​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 Li2D à Marcoule 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 qui a été appliquée à un cas d'étude spécifique : les sédiments de la Seine, en aval de Paris, pour lesquels l'équipe GEDI du LSCE a une connaissance fine des contaminations actuelles et passées.

Grâce à la spectrométrie de masse à haute résolution, les chercheurs ont enregistré des millions de masses élémentaires pour chaque échantillon de sol et identifié des dizaines de milliers de protéines. Ils ont ensuite appliqué une méthodologie métaprotéomique dite « phylopeptidomique », c'est à dire une interprétation informatique des données, conçue au Li2D, qui relie les protéines aux organismes qui les produisent. En comparant les millions de signaux enregistrés à des bases de données géantes comprenant des milliards de combinaisons peptidiques, ils ont pu identifier les microorganismes présents dans l'échantillon et leur fonction. La combinaison de la consultation des 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, ont permis aux chercheurs d'obtenir des résultats exceptionnels puisqu'ils ont pu interpréter cinq fois plus de spectres de masse qu'auparavant. Une révolution pour la métaprotéomique environnementale….

Cette nouvelle stratégie sera potentiellement applicable 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.

Contact chercheurs: Jean Armengaud (jean.armengaud@cea.fr); Sophie Ayrault (sophie.ayrault@lsce.ipsl.fr)

Capture d'écran de la vidéo de présentation de la thèse de Virginie Jouffret illustrant la pollution des sols ©CEA

Vidéo « Sonder la vie microbienne du sol : un nouveau diagnostic d'éco-santé » par Virginie Jouffret, doctorante au Li2D, Marcoule, présentée au Global Young Scientists Summit GYSS en Janvier 2021.

Voir aussi la vidéo/abstract associée montée par le journal