Sonder la structure des communautés microbiennes des sols, analyser leur fonctionnement, corréler les informations biologiques recueillies avec la présence de polluants (métaux, pesticides, antibiotiques, etc), tels sont les objectifs du projet Geomics proposé par des biologistes du CEA-Joliot et des chimistes de l'environnement du LSCE. L'immense diversité des microbiotes environnementaux, la multitude des composés biologiques qu'ils recèlent, ainsi que la diversité des molécules chimiques qui peuvent être présentes dans les sols, rendent ces tâches particulièrement ardues. Pour les mener à bien, les chercheurs ont développé une nouvelle méthodologie d'acquisition et de traitement des données biologiques.

Grâce à la spectrométrie de masse à haute résolution, ils enregistrent des millions de masses élémentaires pour chaque échantillon de sol et identifient des dizaines de milliers de protéines. Ils font appel à une nouvelle discipline, la métaprotéomique, qui relie les protéines aux organismes qui les produisent. Il leur faut alors comparer les millions de signaux enregistrés à des bases de données géantes comprenant des milliards de combinaisons peptidiques. L'heure du very big data a sonné !

La méthodologie originale d'interprétation informatique des données qu'ils ont développée leur permet d'identifier des microorganismes présents dans l'échantillon et leur fonction. En combinant la consultation de bases de données, le traitement de données génomiques relatives aux échantillons, des « cascades » de recherches successives et une nouvelle approche d'évaluation des faux-positifs, les chercheurs obtiennent des résultats exceptionnels : ils peuvent interpréter cinq fois plus de spectres de masse qu'auparavant ! Une révolution pour la métaprotéomique environnementale…

Ces résultats sont potentiellement applicables à de nouveaux champs d'étude tels que les microbiotes et pollens transportés par les particules atmosphériques ou prisonniers du permafrost, ou encore les microbiotes présents dans les sédiments de rivière et marins ou dans les nappes phréatiques.

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