Définition

Le génomique est l'étude de l'ensemble des informations génétiques (génome) contenues dans un organisme et stockées au sein de l'ADN. On distingue les parties de l'ADN codant pour une fonction (les gènes) des autres parties (longtemps appelées à mauvais escient ADN poubelle) intervenant dans la structure de l'ADN, le polymorphisme et la régulation des fonctions. La génomique permet d'identifier les fonctions connues disponibles dans un organisme, la manière dont elles sont rangées (la synténie), les zones spécifiques d'un taxon et celles plus accessoires. La métagénomique est l'étude de l'ensemble des informations génétiques contenues dans un environnement (d'où le préfixe grec méta). L'ADN environnemental est tout d'abord extrait puis séquencé pour être analysé. Elle se différencie de la métagénétique qui permet l'identification des taxons présents dans un échantillon. Ici un marqueur génétique est ciblé au sein de l'ADN environnemental pour être séquencé et associé à un taxon référent.

Le domaine médical

Le domaine d'application de la métagénomique et de la métagénétique en santé humaine (ou animale) est limité aux microbiomes (i. e. l'ensemble des microbes présent sur un tissu). Les microbiomes sont localisés au sein du corps humain aux niveaux de l'appareil tégumentaire, de l'appareil respiratoire, de l'appareil digestif, de l'appareil visuel et de l'appareil reproducteur. Les disciplines médicales impactées sont donc nombreuses. De nombreuses études scientifiques montrent depuis les années 80 l'implication de bactéries commensales (bactéries amies) dans le maintien d'un tissu. Ces constatations ont débuté par l'appareil digestif, car l'être humain ne possède pas tout le matériel génétique pour digérer et/ou transformer certains aliments en molécules utilisables et indispensables à son bon fonctionnement (comme la vache ou le lapin qui ne peuvent pas métaboliser la cellulose des végétaux). Il existe donc des interactions symbiotiques entre les microbes commensaux et le corps humain. Ces interactions peuvent être de nature fonctionnelle (une enzyme pour dégrader un aliment) mais également, et tout simplement, l'occupation d'une niche écologique de manière à empêcher l'envahissement d'organismes pathogènes. Ces équilibres ont été très étudiés depuis l'avènement du séquençage haut-débit. Chez certaines maladies, les scientifiques ont constaté des déséquilibres de microbiome par métagénétique. La métagénomique a permis d’identifier les fonctions génétiques impactées par ces changements. Ainsi certains lipases ou lantibiotiques ont pu être caractérisés.
Depuis les années 2010, plusieurs laboratoires travaillent sur des médicaments à base de microbes permettant un rééquilibrage de la flore microbienne. Dans ce contexte, il semble probable que dans le cadre de certaines maladies (e. g. maladie de Crohn), un diagnostic du microbiome puisse être nécessaire pour choisir la combinaison de micro-organismes la mieux adaptée à ingérer quotidiennement.

Le secteur agroalimentaire

Dans le secteur agroalimentaire, les applications de la métagénétique et de la métagénomique sont plus vastes. Elles touchent tout d'abord le service qualité dans le cadre du suivi des contaminations. Actuellement, la méthodologie d'identification d'un risque sanitaire est réalisée à partir de l'analyse de plusieurs contaminants probables, de faisceaux de préemption, rassemblées au niveau de normes. Ainsi dans le domaine des eaux, un suivi spécifique des enterobactéries et des protéobactéries est apporté. On ne voit donc que ce que l'on recherche. Cette approche peut entraîner des biais d'interprétation mais également ne pas répondre à la problématique de contamination et de la gestion du risque. En outre, la présence de certains taxons bactéries n'est pas forcément liée à un risque sanitaire chez l'humain. En effet, il faut que la bactérie soit compétente pour infecter un organisme. Dans la nature, on estime que seulement une partie des populations d'une espèce bactérie sont pathogènes. Chez Vibrio cholerae, 50 % des souches environnementales ne sont pas pathogènes. La métagénétique permet une approche plus exhaustive (attention cette méthode ne garantit une exhaustivité parfaite à 100 %) de la composition des flores microbiennes d'un environnement. La métagénomique apportera en plus l'information sur la présence de fonctions pathogènes, de production de biofilms, etc.
Un autre service impacté est celui de la production par des procédés de fermentation. La métagénomique et la métagénétique offre une meilleure maîtrise des paramètres biologiques par un contrôle plus fin des flores de fermentation. Il est possible de suivre des taxons ou des fonctions biologiques selon la variation de paramètres physiques et/ou chimiques ou les conclusions des tests organoleptiques.
Enfin le service de R&D pourra bénéficier également du support de la métagénétique et de la métagénomique dans de nombreux domaines. En particulier, elle va trouver une véritable tremplin dans un contexte d'amorçage de la nouvelle révolution verte en agriculture. Cette dernière passera par plusieurs phases :

• la sélection de composés chimiques dont l'impact sur les flores microbiennes des sols est plus faible ;
• l'utilisation progressive de mélanges microbiens sophistiqués en remplacement de ces composés (comme les probiotiques en médecine) ;
• et peut-être l'abandon du labour si l'ingénierie génétique propose des plants vivaces et productifs sur plusieurs années.

Il sera donc nécessaire de mettre au point un monitoring accru des flores microbiennes des sols qui peuvent se révéler très diversifiées.

Le secteur de l'environnement

Le secteur de l'environnement est un domaine très hétérogène. On y retrouve des industries de dé-pollution, certaines branches des industries de l'énergie et du BTP ou encore la gestion des eaux. Ici, les besoins seront quasi-analogues à ceux des services de production (e. g. la caractérisation de boues d'épuration) et de R&D du secteur agroalimentaire. La différence se porte principalement sur la spécificité des demandes et la difficulté de compréhension entre les acteurs du monde industriel et biologique.

Les innovations nécessaires à un déploiement massif

L'ère de la métagénomique et la métagénétique est en train de s'ouvrir progressivement. Elles permettent de réaliser des études et des améliorations qui n'étaient pas envisageables ces dernières décennies. Néanmoins, plusieurs axes d'amélioration sont nécessaires pour obtenir 100 % de l'efficacité attendue par ces technologies :

• l'amélioration de l'extraction de l'ADN sur certaines matrices ;
• l'amélioration du séquençage haut débit que ce soit au niveau de la taille des éléments séquencés que de la quantité de données analysables ;
• l'amélioration des algorithmes bioinformatiques pour diminuer le temps d'analyses ;
• l'amélioration des bases de données biologiques.

Actuellement, tous les chantiers sont lancés et chaque nouvelle année apporte des progressions non négligeables sur ces différents points. Dans notre cœur de métier, nous sommes portés par l'innovation électronique qui nous permet l'utilisation de la force brute dans la résolution algorithmique. En outre, les progrès réalisés dans le monde de la sémantique (porté par des entreprises comme Google) nous offrent également des solutions dans le data-mining des bases de données de biologie.
Côté biologie humide, les innovations annuelles sont importantes, mais elles entraînent également un effet pervers pour les entreprises du secteur de l'analyse. Les technologies de séquençage ainsi que les kits développés pour ces systèmes deviennent rapidement désuets au profit des nouveautés. Or, les investissements requis sont importants et présentent une source de risque fort dans le domaine des biotechnologies.