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Les microbes du métro trahis par leurs gènes

Les microbes du métro trahis par leurs gènes

15.09.2016, par
Une vaste étude internationale s’est fixé pour but d’inventorier, grâce à la métagénomique, les bactéries qui peuplent les souterrains de métro d’une cinquantaine de villes à travers le monde.

Équipé de gants en latex, un homme applique une sorte de grand coton-tige sur les marches de la station de métro Jussieu avant de glisser l’ustensile dans un tube en plastique. La scène, digne d’un épisode des Experts, ne vise pourtant pas à retrouver la trace d’un dangereux criminel. Répétée à maintes reprises durant la journée du 21 juin 2016 à l’entrée de plusieurs stations du métro parisien, l’opération avait un objectif strictement scientifique : identifier les micro-organismes qui ont élu domicile dans cet environnement suburbain.

Cette étude inédite s’inscrit dans le cadre d’un consortium international baptisé MetaSUB1. Le projet, qui vise à obtenir la cartographie microbienne des réseaux métropolitains des plus grandes villes de la planète, rassemble déjà 53 mégapoles internationales parmi lesquelles New York, Londres, São Paulo, Tokyo, Berlin ou encore Shanghai. Dans la capitale française, le travail sera supervisé par Hugues Richard et Ingrid Lafontaine, du laboratoire Biologie computationnelle et quantitative (LCQB)2 de l’Institut de biologie Paris-Seine. « Grâce au séquençage haut débit des échantillons d’ADN que nous avons déjà pu récolter sur les marches du métro, nous allons en savoir un peu plus sur la diversité microbienne de ce lieu largement inexploré », résume Alessandra Carbone, professeure en informatique à l’UPMC et directrice du LCQB.

Des bactéries pour la plupart inconnues

Pour mener à bien cet ambitieux travail d’investigation, les équipes scientifiques du consortium s’appuient sur la métagénomique. Située à la croisée de la génétique, de l’écologie et de l’informatique, cette puissante méthode d’analyse génétique offre la possibilité de dresser un inventaire quasi exhaustif des espèces microbiennes vivant dans un milieu donné. « En comparant la totalité des fragments d’ADN bactériens provenant d’un même environnement avec ceux d’espèces déjà inventoriées, la métagénomique permet non seulement de révéler les fonctions métaboliques d’une communauté de micro-organismes mais aussi de reconstituer le génome d’espèces bactériennes jusqu’ici inconnues », détaille Alessandra Carbone.

Microbiome, métro
Collecte de micro-organismes à l’aide d'un coton-tige à l’entrée du métro Jussieu.
Microbiome, métro
Collecte de micro-organismes à l’aide d'un coton-tige à l’entrée du métro Jussieu.

À en juger par les résultats de la campagne pilote, menée entre 2013 et 2015 dans le métro new-yorkais, les résultats s’annoncent très prometteurs pour les dizaines d’autres villes intégrées au projet. À l’issue de 18 mois de prélèvements effectués dans les 468 stations et les innombrables rames de l’un des plus vastes réseaux de transport métropolitain de la planète, les scientifiques de l’université Weill Cornell sont en effet parvenus à identifier 562 espèces de bactéries parmi 15 000 échantillons d’ADN collectés. Autre constat pour le moins inattendu : la moitié de ces échantillons n’appartenaient à aucune espèce de micro-organismes déjà répertoriée.

Un environnement en constante évolution

Si le décryptage de ce foisonnement de séquences génétiques inédites risque de s’avérer particulièrement fastidieux, les membres du projet MetaSUB devraient cependant gagner un temps précieux grâce à l’approche développée par l’équipe d’Alessandra Carbone. Cette méthode d’analyse de grande précision reposant sur l’annotation de domaines protéiques permet de caractériser plus rapidement des activités fonctionnelles des communautés microbiennes. « Afin de mieux discriminer les séquences génomiques divergentes de bactéries totalement nouvelles, notre procédé utilise l’information contenue dans les séquences ADN d’organismes connus répartis sur l’ensemble de l’arbre du vivant », précise l’enseignante-chercheuse.

L’année de
construction
d’une station
de métro, sa
profondeur ou son
taux d’humidité
modifient
sa diversité
bactérienne.

À l’échelle de chaque réseau métropolitain, MetaSUB a également pour vocation de mieux cerner l’organisation et le fonctionnement de cet insondable microcosme que constituent ces populations bactériennes. Pour cela, le consortium envisage d’effectuer pendant cinq ans des prélèvements à intervalles réguliers dans les stations et les rames de métro des différentes villes impliquées. Les chercheurs espèrent ainsi comprendre l’effet des saisons ou de certains événements climatiques sur la structuration des communautés microbiennes du métro. « L’année de construction d’une station, sa profondeur ou son taux d’humidité sont autant de paramètres susceptibles de modifier cette diversité bactérienne, souligne Alessandra Carbone. Dans une station du métro de New York, inondée en novembre 2012 lors de l’ouragan Sandy, nos collègues américains ont par exemple identifié dix espèces de bactéries inféodées à un environnement marin. »

De nouvelles stratégies thérapeutiques à l’horizon

À Paris, le LCQB attend désormais le feu vert de la RATP pour effectuer les premiers prélèvements à l’intérieur même de son réseau, et plus seulement à l’entrée des stations. Une fois les autorisations accordées pour chacune des 16 lignes du métro parisien, les dizaines d’étudiants en informatique et en biologie de l’UPMC impliqués dans l’étude MetaSUB pourront réaliser des échantillonnages bactériens à la fois sur les quais et dans les rames du métro. « En impliquant nos étudiants dans un projet de science participative tel que celui-ci, nous les préparons à affronter les problématiques de biologie et d’écologie qui émergeront dans les prochaines décennies », se félicite Alessandra Carbone. Les bactéries présentent dans l’air seront elles aussi traquées via les filtres qui équipent les systèmes d’aération.

En croisant l’ensemble de ces données avec les caractéristiques propres à chaque station (dates de nettoyage, flux quotidien de voyageurs, données sur la qualité de l’air, etc.), les scientifiques espèrent établir des liens entre la composition des populations bactériennes du métro et la présence de polluants atmosphériques et de substances allergènes. De tels recoupements pourraient notamment aider à mieux prendre en compte l’impact de la pollution sur la santé des Parisiens. À terme, cette collecte d’informations sans précédent devrait par ailleurs permettre d’isoler de nouvelles voies biosynthétiques chez les bactéries. Et offrir ainsi l’opportunité de découvrir de nouveaux médicaments ou des gènes de résistance aux antibiotiques inédits.

À lire sur le même sujet : « La révolution métagénomique »

Notes
  • 1. « The Metagenomics and Metadesign of the Subways and Urban Biomes (MetaSUB) International Consortium inaugural meeting report », The MetaSUB International Consortium, Microbiome, 2016, vol. 4 : 24.
  • 2. Unité CNRS/UPMC.
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Auteur

Grégory Fléchet

Grégory Fléchet est né à Saint-Étienne en 1979. Après des études de biologie suivies d’un master de journalisme scientifique, il s’intéresse plus particulièrement aux questions d’écologie, d’environnement et de santé. Il est installé à Paris depuis 2007, où il travaille désormais comme journaliste indépendant.

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