En Bref

Fondé2007
Dates De Renouvellement2012
Membres28
Les PartenairesGordon and Bettty Moore Foundation
Disciplines
Bioinformatique, Evolution moléculaire, Génomique microbienne Comparative, Protistologie, Virologie

Comment les microorganismes influencent-ils le monde et l’humanité?

Pendant presque toute l’histoire de la Terre, seuls les microorganismes étaient présents. Et aujourd’hui, ils représentent de loin la forme de vie la plus courante. Ils vivent dans l’air, l’eau et le sol de toutes les régions de la planète, et constituent l’assise de tous les écosystèmes connus. Même notre propre organisme contient dix fois plus de microorganismes que de cellules et nombre de ceux-ci sont essentiels à une bonne santé.

Malgré son importance, l’univers microbien tient largement de la terra incognita. On a identifié moins d’un pour cent de toutes les espèces microbiennes, ce qui laisse de nombreux trous dans notre compréhension globale de la vie. Le programme Biodiversité microbienne intégrée réunit maintenant des chercheurs d’horizons différents qui ont recours à des technologies de pointe en biologie moléculaire et computationnelle pour rehausser notre compréhension de ce vaste et mystérieux univers microbien. Leurs recherches donnent lieu à de nouvelles possibilités pour mieux comprendre l’environnement, l’évolution et la santé humaine.

 

 

Notre approche singulière

En 2007, l’ICRA a mis sur pied le programme Biodiversité microbienne intégrée pour explorer le monde des microorganismes afin de combler les lacunes entre des domaines apparentés, mais disparates. Le programme réunit de grands scientifiques de partout sur la planète qui œuvrent en bactériologie, en virologie, en protistologie et en parasitologie, en mettant l’accent sur l’écologie, les statistiques, la génétique, l’immunologie et les sciences terrestres. Cette diversité de perspectives permet une vision plus holistique qui cerne des interactions jadis inconnues dans un écosystème et mène à la formulation de principes fondamentaux sur la biologie et les interactions microbiennes.

Des collaborations continues ont permis aux membres du programme de devenir des chefs de file dans de nouvelles approches puissantes, comme la génomique de cellules uniques et la métagénomique, où l’on peut avoir recours à des techniques de séquençage génétique avancées pour créer la séquence de tous les types de microorganismes dans un environnement donné. On utilise ces empreintes génétiques pour brosser un portrait d’ensemble des types de vie dans un écosystème et des interactions qui les animent.

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Microscopie électronique à balayage des écailles externes du chrysophyte Mallomonas. Photo : Brian S. Leander

Pourquoi ces recherches importent-elles?

Par l’étude des microorganismes, l’équipe du programme de l’ICRA explore notre passé évolutif complexe, comment ces événements passés ont-ils influencé le présent biologique et ce que l’avenir pourrait réserver. Ces recherches sont d’une grande portée et ont des répercussions dans de nombreux domaines, notamment : biologie, industrie, politique environnementale, climat et médecine.

Nous ne faisons que commencer à comprendre à quel point les microorganismes sont importants pour le maintien de la santé chez l’humain. Nous savons maintenant qu’ils sont responsables de fonctions fondamentales, entre autres : synthèse des vitamines et des acides aminées, digestion des aliments, renforcement du système immunitaire et prévention de l’envahissement des tissus et des organes par des pathogènes. En outre, on a établi des liens entre des variations dans le microbiome et des états aussi différents que la maladie de Crohn et la dépression.

Les microorganismes jouent un rôle essentiel dans le maintien de l’environnement au fil de divers processus, comme la formation du sol et des nuages, le cycle du dioxyde de carbone et de l’oxygène, et tous les autres cycles géochimiques qui se situent au cœur de la vie. Les microorganismes dans l’océan sont responsables de la moitié de l’absorption nette de dioxyde de carbone sur Terre et une meilleure compréhension de leur biologie peut nous aider à prédire leurs réactions à des forces externes, comme les changements climatiques, l’acidification des océans, des modifications de la chaîne alimentaire marine et, en fin de compte, la santé future des océans.

Les fossiles nous révèlent que des extinctions massives du passé étaient liées à des changements environnementaux d’envergure. Comme le monde connaît d’autres changements majeurs accompagnés d’une diminution de la diversité et de changements climatiques qui pourraient accélérer le processus, le travail de l’équipe de l’ICRA visant à mieux comprendre la nature et le rythme de ce déclin est essentiel.

En profondeur

Le programme vise à rehausser notre compréhension de la diversité de la vie microbienne, ainsi que des interactions parmi les microbes, et entre les microbes et la vie végétale et animale macroscopiques.

Explorer de nouvelles formes de vie

Depuis son lancement, l’exploration a été un élément clé du programme et, dans ce cadre, l’ICRA a mis l’accent sur des points chauds prometteurs de la diversité, y compris :

  • environnements extrêmes – faible concentration en oxygène, concentration élevée en sel
  • environnements de grande diversité – les zones intertidales, le grand large et les récifs de corail
  • environnements riches en interactions symbiotiques – tissus des arthropodes

Les chercheurs du programme ont aussi eu recours à des données phylogénétiques pour élucider les relations évolutives entre des lignées spécifiques à l’occasion de relevés approfondis, y compris : alvéolés, anaérobies, virus, champignons et algues vertes unicellulaires. De tels relevés sont prometteurs pour la production de résultats sur l’évolution de maladies importantes, comme la malaria et la maladie de la pomme de terre à l’époque de la famine irlandaise, ainsi que sur les relations entre les lignées, comme l’importance des opisthokontes pour éclaircir la relation entre les animaux et les champignons qui ont divergé d’un ancêtre commun il y a un milliard d’années.

Les Boursiers de l’ICRA font figure de pionniers dans l’utilisation novatrice de la génomique, y compris des méthodes métagénomiques où des environnements entiers sont évalués d’un coup, ou bien des méthodes ciblant des cellules uniques où on procède à l’extraction et à la caractérisation des gènes exprimés dans une seule cellule. Ils ont mené la première analyse exhaustive des processus métaboliques en jeu dans les communautés microbiennes et virales de plusieurs écosystèmes importants. En outre, ils ont révélé que les communautés virales servent d’entrepôt pour l’entreposage et le partage de gènes et influencent ainsi les processus évolutifs et métaboliques globaux.

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Prélèvement d’échantillons pendant une visite sur le terrain au CARMABI Research Institute sur l’île de Curaçao

Cerner les mécanismes de l’innovation biologique

Les chercheurs du programme étudient l’évolution de la complexité cellulaire au fil du temps, le rôle des interactions symbiotiques et pathogéniques dans la manifestation de l’innovation biologique, et le fondement génétique et le mécanisme de la multicellularité.

Une étude menée par la Boursière Nicole King suggère que les bactéries pourraient avoir joué un rôle clé dans notre histoire évolutive. En étudiant les choanoflagellés, des organismes unicellulaires qui se trouvent dans toutes les eaux douces et salées de la planète, elle a découvert que les bactéries et les molécules qu’elles produisent pourraient avoir incité les organismes unicellulaires à former des colonies, menant à l’évolution d’animaux pluricellulaires, y compris l’humain.

 Une équipe menée par le directeur du programme et Boursier principal Patrick Keeling étudie la génomique, l’évolution et la biologie cellulaire des protistes et des champignons – des eucaryotes microbiens d’une grande complexité sur le plan cellulaire et moléculaire. Les travaux de l’équipe sur les organites cellulaires, comme les mitochondries et les plastides, ont amélioré notre compréhension de la façon dont le processus d’endosymbiose, ou la fusion de deux cellules, peut mener à une nouvelle forme de vie dotée de caractéristiques différentes de celles de l’un ou l’autre des partenaires.

Les travaux de Keeling sur le parasitisme et la formation de parasites intracellulaires sophistiqués à partir d’ancêtres autonomes ont mis en lumière l’influence de ce processus sur leurs cellules, leur génome et leur métabolisme. Cela vient aussi contredire des théories établies sur l’origine du parasitisme. Les connaissances issues de ces recherches pourraient se révéler utiles pour lutter contre les parasites qui minent la santé humaine.

Une collaboration récente entre les Boursiers principaux Brian Leander, Keeling et Curtis Suttle a porté sur l’intégration de la complexité dans les systèmes biologiques. Leur étude de l’« ocelloïde », une structure subcellulaire des dinoflagellés qui ressemble à un œil larvaire, a révélé que l’œil est composé de parties normales de la cellule auxquelles on a trouvé une nouvelle fonction.

Mettre en lien la structure communautaire, l’écologie et le changement mondial

Les chercheurs de l’ICRA ont tenté d’établir un lien entre la structure des communautés microbiennes et les propriétés physiques de leur environnement, et de comprendre comment des changements dans cet environnement influencent la fonction écologique de ses habitants. Plus spécifiquement, ils ont examiné comment des communautés particulières influencent la dynamique écosystémique à plus grande échelle.

Les membres du programme ont étudié l’importance de la biodiversité microbienne dans les océans. Par exemple, la Boursière principale Alexandra Worden a découvert des gènes qui aident l’algue verte Micromonas à capturer le dioxyde de carbone dans l’atmosphère et à le transporter dans les profondeurs de l’océan. Cette activité influence le cycle du carbone, un facteur essentiel des changements climatiques. Le Boursier principal Alistair Simpson a étudié des organismes qui ont la remarquable capacité de croître et de survivre dans un monde extrême sans oxygène.

Le Boursier Mike Grigg et son équipe ont repéré la présence infectieuse du parasite Toxoplasma gondii, habituellement présent dans les selles et la litière de chat, chez le béluga de l’Arctique pour la première fois, suscitant de nouvelles recherches pour déterminer si les changements climatiques contribuent à l’émergence de pathogènes d’origine alimentaire dans le Nord. Ce parasite du chat, fréquent dans les climats tempérés, a suivi les cours d’eau jusque dans l’organisme d’environ 14 pour cent des bélugas de l’Arctique occidental qui représentent un aliment de base traditionnel important pour les Inuit.

En 2014, Patrick Keeling, de concert avec le Boursier John McCutcheon et le Conseiller W. Ford Doolittle, a organisé un prestigieux colloque Arthur M. Sackler Colloquium de la U.S. National Academy of Sciences. Intitulé Symbiosis becoming permanent: The origins and evolutionary trajectories of organelles, le symposium a exploré l’origine et la trajectoire évolutive de la mitochondrie et du chloroplaste à partir de relations symbiotiques entre des microorganismes. Les résultats du symposium seront publiés dans un numéro spécial des Proceedings of the National Academy of Sciences.

Le Boursier principal John Archibald a rédigé un ouvrage, One Plus One Equals One: Symbiosis and the evolution of complex life. Il explore comment les organismes unicellulaires se sont réunis il y a des milliards d’années pour ainsi jeter les bases du développement de la vie complexe.

Le Boursier principal Forest Rohwer a écrit en collaboration l’ouvrage Coral Reefs in the Microbial Seas. Il explore comment les récifs de corail ont besoin d’un réseau complexe d’autres organismes vivants, y compris les microorganismes, et comment l’activité humaine menace ces relations délicates.

Articles notables

King et al, “The genome of the choanoflagellate Monosiga brevicollis and the origins of metazoan multicellularity,” Nature 451, 7180 (2008): 783-8 doi:10.1038/nature06617.

Fischer et al, “Giant virus with a remarkable complement of genes infects marine zooplankton,” Proceedings of the National Academy of Sciences 107, (2010): 19508-19513 doi: 10.1073/pnas.1007615107.

Gray et al., “Irremediable Complexity?” Science 330, 6006 (2010): 920-921 doi: 10.1126/science.1198594.

P. Keeling et al, “The Marine Microbial Eukaryote Transcriptome Sequencing Project (MMETSP): Illuminating the Functional Diversity of Eukaryotic Life in the Oceans through Transcriptome Sequencing,” PLOS Biology 12, 6 (June 24, 2014) doi:10.1371/journal.pbio.1001889.

Keeling PJ, McCutcheon J, Doolittle WF, “Symbiosis becoming permanent: survival of the luckiest,” Proceedings of the National Academy of Sciences, 112, 33 (2015): 10101-10103 doi: 10.1073/pnas.1513346112.

A.Z. Worden et al, “Rethinking the marine carbon cycle: factoring in mutifarious lifestyles of microbes,” Science 347, 6223 (2015) doi: 10.1126/science.1257594.

 

Fellows et Conseillers

Photo of Patrick Keeling

Patrick Keeling

Directeur du programme

Le groupe de recherche de Patrick Keeling se penche sur la génomique, l’évolution et la biologie cellulaire des protistes et des champignons, deux eucaryotes microbiens (cellules qui entreposent leur matériel…

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Diplômé

John Archibald

Boursier principal

Université Dalhousie

Canada

Yan Boucher

Boursier

Université de l'Alberta

Canada

Nicolas Corradi

Boursier

Université d'Ottawa

Canada

Michael E. Grigg

Boursier

National Institutes of Health

États-Unis

Steven Hallam

Boursier

Université de la Colombie-Britannique

Canada

Nicole King

Boursière principale

Université de la Californie à Berkeley

États-Unis

Brian S. Leander

Boursier principal

Université de la Colombie-Britannique

Canada

Julius Lukeš

Boursier principal

Université de la Bohème du Sud, Académie des sciences de la République tchèque

République tchèque

John McCutcheon

Boursier

Université du Montana

États-Unis

Steve J. Perlman

Boursier

Université de Victoria

Canada

Adrián Reyes-Prieto

Boursier

Université du Nouveau-Brunswick

Canada

Thomas A Richards

Boursier

Université d'Exeter

Royaume-Uni

Andrew Roger

Boursier principal

Université Dalhousie

Forest Rohwer

Boursier principal

Université d'état de San Diego

États-Unis

Alyson Santoro

Boursière associée

Université de la California à Santa Barbara

États-Unis

Alastair Simpson

Boursier principal

Université Dalhousie

Canada

Claudio Slamovits

Boursier

Université Dalhousie

Curtis A. Suttle

Boursier principal

Université de la Colombie-Britannique

Canada

Laura Wegener Parfrey

Boursière associée

Université de la Colombie-Britannique

Canada

Alexandra Zoe Worden

Boursière principale

Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI)

États-Unis

Conseillers

E. Virginia Armbrust

Conseillère

Université de Washington

États-Unis

Thomas Cavalier-Smith

Conseiller

Université d'Oxford

Royaume-Uni

W. Ford Doolittle

Conseiller

Université Dalhousie

Canada

Ursula Goodenough

Conseillère

Université Washington à St. Louis

États-Unis

Michael W. Gray

Président du comité consultatif

Université Dalhousie

Canada

Joseph Heitman

Conseiller

Université Duke

États-Unis

John W. Taylor

Conseiller

Université de la Californie à Berkeley

États-Unis

Programme Chronologie

Lancement du programme

L’ICRA lance le programme Biodiversité microbienne intégrée, sous la direction

Séquençage du plus proche parent connu des animaux

La Boursière principale de l’ICRA Nicole King (Université de la

Analyse des virus des patients aux prises avec la fibrose kystique

Le laboratoire du Boursier principal de l’ICRA Forest Rohwer (Université

Description du plus gros virus jamais vu

Le Boursier principal de l’ICRA Curtis Suttle (Université de la

Découverte d’une nouvelle lignée d’algues

Les Boursiers principaux de l’ICRA Alexandra Worden (Monterey Bay Aquarium

Une bactérie déclenche la transformation du plancton

L’équipe de la Boursière principale Nicole King (Université de la

Nouvelle collection de données génétiques

Une collaboration internationale appelée Marine Microbial Eukaryotic Transcriptome Sequencing Project

Évolution convergente d’un « oeil »

Une équipe de collaborateurs, y compris les Boursiers principaux Brian

Les bactéries, les archéobactéries, les eucaryotes et les virus affichent une gamme incroyable de morphologies

2007

Lancement du programme

L’ICRA lance le programme Biodiversité microbienne intégrée, sous la direction de Patrick Keeling (Université de la Colombie-Britannique), pour explorer le vaste univers microbien qui entoure et infiltre la vie humaine. Ces recherches pourraient transformer notre approche à la biodiversité et à la santé, à la durabilité environnementale et à la biologie évolutive.

Honneur: Stefan Luketa

2008

Séquençage du plus proche parent connu des animaux

La Boursière principale de l’ICRA Nicole King (Université de la Californie à Berkeley) et ses collègues ont publié le génome de la bactérie Monosiga. Monosiga et ses parents, appelés opisthokontes, sont les plus proches parents connus des animaux. Conséquemment, ils revêtent une importance évolutive considérable. L’exploration de leur génome nous permet de mieux comprendre la trousse d’outils génétiques qui a mené à l’apparition de la vie multicellulaire.

Honneur: Kelly Michals et PJ Mixer / Flickr

La séquence génique de bactéries et de virus peut révéler leur environnement d’origine

2008

La métagénomique révèle des détails sur l’environnement

Le laboratoire du Boursier principal de l’ICRA Forest Rohwer (Université d’état de San Diego) analyse les processus métaboliques qui aident les microorganismes à croître et à survivre dans divers environnements. Ils comparent 15 millions de séquences de gènes de collections de microbes et de virus issus de neuf environnements, y compris des échantillons miniers, d’eau douce et d’eau salée. L’étude démontre que la métagénomique peut révéler des détails sur l’environnement où les organismes ont évolué. Les chercheurs peuvent prédire les conditions biogéochimiques de tout environnement d’après les différences entre les microbiomes. En outre, ils découvrent que les viromes ont encodé certaines habiletés métaboliques des microorganismes, ce qui laisse suggérer que les virus pourraient entreposer et partager des gènes dans l’ensemble de microorganismes qu’ils colonisent et, en retour, influencer l’évolution de la vie dans divers écosystèmes.  

Honneur: Life in Our Phage World, Wholon, 2014

Dessin à la plume d’un phage par l’artiste Benjamin Darby de San Diego

2009

Analyse des virus des patients aux prises avec la fibrose kystique

Le laboratoire du Boursier principal de l’ICRA Forest Rohwer (Université d’état de San Diego) a recours à diverses méthodes d’analyse des microorganismes marins pour étudier les communautés virales de patients atteints de fibrose kystique, comparativement à ceux qui n’ont pas la maladie. Les chercheurs découvrent que les voies respiratoires des personnes atteintes partagent des communautés très similaires de phages – des virus qui infectent les bactéries-, alors que les personnes en santé présentent une collection plus variée de ces virus de bactéries. Ce phénomène s’explique probablement par le fait que les personnes en santé respirent constamment des microorganismes différents, mais leur organisme élimine très efficacement les virus et les bactéries. En cas de fibrose kystique, le mucus est épais, le pH est faible et les voies respiratoires comptent des zones pauvres en oxygène, ce qui permet à certains microorganismes de demeurer dans l’organisme beaucoup plus longtemps et de proliférer. Les résultats laissent suggérer que les traitements contre la fibrose kystique devraient peut-être viser à changer l’environnement interne qui permet à certains virus et bactéries de foisonner, plutôt que de cibler les microorganismes eux-mêmes par l’antibiothérapie

Honneur: Laboratoire de Steven Hallam, 2009

Hallam et Walsh étudient des zones pauvres en oxygène dans l’Inlet Saanich qui prennent de l’expansion en raison des changements climatiques

2009

Séquençage de communautés microbiennes dans des eaux pauvres en oxygène

Le Boursier de l’ICRA Steven Hallam (Université de la Colombie-Britannique) et l’Associé de l’ICRA David Walsh (Université Concordia) analysent la biodiversité microbienne dans des régions près d’Inlet Saanich où la concentration d’oxygène dissous est très faible. Très peu d’organismes peuvent survivre dans ces zones pauvres en oxygène qui sont expansion en raison du changement climatique et qui émettent des gaz à effet de serre dans l’écosystème marin. Les chercheurs séquencent pour la première fois le métagénome d’un microorganisme qui vit dans des zones pauvres en oxygène partout sur la planète, appelé SUP05. Ils découvrent que SUP05 est apparenté à une bactérie qui vit en symbiose avec des palourdes et des moules des profondeurs, mais plutôt que de respirer de l’oxygène, elle respire du nitrate. SUP05 contribue à la formation d’un « puits » de dioxyde de carbone et élimine d’autres produits toxiques des océans, mais produit aussi de l’oxyde nitreux, un gaz à effet de serre encore plus puissant. L’étude constitue une étape importante pour mieux comprendre le rôle de cette bactérie dans les écosystèmes et son incidence éventuelle au fil des changements dans l’environnement.

Honneur: Tamara Clark

Illustration scientifique du phytoplancton Cafeteria roebergensis

2010

Description du plus gros virus jamais vu

Le Boursier principal de l’ICRA Curtis Suttle (Université de la Colombie-Britannique) décrit le plus gros virus jamais trouvé dans l’océan et le deuxième virus jamais observé qui infecte le prédateur peut-être le plus populeux de l’océan, un phytoplancton, prédateur de bactéries, appelé Cafeteria roenbergensis. Le virus Cafeteria roenbergensis, ou CroV, contredit la définition courante d’un virus; il compte beaucoup plus de gènes que la plupart des virus et crée ses propres protéines. Ces recherches intéressent beaucoup les médias, y compris un article dans la revue The Economist et a fait les scientifiques mettre en doute et contester la définition d’entités « vivantes »et « non vivantes ». L’abondant plancton, comme Cafeteria roenbergensis, est un élément essentiel de la chaîne alimentaire marine. Conséquemment, découvrir ce qui mine ces organismes pourrait nous permettre de mieux comprendre les écosystèmes marins.

Honneur: Shutterstock

Certains organismes, comme la mitochondrie, étaient distincts des humains, mais on peut être tissé une relation symbiotique par hasard

2010

Formulation de la théorie sur la « bureaucratie cellulaire »

Le directeur du programme de l’ICRA Patrick Keeling (Université de la Colombie-Britannique), le Conseiller Michael Gray et les Boursiers principaux John Archibald, W. Ford Doolittle (tous de l’Université Dalhousie), et Julius Lukeš (Université de Bohème du Sud) conçoivent un modèle puissant pour expliquer pourquoi les cellules semblent inutilement complexes du point de vue de l’évolution par sélection naturelle. Cette théorie qu’ils appellent « évolution neutre constructive » ou « bureaucratie cellulaire », découle directement de discussions tenues lors de rencontres du programme Biodiversité microbienne intégrée. Cette théorie suggère que l’adaptation pourrait ne pas expliquer comment toute la complexité génétique de la vie s’est développée. La chance pourrait jouer un rôle plus important que ce que l’on croyait et mener les organismes à devenir dépendants des uns et des autres par l’entremise de relations symbiotiques sans avantages apparents. Ils donnent l’exemple des organismes jadis distincts qui composent maintenant la mitochondrie.

Honneur: Shutterstock

Drosophila neotestacea

2010

La drosophile résiste à l’infection grâce à la symbiose

Le Boursier de l’ICRA Steve Perlman (Université de Victoria) découvre une relation symbiotique qui aide une espèce de drosophile à se défendre contre un parasite nuisible. Les nématodes parasites prennent souvent pour proie la mouche Drosophila neotestacea, qui rend la drosophile stérile. Toutefois, la mouche a évolué pour résister à l’infection en adoptant une bactérie qui prévient la stérilité. La relation symbiotique semble s’être propagée rapidement chez les drosophiles en Amérique du Nord, un exemple de l’évolution à grande vitesse. Une meilleure compréhension des symbiotes défensifs pourrait protéger les humains d’infections causées par la morsure de mouches piqueuses, porteuses du parasite.

Honneur: Proceedings of the National Academy of Sciences

2011

Découverte d’une nouvelle lignée d’algues

Les Boursiers principaux de l’ICRA Alexandra Worden (Monterey Bay Aquarium Research Institute) et John Archibald (Université Dalhousie), et l’Associé Thomas Richards (National History Museum) découvrent une lignée d’algues complètement nouvelle pour les scientifiques, les rappemonades. Comme cette algue répandue est absente des modèles écosystémiques, il s’agit d’un ajout essentiel à notre compréhension de la vie.  

Honneur: Claudio Slamovits / Flickr

Oxyrrhis marina, un prédateur microbien qui exploite l’énergie solaire à l’aide d’une protéine acquise d’une bactérie

2011

Découverte d’une nouvelle protéine qui contribue à la photosynthèse

Le Boursier principal de l’ICRA Patrick Keeling et le Boursier Claudio Slamovits (Université de la Colombie-Britannique) décrivent une nouvelle protéine d’un prédateur microbien marin qui lui permet probablement d’exploiter l’énergie de la lumière du soleil. La protéine, appelée protéorhodopsine, a été acquise d’une bactérie par transfert génique latéral. Cette découverte pourrait servir à la mise au point de systèmes photosynthétiques artificiels, comme ceux qui convertissent l’énergie solaire en énergie électrique

Honneur: NASA

Une efflorescence d’E. huxleyi au large du nord de la Norvège dans la mer de Barents

2011

Découverte d’un produit chimique qui tue les algues vieillissantes

L’Associée de l’ICRA Rebecca Case (Université de l’Alberta) et ses collègues découvrent un produit chimique qu’utilise un type de bactérie marine pour tuer les algues vieillissantes. La population de Phaeobacter gallaeciensis croît et décroît au rythme de son algue hôte, Emiliana huxleyi. E. huxleyi connaît des cycles d’efflorescence massive visible de l’espace et joue un rôle important dans le cycle du carbone mondial. Les chercheurs démontrent que P. gallaeciensis détecte un acide libéré par l’algue alors qu’elle vieillit et commence à sécréter un produit chimique, appelé roséobacticide, qui transforme la bactérie en un organisme pathogène pour l’hôte. Ce produit a été breveté et est utilisé par l’industrie, ainsi que dans le cadre du programme de contrôle de l’encrassement biologique de la marine américaine, car il peut contribuer à éviter la croissance algale sur les navires qui attire des anatifes et autres organismes marins nuisibles.

Honneur: Mark J. Dayel / Wikimedia Commons

Une bactérie peut déclencher la division de colonies de Salpingoeca rosetta en des organismes en forme de fleur

2012

Une bactérie déclenche la transformation du plancton

L’équipe de la Boursière principale Nicole King (Université de la Californie à Berkeley) découvre une bactérie qui peut déclencher la division du plancton Choanoflagellé en des organismes multicellulaires en forme de fleur. Une molécule lipidique dans la bactérie Algoriphagus machipongonensis déclenche la division. La même molécule est apparentée à d’autres qui maîtrisent la division cellulaire des plantes, des champignons et des animaux. Comme les choanoflagellés sont les plus proches parents vivants des animaux, ces recherches nous permettent de mieux comprendre l’émergence de la vie multicellulaire.

Honneur: David Hill, Université de Melbourne et Geoff McFadden

Deux espèces d’algues marines, Guillardia theta (gauche), et Bigelowiella natans (droite)

2012

La symbiose détermine l’évolution d’une algue

Dirigés par le Boursier principal John Archibald (Université Dalhousie), des chercheurs de 27 laboratoires dans dix pays, y compris six autres chercheurs de l’ICRA, séquencent et déchiffrent le génome de deux espèces d’algues marines, la cryptomonade Guillardia et la chlorarachniophyte Bigelowiella. L’équipe démontre que le génome de ces créatures unicellulaires que l’on considère avoir les cellules les plus complexes connues, est en vérité une mosaïque de divers organismes ingéré au fil de l’évolution, y compris ceux qui leur avait procuré des capacités photosynthétiques. Les scientifiques poursuivent leur étude du génome, non seulement pour recueillir des données sur l’évolution de la vie et la biogéochimie de la planète, mais aussi à des fins commerciales, comme le développement d’algocarburants.

Honneur: Image: PLOS Biology

Schéma des lignées principales de l’arbre de vie eucaryote, illustrant les relations entre les lignées pour lesquelles des ressources génomiques sont disponibles et celles ciblées par le projet MMETSP

2014

Nouvelle collection de données génétiques

Une collaboration internationale appelée Marine Microbial Eukaryotic Transcriptome Sequencing Project (MMETSP) met au point une nouvelle collection de molécules d’ARN pour plus de 650 formes de vie microbienne et rehausse notre compréhension des processus écologiques dans l’océan. Financé par la Fondation Gordon et Betty Moore, le projet réuni le Boursier principal et directeur du programme Patrick Keeling (Université de la Colombie-Britannique), les Boursiers principaux Alexandra Worden (Monterey Bay Aquarium Research Institute), John Archibald, Alastair Simpson (tous deux de l’Université Dalhousie) et Brian Leander (Université de la Colombie-Britannique), le Boursier de l’ICRA Claudio Slamovits (Université Dalhousie), et la Conseillère de l’ICRA Virginia Armbrust (Université de Washington). Le projet MMETSP séquence le transcriptome de centaines d’espèces d’eucaryotes et affiche en libre accès les données dans la base de données Community Cyberinfrastructure for Advanced Microbial Ecology Research and Analysis (CAMERA).

Honneur: Shannon Donovan / Université de Rhode Island

L’algue brun Ectocarpus fasciculatus

2014

Les algues marines peuvent détecter un arc-en-ciel

La Boursière principale de l’ICRA Alexandra Worden (Monterey Bay Aquarium Research Institute) et ses collaborateurs démontrent que même si les photorécepteurs des plantes terrestres ne détectent que le rouge et le rouge lointain fréquents dans l’air, ceux des algues marines détectent la lumière dans tout le spectre visible. De concert avec le Boursier de l’ICRA Adrián Reyes-Prieto (Université du Nouveau-Brunswick), Worden séquence le transcriptome de vingt algues marines différentes et découvre les gènes qui encodent les photorécepteurs qui détectent un arc-en-ciel de couleurs, y compris le bleu, le vert, l’orange et le rouge. Les conditions lumineuses sont plus variables dans l’océan, où l’eau absorbe rapidement la lumière rouge et seulement la lumière bleu vert descend plus profondément dans la colonne d’eau. Conséquemment, il est probable que ces organismes aient évolué pour utiliser diverses longueurs d’onde comme indice pour mieux réagir aux changements dans l’environnement, y compris les variations quotidiennes de la lumière (par exemple, l’aube et le crépuscule). Au fil du réchauffement de la planète, on s’attend à ce que la structure de la colonne d’eau change et, en retour, les conditions lumineuses auxquelles ces algues sont exposées changeront aussi. La capacité de composer avec ces changements pourrait être importante à leur survie.

Honneur: Proceedings of the National Academy of Sciences

Le diagramme illustre un labyrinthe symbiotique (symbiosis rabbit hole), comme exemple des causes et des conséquences de la coévolution symbiotique. La symbiose peut aider les espèces à survivre, mais elle peut aussi mener à une codépendance irréversible

2014

Colloque Sackler : Symbioses permanentes

Le Boursier principal et directeur du programme de l’ICRA Patrick Keeling (Université de la Colombie-Britannique), le Boursier de l’ICRA John McCutcheon (Université du Montana) et le Conseiller de l’ICRA W. Ford Doolittle (Université Dalhousie) organisent un colloque Arthur M. Sackler de la U.S. National Academy of Sciences. Intitulé Symbioses permanentes : L’origine et la trajectoire évolutive des organites, la rencontre réunit des chefs de file mondiaux dans deux domaines de recherche : biologie des interactions symbiotiques et origine des organites, les compartiments spécialisés dans les cellules complexes. Les présentateurs invités, y compris sept boursiers et conseillers de l’ICRA, n’ont de cesse de découvrir des caractéristiques qui unifient les endosymbiotes et les organites, y compris des processus génétiques fondamentaux. Les résultats sont publiés dans un numéro spécial des Proceedings of the National Academy of Sciences.

Honneur: Hoppenrath et Leander

Microscopie optique d'un warnowiid

2015

Évolution convergente d’un « oeil »

Une équipe de collaborateurs, y compris les Boursiers principaux Brian Leander, Patrick Keeling et Curtis Suttle (tous de l’Université de la Colombie-Britannique) et l’auteur principal et doctorant Greg Gavelis, démontrent que cet « oeil » d’un plancton marin unicellulaire, appelé warnowiid, contient plusieurs composantes d’un œil complexe. Les chercheurs séquencent le génome des warnowiids, des microorganismes prédateurs, et analysent leur anatomie oculaire à l’aide de nouvelles méthodes puissantes en microscopie électronique qui procurent des détails sans précédent sur des organismes non cultivés. Ils découvrent une collection d’organites sous-cellulaires qui ressemblent beaucoup au cristallin, à la cornée, à l’iris et à la rétine d’yeux multicellulaires aptes à détecter des objets, comme ceux des humains et d’autres plus gros animaux. Les organites se composent de mitochondries et d’un réseau de plastes interreliés qu’utilisent les plantes photosynthétiques pour exploiter l’énergie de la lumière. Les scientifiques poursuivent leurs recherches pour comprendre précisément comment les warnowiids utilisent cet « oeil », mais les hypothèses suggèrent que cette structure pourrait aider les prédateurs à détecter la position de leurs proies dans le plancton, notamment différents types de microorganismes, y compris d’autres dinoflagellés comme eux.

Honneur: Hoppenrath et Leander

Microscopie optique d'un warnowiid

2015

Évolution convergente d’un « oeil »

Une équipe de collaborateurs, y compris les Boursiers principaux Brian Leander, Patrick Keeling et Curtis Suttle (tous de l’Université de la Colombie-Britannique) et l’auteur principal et doctorant Greg Gavelis, démontrent que cet « oeil » d’un plancton marin unicellulaire, appelé warnowiid, contient plusieurs composantes d’un œil complexe. Les chercheurs séquencent le génome des warnowiids, des microorganismes prédateurs, et analysent leur anatomie oculaire à l’aide de nouvelles méthodes puissantes en microscopie électronique qui procurent des détails sans précédent sur des organismes non cultivés. Ils découvrent une collection d’organites sous-cellulaires qui ressemblent beaucoup au cristallin, à la cornée, à l’iris et à la rétine d’yeux multicellulaires aptes à détecter des objets, comme ceux des humains et d’autres plus gros animaux. Les organites se composent de mitochondries et d’un réseau de plastes interreliés qu’utilisent les plantes photosynthétiques pour exploiter l’énergie de la lumière. Les scientifiques poursuivent leurs recherches pour comprendre précisément comment les warnowiids utilisent cet « oeil », mais les hypothèses suggèrent que cette structure pourrait aider les prédateurs à détecter la position de leurs proies dans le plancton, notamment différents types de microorganismes, y compris d’autres dinoflagellés comme eux.

Honneur: Wikimedia Commons

Des diatomées marines

2015

Les microorganismes déterminent la santé des océans

Trois chercheurs de l’ICRA présentent leurs résultats sur le rôle des microorganismes dans les écosystèmes océaniques au symposium de l’AAAS 2015. Le Boursier principal de l’ICRA Patrick Keeling (Université de la Colombie-Britannique) présente ses recherches sur l’évolution des algues libres en parasites. La Conseillère de l’ICRA E. Virginia Armbrust (University of Washington) (Université de Washington) accroît les connaissances scientifiques sur les diatomées, un groupe abondant d’algues unicellulaires responsables chaque année d’environ le cinquième de toute la photosynthèse sur la planète. La Boursière principale Alexandra Z. Worden (Monteray Bay Aquarium Research Institute) explore comment les algues marines réagissent à leur environnement. Elle traite d’innovations scientifiques qui ont mené à des découvertes sur la façon dont les vitamines contrôlent les efflorescences algales et comment un groupe d’algues apparentées aux plantes terrestres, les prasinophytes, pourraient renfermer des indices sur l’évolution des plantes. Les défis inhérents à l’avancement de la recherche sur les microorganismes marins font aussi l’objet d’une revue publiée le même jour dans Science, codirigée par Worden, Keeling et plusieurs collègues. L’article propose un remaniement de nos modèles du cycle mondial du carbone pour en faire un portrait bien plus complexe que ce qu’on illustre habituellement dans des schémas de circulation des nutriments dans les océans de la planète.

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