Identification microbienne

Qu'est-ce que l'identification microbienne ?

L'identification microbienne implique le processus rigoureux de différenciation entre diverses catégories de microorganismes—englobant les bactéries, les levures et les moisissures—et de détermination de leur genre, espèce ou souche en utilisant des cadres de classification établis. Ce processus comprend une caractérisation détaillée des microorganismes inconnus basée sur une analyse des traits phénotypiques et génotypiques.

Malgré leur taille microscopique, les microorganismes jouent un rôle essentiel au sein des écosystèmes. Ils contribuent de manière significative à la biodiversité dans divers environnements, y compris le sol, l'eau et l'air. De plus, ils ont des implications profondes pour la santé humaine, participant à des processus bénéfiques tels que la digestion et la régulation du système immunitaire, tout en étant également impliqués dans des résultats néfastes, y compris les infections et les maladies. Ainsi, la détection, l'étude et l'identification de ces microorganismes restent impératives pour faire progresser notre compréhension de leurs rôles et de leurs impacts.

Méthodes d'identification microbienne

Méthodes traditionnelles

L'identification microbienne repose traditionnellement sur des caractéristiques phénotypiques, y compris la morphologie cellulaire, les réactions biochimiques et les besoins spécifiques en matière de croissance. Plus précisément, ces méthodes englobent :

• Analyse des acides grasCette méthode identifie les microorganismes en fonction de leurs profils d'acides gras uniques.
• Utilisation de la source de carboneIci, la capacité des microorganismes à métaboliser diverses sources de carbone est évaluée.
• Détermination du pourcentage molaire (G+C)Cette technique classe les microbes en évaluant la teneur en guanine-cytosine de leur ADN.
• Analyse de l'APIDes essais biochimiques standardisés sont utilisés pour déterminer les espèces microbiennes.

Bien que efficaces, ces méthodes traditionnelles peuvent être laborieuses et chronophages, nécessitant un effort manuel considérable.

Techniques d'identification rapide

Avec les avancées technologiques, les techniques d'identification rapide offrent une identification microbienne plus efficace et précise. Ces méthodes permettent des délais d'exécution plus courts et une précision améliorée. Les techniques clés comprennent :

• Hybridation ADN-ADNOffrant une précision supérieure par rapport à la détermination du mol% (G+C), l'hybridation ADN-ADN repose sur le principe que lorsque l'homologie d'hybridation ADN-ADN dépasse 70 %, les espèces peuvent être identifiées avec précision.
• Séquençage du gène 16S rRNACette méthodologie sert d'outil puissant pour l'identification bactérienne. En analysant la séquence du gène 16S rRNA dans des échantillons microbiens et en la comparant avec une bibliothèque de séquences génétiques vérifiées, CD Genomics peut déterminer les identités bactériennes à la fois au niveau du genre et de l'espèce, fournissant des résultats rapides et fiables.
• Séquençage 18S/ITSPour l'identification des champignons, en particulier des levures et des moisissures, le séquençage 18S/ITS est utilisé. Cette technique est à la fois efficace et précise pour identifier les champignons au niveau du genre et de l'espèce.

• Séquençage du génome entier (SGE)Le séquençage du génome entier (WGS) fournit une analyse génétique détaillée en séquençant l'ensemble du génome d'un microorganisme, aidant à distinguer les espèces étroitement liées et à comprendre les variations génétiques.

• MétagénomiqueLa métagénomique implique le séquençage de matériel génétique directement à partir d'échantillons environnementaux, permettant l'étude des communautés microbiennes, y compris celles qui ne peuvent pas être cultivées.
• MALDI-TOF MS (Spectrométrie de masse par désorption/ionisation laser assistée par matrice à temps de vol)Cette méthode avancée permet l'identification fiable des bactéries et des levures. Comparée aux méthodes phénotypiques traditionnelles, la MALDI-TOF MS offre une précision supérieure et des délais de traitement plus rapides.

Nos services d'identification microbienne

CD Genomics fournit les services avancés d'identification microbienne suivants :

• Séquençage de SangerUtilise des séquences de gènes d'ARNr pour une identification microbienne précise, en s'appuyant sur une vaste base de données pour faire correspondre les séquences et identifier avec précision les bactéries et les champignons.

• MétagénomiqueSéquence le matériel génétique directement à partir d'échantillons environnementaux, permettant l'étude de communautés microbiennes diverses et non cultivables et fournissant une vue d'ensemble des écosystèmes microbiens.
• Séquençage du génome entier microbienAnalyse l'ensemble du génome des microorganismes pour distinguer les espèces étroitement liées et résoudre les ambiguïtés de classification grâce à un profilage génétique détaillé.
• Séquençage d'amplification 16S/ITS/18SUtilise des technologies de séquençage de nouvelle génération, y compris le séquençage à long lecteur de PacBio, pour une analyse à haute résolution de la diversité microbienne et de l'identification au niveau des souches, surpassant les méthodes traditionnelles.

Sélection des plateformes et des protocoles de séquençage

En général, la précision de l'identification des espèces s'améliore avec des lectures de séquençage plus longues. Cependant, des considérations pratiques telles que les capacités des plateformes de séquençage et les coûts nécessitent souvent un choix de plateforme de séquençage et de régions d'amplification en fonction des objectifs spécifiques de l'étude.

• Les méthodes de séquençage traditionnelles de première génération sont reconnues pour leur haute précision, leur coût relativement bas et leurs longues longueurs de lecture, qui peuvent presque couvrir la totalité de la longueur du gène 16S rRNA. Cependant, ces méthodes sont limitées par leur incapacité à analyser directement des échantillons mixtes ou complexes, ce qui entraîne un débit de séquençage inférieur.
• Technologies de séquençage de deuxième génération offrent un débit élevé, des coûts réduits et la capacité d'effectuer la préparation de bibliothèques et le séquençage sur des échantillons mixtes. Cela en fait une méthode prédominante dans la recherche sur le séquençage des amplicons 16S. Néanmoins, ces technologies sont contraintes par des longueurs de lecture plus courtes, nécessitant généralement l'amplification de régions spécifiques telles que V1–V3, V3–V4 ou V4–V5, suivie d'un séquençage en paires (PE250 ou PE300).
• Les dernières technologies de séquençage de troisième génération offrent des longueurs de lecture ultra-longues et un haut débit, facilitant l'acquisition de séquences de gènes 16S rRNA de pleine longueur avec aisance. Malgré ces avantages, ils sont freinés par des taux d'erreur et des coûts plus élevés, ce qui limite actuellement leur application généralisée. Cependant, avec les avancées et les perfectionnements en cours, les technologies de séquençage de troisième génération sont prêtes à devenir une méthode courante dans la recherche microbienne à l'avenir.

Avantages de nos services d'identification microbienne

• Haute capacité et précisionCD Genomics exploite des plateformes de séquençage à haut débit de pointe, notamment l'Illumina NovaSeq 6000, pour garantir des résultats de séquençage précis et fiables. Notre équipement avancé est capable de traiter de grands volumes d'échantillons de manière efficace, ce qui facilite des délais d'exécution rapides.
• Identification microbienne complèteNotre gamme de services englobe l'identification d'un large éventail de microorganismes, y compris les bactéries, les champignons et les archées. Notre vaste base de données de séquences génomiques permet l'identification précise de la plupart des espèces microbiennes, améliorant ainsi la fiabilité de nos résultats.
• Gestion de la qualité robusteNous adhérons strictement à un système de gestion de la qualité rigoureux qui soutient l'exactitude et la fiabilité de chaque résultat de test. L'automatisation de nos processus réduit les erreurs manuelles et renforce la cohérence des analyses.

Application de l'identification microbienne

• Établissement de bibliothèques microbiennesL'identification précise des microorganismes est fondamentale pour la création et le maintien de bibliothèques microbiennes. Ces dépôts servent de ressources essentielles pour la recherche scientifique, permettant l'étude et la comparaison de diverses espèces microbiennes.
• Dépistage des communautés microbiennes fonctionnellesL'identification de microorganismes présentant des fonctions biologiques spécifiques—telles que la production d'enzymes, la production d'acides ou la synthèse d'antibiotiques—est essentielle pour de nombreuses applications industrielles. Ce dépistage fonctionnel permet l'utilisation ciblée des communautés microbiennes pour atteindre les résultats souhaités.
• Développement de produits microbiensDans le contexte du développement de produits microbiens, comme dans la production de probiotiques ou de biofertilisants, l'identification précise des microorganismes bénéfiques est primordiale. Cette précision garantit à la fois l'efficacité et la sécurité des produits finaux, facilitant leur application réussie.
• Surveillance environnementaleL'identification microbienne est également un élément clé des efforts de surveillance environnementale, aidant à la détection et au suivi de la contamination microbienne dans les échantillons d'eau, de sol et d'air. Ces informations sont indispensables pour maintenir la santé environnementale et protéger la sécurité publique.
• Contrôle de la qualité des aliments et des produits pharmaceutiquesDans les domaines de la production alimentaire et pharmaceutique, garantir l'absence de micro-organismes nocifs est d'une importance capitale. L'identification rigoureuse des contaminants microbiens aide à surveiller et à contrôler les contaminations potentielles, assurant ainsi la sécurité des produits et la conformité réglementaire.

Flux de travail d'identification microbienne

Le flux de travail de l'identification microbienne chez CD Genomics implique plusieurs étapes clés :

Spécifications du service

	Exigences d'échantillon Échantillon d'ADN ≥ 150 ng, Concentration ≥ 5 ng/μL Échantillons environnementaux ≥ 5 g Différentes méthodes ont des exigences spécifiques en matière d'échantillons, qui peuvent être vérifiées sur les pages de service respectives. Les échantillons d'ADN doivent avoir un rapport OD260/280 aussi proche que possible de 1,8 à 2,0. Tout l'ADN doit être traité avec de l'ARNase et ne doit montrer aucune dégradation ni contamination. Remarque : Les montants d'échantillons sont indiqués à titre de référence uniquement. Pour des informations détaillées, veuillez contactez-nous avec vos demandes personnalisées.
Cliquez	Stratégie de séquençage Illumina NovaSeq 6000, et Volume de données de séquençage : NGS > 50 000 lectures, séquençage de troisième génération > 10 000 lectures
	Analyse bioinformatique Nous proposons plusieurs analyses bioinformatiques personnalisées : Évaluation des données brutes Filtrage Alignement Identification Classification Remarque : Les sorties de données et les contenus d'analyse recommandés affichés sont à titre de référence uniquement. Pour des informations détaillées, veuillez contactez-nous avec vos demandes personnalisées.

Pipeline d'analyse

Livrables

• Les données de séquençage originales
• Résultats expérimentaux
• Rapport d'analyse des données
• Détails sur l'identification microbienne pour votre rédaction (personnalisation)

Résultats de la démo

Les résultats partiels sont affichés ci-dessous :

La distribution de la taxonomie de tous les échantillons au niveau de classification du Phylum.

Carte thermique de l'abondance des espèces.

Courbe de raréfaction des lectures séquencées pour les échantillons (La figure ci-dessus) & La profondeur des échantillons de séquençage (La figure ci-dessous).

Analyse des boxplots basée sur Bray-Curtis (A), Jaccard binaire (B), Unifrac non pondéré (C) et Unifrac pondéré (D).

Analyse PCoA basée sur Bray-Curtis (A), Jaccard binaire (B), Unifrac non pondéré (C) et Unifrac pondéré (D).

Arbre de regroupement UPGMA.

Proportion moyenne du groupe traité et du groupe témoin.

Cladogram.

SCORE LDA.

FAQs sur l'identification microbienne

1. Comment choisir la méthode de séquençage appropriée ?

Choisir la méthode de séquençage appropriée dépend des objectifs de recherche et des types d'échantillons impliqués. Par exemple, Séquençage de Sanger est adapté aux souches pures cultivées, séquençage métagénomique est idéal pour étudier la diversité des échantillons environnementaux complexes, tandis que séquençage du génome entier offre des informations génomiques détaillées pour différencier des espèces étroitement liées.

2. Comment les résultats sont-ils présentés ?

Les résultats sont généralement présentés sous la forme d'un rapport complet, qui inclut des annotations d'espèces, des arbres phylogénétiques, des résultats de prédiction fonctionnelle et diverses visualisations de données. Le rapport peut comporter des statistiques sur les divisions de séquences, des graphiques à barres des niveaux d'annotation, des graphiques à barres LDA de l'analyse LEfSe, des diagrammes de Venn, des cartes thermiques des indices de diversité bêta et des réseaux d'interaction entre espèces.

3. Comment préparer mes échantillons pour la soumission ?

Assurez-vous que les échantillons sont correctement étiquetés et stockés conformément aux directives fournies. Pour les échantillons environnementaux, veuillez utiliser des contenants stériles et préserver les échantillons pour éviter toute contamination. Des instructions détaillées sont disponibles sur nos pages de service.

4. Pourquoi l'identification bactérienne précise est-elle essentielle ?

L'identification bactérienne précise est primordiale pour les programmes de surveillance environnementale (SE) au sein des industries de fabrication de produits pharmaceutiques et autres produits réglementés. Le processus d'identification des isolats inconnus constitue une étape initiale cruciale pour évaluer les risques potentiels que les microorganismes posent à l'environnement de fabrication, au produit final et, en fin de compte, aux patients. Des services d'identification bactérienne efficaces, qui offrent des solutions de suivi et de tendance des données SE, sont essentiels pour maintenir une compréhension claire de la flore microbienne d'une installation. Cela permet la détection précoce de toute activité microbienne inhabituelle, offrant ainsi une opportunité pour une remédiation rapide.

Études de cas sur l'identification microbienne

Exploiter le microbiome racinaire du maïs pour identifier des bactéries qui favorisent la croissance dans des conditions de froid.

Journal : Microbiome

Facteur d'impact : 16,837

Publié : 18 avril 2020

Contexte

Le maïs rencontre des problèmes de rendement dans les climats plus froids en raison des températures fraîches. Pour y remédier, des chercheurs ont étudié comment le stress dû au froid affecte le microbiome racinaire du maïs et ont identifié des bactéries bénéfiques qui pourraient améliorer la croissance en situation de stress. Ils ont analysé le microbiome racinaire en utilisant des technologies de séquençage profond et ont filtré une collection d'endophytes de maïs pour leurs effets promoteurs de croissance dans des conditions de froid.

Matériaux et Méthodes

Résultats

Deux expériences ont identifié des communautés bactériennes clés dans l'endosphère racinaire du maïs cultivé dans du sol de champ et dans des pots. Les deux conditions ont montré des microbiomes distincts, avec des Proteobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Firmicutes et Actinobacteria prédominants. Des différences d'abondance, notamment dans les Actinobacteria et les Oxalobacteraceae, ont été observées entre le maïs cultivé en champ et celui cultivé en pot. L'étude souligne comment les conditions de croissance affectent la composition du microbiome racinaire.

Fig 1. Identification des principales familles d'endosphères racinaires de maïs cultivé en plein champ et en pot.

Des températures fraîches modifient de manière significative le microbiome de l'endosphère racinaire du maïs, plus de 40 % de la variance étant attribuée aux changements de température. L'impact est plus prononcé dans l'endosphère racinaire que dans le sol en vrac, où certaines familles bactériennes comme les Chitinophagaceae et les Blastocatellaceae montrent des variations notables.

Fig 2. Changements de la communauté bactérienne suite au traitement par des températures de refroidissement dans les expériences IV et V.

Conclusion

Les plantes établissent un microbiome racinaire stable principalement à partir du sol environnant, les conditions de froid provoquant des changements bactériens plus significatifs dans les racines que dans le sol environnant. Les souches de PGPR identifiées, qui prospèrent dans l'endosphère racinaire, montrent un potentiel pour favoriser la croissance du maïs sous des températures froides et seront explorées davantage pour une utilisation agricole.

Référence

1. Beirinckx S, Viaene T, Haegeman A, et al. Exploiter le microbiome racinaire du maïs pour identifier des bactéries qui favorisent la croissance dans des conditions de froid. Microbiome, 2020, 8 : 1-13.