins ubiquistes et opportunistes, éventuellement pathogènes provenant de l'air et du sol.
Le microbiome (du grec micro, « petit », et bios, « vie ») est l'« aire biotique » (aire de vie correspondant à une niche écologique) du microbiote, le mot microbiote désignant ici les espèces autrefois regroupées sous le terme « microflore », c'est-à-dire celles qui prédominent ou sont durablement adaptées à la surface et à l'intérieur d'un organisme vivant..
Ce terme est introduit en 2001 par le généticien et microbiologiste américain Joshua Lederberg pour intégrer la notion d'une communauté écologique comprenant symbiotes, commensaux et pathogènes partageant l'espace corporel humain, dans le but de reconnaître leur fonction de déterminants de la santé et de la maladie..
En anglais, le terme microbiome fait référence aux génomes (données génétiques) d'un microbiote. Cette définition ne semble cependant pas faire consensus parmi les auteurs français : d'après Pascale Cossart .
Concepts scientifiques mobilisés Le microbiome est l'expression des conditions écologiques de ces milieux (température, pH, teneurs hormonales, en graisses, en protéines, exposition aux UV, absence de lumière, type de muqueuse, etc.), conditions auxquelles vont répondre les communautés microbiennes en cause, individuellement et/ou collectivement, et qu'elles peuvent modifier ou entretenir à court et moyens termes, mais aussi sur le long terme, c'est-à-dire celui de l'évolution, ou plus précisément de la coévolution du microbiote avec ses hôtes.
Ce concept embrasse les notions de communauté microbienne, de biodiversité microbienne (en nombre d'individus, les microbes sont les organismes les plus nombreux sur terre), d'écologie microbienne et d'interactions durables et fonctionnelles entre micro-organismes, entre eux et l'organisme, ou entre eux et différents organes (allant du simple commensalisme jusqu'à la symbiose, endo- ou ectosymbiose).
Il a, de plus en plus, aussi des bases génétiques. Par extension, le microbiome peut également désigner la somme des génomes des micro-organismes vivant dans ou sur un organisme animal ou végétal (hors état pathologique). Un séquençage collectif de ces organismes est possible (métagénomique), applicable à un écosystème complet..
Cette notion est issue du concept de commensalisme théorisé par Pierre-Joseph van Beneden durant la seconde moitié du ..
Le est la partie du microbiome qui ne concerne que les microchampignons, on parle par exemple de mycobiome humain., de mycobiome intestinal (qui pourrait jouer un rôle dans la maladie de Crohn) ou du mycobiome pulmonaire.. Il joue un rôle majeur chez de nombreuses plantes..
Connaissance Microbiotes non humains Depuis quelques décennies, des chercheurs étudient avec attention le microbiome d'espèces qui nous sont éloignées et qui présentent des capacités particulières de digestion ou de symbiose avec des écosystèmes microbiens particulier (termites. xylophages, insectes herbivores. ou reptiles par exemple. ou oiseaux comme l'autruche. réputée pour son régime alimentaire éclectique) ou proches (primates.. par exemple) et d'animaux de rentes (le microbiote des ruminants en particulier., qui joue un rôle important pour leur santé)…
Un microbiote des plantes, notamment associé à la rhizosphère est connu depuis plusieurs décennies (composé de bactéries et de champignons dits mycorhyziens), notamment chez les plantes vasculaires. Et des chercheurs ont récemment montré que certains arbres (salicacées) disposent aussi d'endosymbioses dans leur partie aérienne, avec des bactéries fixatrices d'azote qui les aident efficacement à pousser dans des lieux oligotrophes carencés en azote bioassimilable.
Des études ont récemment montré qu'un écosystème à haute diversité biologique est plus stable et que la biodiversité végétale augmente la productivité d'un milieuTilman, D., Reich, P. B. & Isbell, F. Biodiversity impacts ecosystem productivity as much as resources, disturbance, or herbivory. Proc. Natl Acad. Sci. USA 109, 10394–10397 (2012)Liang, J. et al. Positive biodiversity-productivity relationship predominant in global forests. Science 354, aaf8957 (2016). À des niveaux trophiques "inférieurs", le microbiome végétal a aussi une influence sur la fitness de leurs plantes hôtesVandenkoornhuyse, P., Quaiser, A., Duhamel, M., Le Van, A. & Dufresne, A. The importance of the microbiome of the plant holobiont. New Phytol. 206, 1196–1206 (2015)Vorholt, J. A. Microbial life in the phyllosphere. Nat. Rev. Microbiol. 10, 828–840 (2012) et une hypothèse est que les microbes associés à leurs hôtes végétaux peuvent même influencer le fonctionnement et l'état de l'écosystème via leur rôle dans le modelage du phénotype étendu de leurs organismes hôtesBringel, F. & Couée, I. Pivotal roles of phyllosphere microorganisms at the interface between plant functioning and atmospheric trace gas dynamics. Front. Microbiol. 6, 486 (2015)Müller, D. B., Vogel, C., Bai, Y. & Vorholt, J. A. The plant microbiota: systems biology insights and perspectives. Annu. Rev. Genet. 50, 211–234 (2016). Si le degré d'importance du microbiome végétal pour le fonctionnement de l'écosystème n'a pas encore pu être quantifié, une expérience récente (2017) ayant porté sur le lien entre la biodiversité des arbres et le fonctionnement de l'écosystème boisé a néanmoins fortement plaidé en faveur de l'hypothèse que la diversité des bactéries trouvées sur les feuilles de ces arbres est positivement liée à la productivité de l'écosystème entier (même après pris en compte le rôle de la diversité végétale). Cette étude a aussi conclu que l'identité des espèces hôtes, leur identité fonctionnelle et leur diversité fonctionnelle étaient les principaux déterminants de la structure et de la diversité des communautés bactériennes foliaires. Les auteurs concluent dans ce cas à une corrélation positive entre la diversité microbienne associée à la plante et la productivité de l'écosystème et ils invitent à prendre en compte ce mécanisme pour améliorer les modèles de relations entre biodiversité et écosystèmeIsabelle Laforest-Lapointe, Alain Paquette Christian Messier & Steven W. Kembel (2017) Leaf bacterial diversity mediates plant diversity and ecosystem function relationships ; Nature ; doi:10.1038/nature22399, mis en ligne le 24 mai 2017.
Étude du microbiome humain
Le microbiote humain, encore très mal connu, fait l'objet de recherches internationalesTurnbaugh, P.J.; Ley, R.E.; Hamady, M.; Fraser-Liggett, C.M.; Knight, R.; Gordon, J.I (2007) The human microbiome project. Nature, 449, 804–810Human Microbiome Jumpstart Reference Strains Consortium. A catalog of reference genomes from the human microbiome. Science 2010, 328, 994–999..
Ce n'est qu'en décembre 2007, qu'aux États-Unis a été lancé« Scientists Launch First Comprehensive Database of Human Oral Microbiome » ; Communiqué de presse du NIH, daté du 25 mars 2008, par le NIH un vaste projet scientifique dénommé Human Microbiome Project visant à séquencer tous les gènes ou génomes, des micro-organismes vivant normalement chez l'homme, à partir d'échantillons, prélevés dans la bouche, la gorge et le nez, sur la peau, dans le tube digestif, et dans le tractus urogénital féminin ainsi (plus récemment) que dans le tractus urogénital masculinAngela B. Javurek, William G. Spollen, Amber M. Mann Ali, Sarah A. Johnson, Dennis B. Lubahn, Nathan J. Bivens, Karen H. Bromert, Mark R. Ellersieck, Scott A. Givan & Cheryl S. Rosenfeld (2016)Discovery of a Novel Seminal Fluid Microbiome and Influence of Estrogen Receptor Alpha Genetic Status; Scientific Reports 14 mars 2016 ; doi:10.1038/srep23027.
On a montré que ce microbiome est personnelBenson, A.K.; Kelly, S.A.; Legge, R.; Ma, F.; Low, S.J.; Kim, J.; Zhang, M.; Oh, P.L.; Nehrenberg, D.; Hua, K.; et al. (2010) Individuality in gut microbiome composition is a complex polygenic trait shaped by multiple environmental and host genetic factors. Proc. Natl. Acad. Sci. USA , 107, 18933–18938 ; il provient en partie de la mère mais aussi du père, même s'il est aussi influencé par l'alimentationTurnbaugh, P.J.; Ridaura, V.; Faith, J.J.; Rey, F.; Knight, R.; Gordon, J.I (2009) The effect of diet on the human gut microbiome: a metagenomic analysis in humanized gnotobiotic mice. Sci. Transl. Med, 1, 6–14De Filippo, C.; Cavalieri, D.; Di Paola, M.; Ramazzotti, M.; Poullet, J.B.; Massart, S.; Collini, S.; Pieraccini, G.; Lionetti, P. (2010) Impact of diet in shaping gut microbiome revealed by a comparative study in children from Europe and rural Africa. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 107, 14691–14696. et qu'il se diversifie en vieillissantMihajlovski, A.; Doré, J.; Levenez, F.; Monique, A.; Brugère, J (2010) Molecular evaluation of the human gut methanogenic archaeal microbiome reveals an age-associated increase in diversity. Environ. Microbiol. Rep, 2, 272–280. Il peut aussi acquérir des gènes de bactéries extérieures, par exemple de bactéries marines, qui ont pu être transférées à des bactéries du microbiome de Japonais et y persisterHehemann, J.H.; Correc, G.; Barbeyron, T.; Helbert, W.; Czjzek, M.; Michel, G. (2010) ; Transfer of carbohydrate-active enzymes from marine bacteria to Japanese gut microbiome. Nature , 464, 908–912., probablement sélectionnés pour leur intérêt pour le microbiome et/ou pour l'hôte.
L'épidémiologiste néerlandaise Elisabeth Bik est considérée comme une pionnière dans le microbiome et, en 2016, elle a reçu le Microbiome Pioneer Award, prix réservé aux scientifiques en pointe dans le domaine du microbiome.
Une base de données conçue pour un accès gratuit et facilitant le travail collaboratif, répertoriant le microbiome oral a été ouverte début 2008 par l'Institut américain de recherche dentaire et crâniofaciale (NIDCR) en partenariat avec des chercheurs d'autres pays. Elle contenait déjà . Grâce au séquençage de l'ARNr 16S, les chercheurs pourront peu à peu classer ces micro-organismes dans un arbre généalogique et mieux comprendre leur importance, par exemple pour l'expression des caries dentaires ou de divers troubles de la digestion. Mi 2024, un catalogue de micro-organismes apportés par notre nourriture (dont plus de fromages, viandes et autres aliments) a été publié ; il montre qu’une petite partie du microbiome individuel vient de ces aliments., mais on sait aussi qu'il est façonné par les contacts avec la mère, puis la famille, les amis et même les voisins.. Mieux connaitre le microbiome intestinal et ses fonctions contribuera à améliorer la feuille de route des thérapies anticancéreuses., notamment car certains microbes., et une flore intestinale plus équilibrée sont aussi le gage d'une meilleure réponse à certains traitements anticancéreux (dont les « inhibiteurs de point de contrôle »)..
Outils d'étude métagénomique et phylogénétique du bactériome Ces « pipelines de données » visent l'analyse de la composition relative d'un échantillon en bactéries, avec par exemple : MG-RASTMeyer,F. et al. (2008) The metagenomics RAST server - a public resource for the automatic phylogenetic and functional analysis of metagenomes. BMC Bioinformatics, 9, 386..
Outils généralistes (métagénomiques) de profiling taxonomique Un autre type de « pipeline de données » vise à étudier tous les taxons (connus) d'un même échantillon. MetaPhlan2Truong,D.T. et al. (2015) MetaPhlAn2 for enhanced metagenomic taxonomic profiling. Nat. Methods, 12, 902., Kraken2Wood,D.E. et al. (2019) Improved metagenomic analysis with Kraken 2. Genome Biol., 20, 25 CentrifugeKim,D. et al. (2016a) Centrifuge: rapid and sensitive classification of metagenomic sequences. Genome Res., 26, 1721–1729.