J.P. Euzéby : Dictionnaire de Bactériologie Vétérinaire |
Créé le 18 octobre 2005
Dernière mise à jour le 07 juin 2007
Introduction à la taxonomie et à la classification des procaryotes (bactéries)
Voir aussi les fichiers suivants :
. Définitions d'une genomospecies et d'une espèce bactérienne
. Glossaire de nomenclature bactérienne
. La nomenclature bactérienne
Note: Dans ce fichier, les termes de bactérie et de procaryote sont considérés comme synonymes.
I - Les différents rangs hiérarchiques
II - Les différentes approches taxonomiques
1) Détermination du G + C p. cent
2) Les hybridations d'acides nucléiques
3) Etude de diverses séquences génétiques
a) Comparaison d'organismes phylogéniquement éloignés
b) Comparaison d'organismes proches
E - Taxonomie mixte et consensuelle (polyphasic taxonomy)
III - Définitions des groupes taxonomiques
A - Définition d'une espèce bactérienne
C - Définition d'un rang hiérarchique supérieur au genre
D - Définition d'une sous-espèce
E - Définition des taxons d'un rang hiérarchique inférieur à la sous-espèce
IV - Classification de la deuxième édition du Bergey's Manual of Systematic Bacteriology
La taxonomie est la science qui permet de classer rationnellement les organismes vivants en groupes d'affinité ou taxons. La taxonomie et la nomenclature sont les deux disciplines de la systématique dont la principale application est l'identification.
La taxonomie, et d'une manière générale la systématique, sont parfois considérées comme des sciences vieillottes alors que de nos jours elles font appel aux techniques les plus modernes.
Il n'existe pas de classification officielle des procaryotes pour trois raisons principales :
(i) Une classification est faite pour le bactériologiste et non pour les bactéries. C'est dire qu'une classification n'est pas obligatoirement élaborée sur la base des seuls critères scientifiques. La taxonomie poursuit des buts pratiques et plusieurs classifications peuvent coexister.
Par exemple, on peut classer les bactéries en fonction de leur degré de pathogénicité pour les plantes, les animaux et l'homme (voir les fichiers ¤ "Classification des bactéries en fonction du risque d'infection pour l'homme" et ¤ "Classification des bactéries en fonction du risque d'infection pour les animaux").
De même, pour des raisons pratiques et/ou didactiques, on peut classer les bactéries d'intérêt médical ou vétérinaire selon leurs caractères phénotypiques.
Ces deux classifications sont différentes de celle adoptée par la deuxième édition du "Bergey's Manual of Systematic Bacteriology" (Cf. infra), mais elles ne peuvent être considérées comme fausses ou désuètes ; elles ont simplement un objectif qui n'est pas celui du "Bergey's Manual of Systematic Bacteriology".
(ii) La taxonomie est une science dynamique, elle est sujette à de nombreux changements en fonction des données disponibles et des théories retenues*. Aussi, les opinions des bactériologistes sont divergentes. Dans le passé, la taxonomie reposait principalement sur des caractères phénotypiques. Actuellement, la classification fait souvent appel à des critères génétiques (hybridation ADN-ADN, séquençage des ADNr 16S, séquençage de divers gènes...).
(iii) L'absence de définition précise des rangs hiérarchiques est un obstacle majeur à une taxonomie universelle (Cf. infra).
Comme le souligne Brian J. Tindall, "The taxonomic ranks are man made concepts, and as such are subjective. It is the task of the taxonomist to evaluate how such groupings should be represented in a taxonomic system. Once consensus is reached among taxonomists concerning what constitutes a species or a genus then they may become stable taxonomic entities over time. Once these become widely accepted one may begin to work in an objective fashion despite the fact that the framework is based on subjective definitions." (Tindall B.J. : Prokaryotic Systematics - a theoretical overview, Encyclopedia of Life Sciences, 1997, Macmillan Reference Ltd).
I - Les différents rangs hiérarchiques
Le monde des procaryotes est divisé en deux domaines (ou empires) : les Archaea (ou Archaeobacteria) et les Bacteria (ou Eubacteria).
En théorie, au sein de chacun de ces domaines, on reconnaît les groupes hiérarchiques suivants : phylums (ou divisions), classes, sous-classes, ordres, sous-ordres, familles, sous-familles, tribus, sous-tribus, genres, sous-genres, espèces et sous-espèces. Des rangs hiérarchiques inférieurs à la sous-espèce sont également reconnus pour certaines espèces bactériennes.
A titre d'exemples, les classifications de Pseudomonas syringae pathovar Savastanoi et de Corynebacterium afermentans sous-espèce lipophilum, sont présentées ci-dessous (classification du "Bergey's Manual of Systematic Bacteriology" à l'exception du rang hiérarchique tribu) :
| Pseudomonas syringae pathovar Savastanoi | Corynebacterium afermentans sous-espèce lipophilum | |
| Domaine ou empire | "Bacteria" | "Bacteria" |
| Phylum ou division | "Proteobacteria" | "Actinobacteria" |
| Classe | Gammaproteobacteria | Actinobacteria |
| Sous-classe | aucune | Actinobacteridae |
| Ordre | Pseudomonadales | Actinomycetales |
| Sous-ordre | Pseudomonadineae | Corynebacterineae |
| Famille | Pseudomonadaceae | Corynebacteriaceae |
| Sous-famille | aucune | aucune |
| Tribu | Pseudomonadeae | aucune |
| Sous-tribu | aucune | aucune |
| Genre | Pseudomonas | Corynebacterium |
| Sous-genre | aucun | aucun |
| Espèce | Pseudomonas syringae | Corynebacterium afermentans |
| Sous-espèce | aucune | Corynebacterium afermentans subsp. lipophilum |
| Rang hiérarchique inférieur à la sous-espèce | Pseudomonas syringae pv. Savastanoi | aucun |
En pratique, on peut noter les points suivants :
. Aucune nomenclature n'a été proposée pour les sous-familles et les sous-tribus.
. La tribu est un rang hiérarchique qui tombe en désuétude. Vingt-quatre tribus ont un statut dans la nomenclature bactérienne, mais les dernières tribus (Eubacterieae et Micrococceae) ont été proposées par Prévot en 1961 (voir le fichier ¤ "Taxa above the rank of genus up to and including class exclusively" in ¤ "List of Prokaryotic Names with Standing in Nomenclature"). Les tribus ne sont plus prises en compte dans la classification du "Bergey's Manual of Systematic Bacteriology".
. Le sous-genre est un rang hiérarchique très peu utilisé et il n'existe que quatre sous-genres validement publiés : Acetobacter (subgen. Acetobacter), Acetobacter (subgen. Gluconoacetobacter), Moraxella (subgen. Branhamella) et Moraxella (subgen. Moraxella).
Ces sous-genres ne sont pas reconnus dans la classification adoptée par la deuxième édition du "Bergey's Manual of Systematic Bacteriology" (Cf. infra).
. Le "Code de nomenclature des bactéries" [Bacteriological Code (1990 Revision)] ne réglemente ni les taxons d'un rang hiérarchique supérieur à la classe ni les taxons d'un rang hiérarchique inférieur à la sous-espèce.
Pour chacun des rangs hiérarchiques, une nomenclature type doit être désignée :
. ordre type pour les phylums, classes et sous-classes ;
. genre type pour les ordres, sous-ordres, familles, sous-familles, tribus et sous-tribus ;
. espèce type pour les espèces et sous-espèces ;
. souche type pour les espèces et les sous-espèces.
L'importance de la nomenclature type est considérable car le nom d'un taxon reste en permanence attaché à sa nomenclature type si bien que le nom du taxon doit être changé si la nomenclature type est exclue du taxon.
Pour plus d'informations voir l'entrée ¤ "Règle 37a : changement du nom d'un taxon consécutif à l'exclusion de la nomenclature type" in ¤ "Glossaire de nomenclature bactérienne".
II - Les différentes approches taxonomiques
Depuis la classification proposée par Cohn en 1872 et jusqu'au début des années 1960, toute la taxonomie bactérienne reposait sur une classification phénotypique.
La classification phénotypique utilise un faible nombre de caractères considérés comme importants tels que la morphologie, la présence d'une spore, la mise en évidence d'un caractère biochimique jugé essentiel... Une classification phénotypique a l'inconvénient de ne refléter qu'une quantité d'information réduite. De plus le choix des critères qualifiés "d'importants" est subjectif et il peut varier d'un auteur à un autre ce qui est une source potentielle d'instabilité.
En 1763, le botaniste français Adanson proposait une méthode de classification qui tenait compte de l'ensemble des caractères d'un organisme. En 1957, Sneath applique une méthode similaire aux bactéries et développe une taxonomie qualifiée de numérique ou d'adansonienne.
De manière schématique, la méthode consiste à étudier, pour chaque souche, plus d'une centaine de caractères morphologiques, biochimiques, culturaux, présence ou absence d'un constituant cellulaire particulier (un acide gras membranaire, une protéine, une quinone...) et à attribuer le même poids à chacun des caractères qui sont codés 1 (présence du caractère) ou 0 (absence du caractère). Le but recherché est de rassembler dans une classe de similitude les individus les plus semblables.
Même en multipliant le nombre de caractères étudiés (jusqu'à 300 dans certaines études), la taxonomie numérique n'évalue que 5 à 20 p. cent du potentiel génétique d'une bactérie.
La chimiotaxonomie se base sur l'étude de constituants cellulaires. Les plus utilisés sont le peptidoglycane (voir le fichier ¤ "Classification des peptidoglycanes selon Schleifer et Kandler") , les quinones (présence de ménaquinones ou d'ubiquinones), les lipides polaires (utilisés par exemple pour la taxonomie du phylum des Actinobacteria) et les acides mycoliques (taxonomie des genres Corynebacterium, Dietzia, Gordonia, Nocardia, Rhodococcus et Tsukamurella).
Les méthodes chimiotaxonomiques sont complexes et réservées à des laboratoires spécialisés.
1) Détermination du G + C p. cent
En 1949, Chargaff et al. montrent que le contenu en bases puriques (G = guanine, A = adénine) et en bases pyrimidiques (C = cytosine, T = thymine) de l'ADN pouvait varier, mais qu'il était relativement constant pour les individus d'une même espèce.
Le contenu en base d'un ADN est exprimé par le G + C p. cent qui est défini ainsi (chaque base étant exprimée par sa concentration molaire) : G + C p. cent = (G + C) x 100 / (A + T + G + C).
La détermination du G + C p. cent est généralement réalisée par des techniques de dénaturation thermique qui sont de réalisation délicate, qui nécessitent de grandes quantités d'ADN et qui sont peu reproductibles. Fournier et al. (2006) ont montré que la valeur du G + C p. cent du gène de ménage ftsY (gène présent en un seul exemplaire, ne semblant pas pouvoir se transmettre sur un mode horizontal et codant pour une GTPase) était comparable à la valeur du G + C p. cent du génome bactérien. La détermination de la valeur du G + C p. cent du gène ftsY est une technique rapide, reproductible, nécessitant peu d'ADN, ne nécessitant pas un équipement spécial (le séquençage d'un gène est actuellement réalisable par de nombreux laboratoires) et pouvant être réalisée sur des bactéries non cultivables.
Chez les procaryotes, les valeurs du G + C p. cent sont très dispersées et elles varient de 25 p. cent à 75 p. cent. Actuellement, on admet que des bactéries dont les G + C diffèrent de plus de 5 p. cent ne devraient pas appartenir à une même espèce et que des bactéries dont les G + C diffèrent de plus de 10 p. cent ne devraient pas appartenir à un même genre.
Bien sûr, des valeurs du G + C p. cent identiques n'impliquent pas que les bactéries sont proches car les bases peuvent être disposées de manière très différente sur l'ADN.
2) Les hybridations d'acides nucléiques
Les hybridations ADN-ADN se sont révélées essentielles pour la définition d'une espèce bactérienne (Cf. infra). Leurs réalisations n'ont été possibles qu'après la découverte par Marmur et al. (1961) du phénomène de renaturation de l'ADN.
Le chauffage progressif d'une solution d'ADN conduit à une dénaturation de la molécule, c'est à dire à la séparation des deux brins de la double hélice. La dénaturation est liée à la rupture des liaisons hydrogène reliant chaque paire de bases. Dans des conditions données de force ionique, la température de dénaturation augmente avec le nombre de paires de bases GC qui sont reliées par trois liaisons hydrogène (au lieu de deux dans la paire AT).
Si on refroidit brutalement la solution d'ADN dénaturée, la structure monocaténaire est conservée. Par contre, si le refroidissement est lent, il se produit une renaturation de l'ADN : les deux brins de l'ADN monocaténaire se réassocient pour reformer une double hélice.
Les hybridations ADN-ADN, utilisées en bactériologie, sont réalisées à partir d'un mélange de deux ADN dénaturés provenant de deux bactéries différentes. Dans ces conditions, on obtient d'autant plus de duplex hétérologues que les séquences d'ADN des micro-organismes sont proches. Dans les techniques classiques l'un des ADN est généralement marqué par un isotope radioactif ou par une enzyme afin de reconnaître la provenance de chaque brin d'ADN dans les hybrides. Les techniques plus modernes, comme celles faisant appel à la spectrophotométrie, ne nécessitent pas de marquage, mais elles ne permettent pas de calculer un DTm(e) (Cf. infra).
La température optimale de renaturation (Tor) est toujours inférieure à la température de dénaturation (Tm). En pratique, Tor est choisie à 20-30 °C en dessous de Tm soit environ 60 °C pour les entérobactéries. Pour éviter la réassociation des brins d'ADN marqués, on travaille avec des concentrations d'ADN non marqué environ 1000 à 5000 fois plus importantes.
En fonction des similitudes de séquence, deux types de duplex hétérologues peuvent se former :
. Si les ADN des deux bactéries présentent des homologies importantes, il se produit d'abord un appariement étroit au niveau d'un segment qui porte des bases complémentaires (site de nucléation), puis le duplex se complète de proche en proche comme dans le cas d'une fermeture à glissière.
. Si les ADN des deux bactéries ont des séquences très différentes, il peut se produire un appariement au niveau de quelques bases complémentaires situées dans une zone limitée, mais le reste des fragments ne s'associe pas ou seulement par quelques liaisons hydrogène éparses.
La solidité et donc la spécificité des hybrides est appréciée par la mesure de la stabilité thermique. La technique consiste à étudier la cinétique de dénaturation des hybrides lorsque la température est augmentée au-dessus de Tor. On appelle Tm(e) (thermal elution midpoint) la température de demi-dénaturation de l'hybride, c'est à dire la température pour laquelle 50 p. cent de la radioactivité (ou de l'activité enzymatique) est éluée du duplex.
La différence de stabilité thermique DTm(e), observée entre les Tm(e) mesurées dans une réaction homologue et dans une réaction hétérologue, mesure très précisément le degré d'homologie des duplex. La stabilité thermique des hybrides est directement corrélée avec le pourcentage de bases non appariées. La correspondance est d'environ 1 p. cent de bases non appariées pour un DTm(e) de 1,6 °C.
Dans les conditions optimales d'hybridation, deux ADN doivent posséder au moins 80 p. cent de séquences complémentaires pour pouvoir se réassocier. Ce fait explique que les hybridations ADN-ADN ne peuvent être utilisées pour comparer des bactéries très différentes. Elles sont utilisées pour définir les espèces et dans une moindre mesure les genres. En revanche, elles n'ont que peu d'utilité pour classer des bactéries dans un rang hiérarchique supérieur au genre.
Les techniques d'hybridation ont également été appliquées à l'hybridation ADN-ARNr. L'hybridation ADN-ARNr a été employée pour placer des procaryotes dans un rang hiérarchique supérieur à l'espèce. Elles ont permis de dégager le concept de superfamille, terme proposé par De Ley pour rassembler des taxons à un niveau supragénérique. Les hybridations ADN-ARNr ont été remplacées par l'établissement de dictionnaires d'oligonucléotides puis par le séquençage des ADNr 16S (Cf. infra). Aussi, seuls des résultats présentés dans des publications antérieures à 1995 ont été obtenus à l'aide de cette technique.
3) Etude de diverses séquences génétiques
Pour comparer des organismes phylogéniquement très éloignés il faut utiliser des séquences qui restent sensiblement conservées durant des centaines de millions d'années, tandis que la comparaison d'organismes proches requiert l'étude de séquences où des mutations se seront accumulées en quelques millions d'années.
Comme la taxonomie phénotypique, la taxonomie reposant sur l'étude des séquences génétiques a l'inconvénient d'être subjective et les résultats obtenus peuvent être variables selon les séquences génétiques étudiées.
La classification phylogénétique retenue par l'actuelle édition du "Bergey's Manual of Systematic Bacteriology" repose essentiellement sur les séquences des ADNr 16S. Il reste à prouver que la phylogénie des ARNr 16S soit superposable à la phylogénie des prokaryotes dont l'information génétique ne se réduit pas aux seuls gènes codants pour les ARNr 16S.
a) Comparaison d'organismes phylogéniquement éloignés
En 1983, Kimura a émis le concept d'horloge "évolutionnaire" : la vitesse de l'évolution est constante, les mutations qui surviennent dans le génome n'ont pas nécessairement de conséquences phénotypiques, mais elles sont étroitement corrélées avec le temps. Comme le souligne Woese, l'évolution a un rythme quasi indépendant des changements de phénotypes (théorie neutraliste de l'évolution). Dans ces conditions, il est possible de construire un arbre généalogique (phylogénique) en utilisant des méthodes mathématiques et en respectant quelques règles.
Le principe de base consiste à comparer des gènes homologues c'est à dire descendant d'un ancêtre commun et ayant conservé une fonction identique au cours du temps. Le choix des séquences à comparer a posé un problème car il était difficile de trouver une molécule qui soit présente et homologue chez tous les organismes et qui présente des niveaux successifs d'information.
Les ARNr (ARN ribosomaux) ont été choisis en taxonomie pour trois raisons principales :
. Ils sont présents dans toutes les cellules ce qui permet des comparaisons entre procaryotes et eucaryotes.
. Ils ont une structure bien conservée car toutes modifications importantes pourraient avoir des conséquences importantes sur les synthèses protéiques. Il existe d'ailleurs des portions d'ARNr dont la séquence est identique chez tous les êtres vivants.
. Ils sont abondants dans la cellule et faciles à purifier.
Les ARNr s'associent à des protéines pour former les ribosomes qui, chez les procaryotes, sont constitués d'une sous-unité 30S et d'une sous-unité 50S. La sous-unité 30S d'un ribosome contient de l'ARNr 16S et la sous-unité 50S contient de l'ARNr 5S et de l'ARNr 23S. L'ARNr 5S est formé d'environ 120 nucléotides, l'ARNr 16S d'environ 1 540 nucléotides et l'ARNr 23S comprend environ 2 900 nucléotides. Tous les ARNr sont monocaténaires sauf dans quelques régions où se forment des boucles par appariement de bases complémentaires situées sur la même chaîne.
Chez une bactérie, les gènes qui codent pour les ARNr sont organisés en opérons dont la structure est semblable : trois gènes, séparés par un espace, codent pour les ARNr 16S (gène rrs), les ARNr 23S (gène rrl) et pour les ARNr 5S (gène rrf). Ces opérons existent en un ou plusieurs exemplaires sur le chromosome. Le nombre de copies est grossièrement corrélé à la taille du génome et à la vitesse de croissance des bactéries. Ainsi, il n'en existe qu'une copie chez les mycobactéries à croissance lente et chez certains mycoplasmes, deux copies chez les mycobactéries à croissance rapide et chez d'autres mycoplasmes, trois copies chez les Brucella spp., sept chez les entérobactéries, dix ou onze copies chez les Bacillus spp.
L'ARNr 16S est le plus utilisé car il est plus facile à analyser que l'ARN 23S et plus riche en information que l'ARNr 5S.
L'établissement de dictionnaires d'oligonucléotides, initialisé par Fox et Woese, a été riche d'applications. L'ARNr 16S est digéré par la ribonucléase T1 pour donner naissance à des oligonucléotides pouvant contenir jusqu'à 20 bases et se terminant toujours par un résidu guanyl. Ces oligonucléotides sont suffisamment courts pour pouvoir être séquencés. Seuls sont retenus les oligonucléotides formés de plus de 6 nucléotides car il y a peu de chance pour que la séquence qui les caractérise soit représentée plus d'une fois dans la molécule d'ARNr 16S. Lorsque les ARNr 16S de deux bactéries contiennent un ou plusieurs oligonucléotides semblables, ces deux bactéries sont apparentées. Plus le nombre d'oligonucléotides semblables est élevé, plus l'homologie est grande. En ne retenant que les oligonucléotides comprenant au moins 6 nucléotides, il est possible de constituer un dictionnaire des oligonucléotides. La majorité des dictionnaires comprend entre 60 et 70 oligonucléotides. Pour comparer entre elles deux bactéries A et B, on calcule un coefficient de similarité (ou coefficient d'association) : SAB = 2NAB / NA + NB où NAB est le nombre de nucléotides dans les oligonucléotides communs aux deux bactéries, NA est le nombre total des nucléotides dans le dictionnaire de la souche A et NB est le nombre total des nucléotides dans le dictionnaire de la souche B. A l'aide de méthodes statistiques et informatiques, il est possible de construire un arbre généalogique montrant les parentés et filiations.
Actuellement, ces dictionnaires sont supplantés par le séquençage des ARNr ou le séquençage des gènes codant pour les ARNr (ADNr). Les séquences sont disponibles dans des bases de données consultables sur Internet. Il en va de même pour les programmes informatiques indispensables à l'alignement des séquences, au traitement des données et à la construction des arbres phylogéniques.
Le séquençage des ARNr 16S peut être automatisé et les données concernant ces molécules s'accumulent en permanence. L'utilité du séquençage des ARNr 16S est reconnue par tous les taxonomistes. Cette technique ne permet pas de différencier les espèces proches les unes des autres, mais elle est très utile pour classer les procaryotes dans un rang hiérarchique supérieur à l'espèce.
Il est également possible de rechercher des séquences (ou oligonucléotides) signatures (séquences correspondant à des oligonucléotides présents dans un groupe phylogénique donné mais absent dans la plupart des autres groupes). La caractérisation des séquences signatures est utile pour placer des souches dans un rang hiérarchique supérieur au genre.
b) Comparaison d'organismes proches
Des gènes, autres que ceux codant pour les ARNr 16S, peuvent être séquencés. Le séquençage d'un "gène de ménage" (housekeeping gene, gène qui assure les fonctions indispensables à la vie de tous les types de cellules) ou de plusieurs "gènes de ménage" (MLSA ou MultiLocus Sequence Analysis) ont été largement utilisés pour classer des espèces au sein de genres bactériens (Cf. infra).
E - Taxonomie mixte et consensuelle (polyphasic taxonomy)
Les termes de "polyphasic taxonomy" ont été introduits en 1970 par Colwell pour faire référence à une classification qui tient compte d'un maximum de données : données génétiques, données phénotypiques, données chimiotaxonomiques, données écologiques... De nos jours, l'expression "polyphasic taxonomy" sous-entend également que cette classification est susceptible d'avoir l'agrément d'un maximum de bactériologistes. C'est pourquoi nous avons choisi de traduire "polyphasic taxonomy" par "taxonomie mixte et consensuelle".
III - Définitions des groupes taxonomiques
A - Définition d'une espèce bactérienne
L'espèce constitue l'unité de base ou le maillon essentiel de la classification bactérienne. La définition classique d'une espèce biologique n'est pas applicable aux procaryotes et les bactériologistes ont dû élaborer une définition originale de l'espèce !
En bactériologie, une espèce est constituée par sa souche type et par l'ensemble des souches considérées comme suffisamment proches de la souche type pour être incluses au sein de la même espèce.
Une souche est constituée par une succession de cultures dérivées d'une culture pure (le plus souvent une colonie parfaitement isolée). Une souche (notamment une souche type ou une souche de référence) est généralement conservée dans une collection qui lui attribue un code d'identification. Le nombre de cellules ayant permis la constitution de la culture pure (la formation d'une colonie isolée) est le plus souvent inconnu si bien que, contrairement à ce qui est parfois écrit, une souche n'est pas obligatoirement un clone (population de cellules dérivée d'une unique cellule). D'ailleurs, d'après l'Appendice 10 du Code de Nomenclature, la plupart des souches bactériennes ne sont pas connues pour être des clones.
Contrairement à une idée répandue, la souche type (à ne pas confondre avec une souche de référence) n'est pas nécessairement la souche la plus représentative de l'espèce (ou de la sous-espèce).
Lorsqu'une espèce (ou une sous-espèce) est décrite sur la base d'une unique souche, cette souche devient automatiquement la souche type (monotypie). Par la suite, d'autres souches peuvent être isolées et elles peuvent présenter un ou plusieurs caractères phénotypiques que ne possède pas la souche type.
Si la proposition d'une nouvelle espèce (ou d'une nouvelle sous-espèce) repose sur l'étude de plusieurs souches, la souche type est la souche désignée comme telle par les auteurs à l'origine de la proposition. D'après Brenner et al. 2001, les auteurs désignent souvent comme souche type la première souche isolée.
Comme pour les autres nomenclatures types, la souche type est l'élément auquel le nom d'une espèce (ou d'une sous-espèce) est attaché d'une manière permanente. Dans tous les travaux taxonomiques il est indispensable d'utiliser les souches types des différentes espèces étudiées. Compte tenu de l'importance des souches types, afin de pallier une perte accidentelle, depuis le 01 janvier 2001 aucune espèce (ou sous-espèce) ne peut être validement publiée si la souche type n'est pas déposée dans au moins deux collections de cultures bactériennes situées dans deux pays différents.
Pour plus d'informations voir les entrées ¤ "Souche type", ¤ "Souche néotype" et ¤ "Souche de référence" in ¤ "Glossaire de nomenclature bactérienne".
La définition de l'espèce diffère selon les critères retenus pour apprécier la similitude des souches (caractères phénotypiques, caractères génétiques, constitution chimique ...), ce qui a conduit à constituer des comités internationaux chargés de définir des critères et de proposer une définition de l'espèce. En dépit de ces efforts, il convient de remarquer qu'il n'existe aucune définition universellement admise de l'espèce bactérienne.
Deux comités, désignés par l' "International Committee on Systematic Bacteriology"/"International Committee on Systematics of Prokaryotes", se sont efforcés d'établir une définition de l'espèce bactérienne. Un premier comité, présidé par Wayne, a émis des conclusions publiées en 1987 et le rapport d'un deuxième comité, présidé par Stackebrandt, a été publié en 2002.
Pour ces deux comités, la définition de l'espèce se base sur les homologies ADN-ADN. Une espèce est définie génétiquement (genomospecies) comme le rassemblement de souches ayant des relations ADN-ADN qui se traduisent à la fois par des valeurs d'hybridation supérieures ou égales à 70 p. cent et par une valeur DTm(e) inférieure ou égale à 5 °C.
Lorsque les valeurs d'hybridation sont supérieures à 30-33 p. cent, il existe une relation linéaire entre les pourcentages d'homologie mesurés à la température optimale de réassociation et les DTm(e). Il y a donc une redondance entre les pourcentages d'hybridation et les valeurs des DTm(e) si bien que ces dernières ne sont généralement plus mesurées. Rappelons également que les techniques "modernes" d'hybridation ADN-ADN ne permettent pas de calculer les DTm(e).
Selon Stackebrandt, un pourcentage d'hybridation d'au moins 70 correspond à une identité de séquence d'au moins 96 p. cent. En d'autres termes, les séquences des ADN des souches d'une même espèce peuvent différer de 4 p. cent. Si on considère que le génome de Escherichia coli est constitué de 4 millions de bases, deux souches peuvent présenter 161 600 nucléotides différents ce qui explique la variabilité phénotypique observée entre les souches de Escherichia coli et, d'une manière générale, entre les souches d'une même espèce.
Lorsque les ARNr 16S de deux souches présentent moins de 97 p. cent d'homologie, les deux souches appartiennent à deux espèces différentes (les pourcentages d'hybridation ADN-ADN seront toujours inférieurs à 70 et même, généralement, à 60). En revanche, si le pourcentage d'homologie est supérieur à 97, il est impossible de conclure.
La simplicité du séquençage des ARNr 16S a cependant conduit divers auteurs à proposer des pourcentages d'homologie de séquences des ARNr 16S dans le but de placer des souches bactériennes au sein d'une même espèce. Il n'existe aucun accord international et, selon les équipes, des pourcentages arbitraires d'homologie ont été fixés à 99 ou 99,5. Toutefois, ces valeurs ne permettent pas toujours de caractériser des espèces différentes. Ainsi, les séquences des ARNr 16S des souches types de Edwardsiella ictulari et de Edwardsiella tarda présentent 99,81 p. cent d'homologie alors que les hybridations ADN-ADN montrent clairement que ce sont des espèces distinctes. Des observations similaires ont été faites pour d'autres espèces : Bacillus globisporus et Bacillus psychrophilus ; Brachyspira innocens et Brachyspira hyodysenteriae ; Edwardsiella hoshinae et Edwardsiella tarda ; Streptococcus pneumoniae et Streptococcus mitis ; ...
Lorsqu'une genomospecies a été individualisée, il devient possible de rechercher des caractères permettant de la distinguer des autres genomospecies. Si la genomospecies peut être facilement identifiée elle reçoit un nom et elle devient une espèce. En revanche, si aucun caractère ne permet d'identifier facilement la genomospecies, elle demeure innomée.
Pour le comité présidé par Wayne, les caractères différentiels étaient uniquement phénotypiques. Pour le comité présidé par Stackebrandt, ces caractères peuvent être phénétiques ou génétiques. Pour ce qui concerne la bactériologie vétérinaire, on peut remarquer que l'individualisation de l'espèce Histophilus somni, dont les caractères phénotypiques sont extrêmement variables, fait appel à un test de PCR amplifiant une séquence de 400 pb.
Cette définition de l'espèce bactérienne est beaucoup plus large que celle utilisée pour les organismes eucaryotes. Ainsi, si la définition d'une espèce bactérienne était appliquée aux mammifères, l'homme et le chimpanzé constitueraient une unique espèce (pourcentage d'hybridation ADN-ADN de 98,4) et il en irait de même pour l'homme et les lémuriens (pourcentage d'hybridation ADN-ADN de 78).
Cette définition large peut expliquer que le nombre des espèces bactériennes est faible par comparaison au nombre des espèces animales ou végétales (voir le fichier ¤ "Number of published names" in ¤ "List of Prokaryotic Names with Standing in Nomenclature"). Il ne faut cependant pas en conclure que les bactéries ont une importance mineure dans la biodiversité.
Les hybridations ADN-ADN étant des techniques lourdes et délicates à réaliser, le comité présidé par Stackebrandt encourage l'utilisation d'autres techniques (séquençage de divers gènes de ménage, séquençage de l'espace intergénique 16S-23S, analyse électrophorétique des protéines, MLEE, AFLP, RAPD...) à condition que les résultats obtenus soient comparables à ceux des hybridations ADN-ADN. Quelques exemples sont donnés ci-dessous.
. Des variations dans la structure des protéines peuvent être détectées par des méthodes électrophorétiques sur un support qui est généralement un gel de poly-acrylamide contenant du dodécyl-sulfate de sodium (SDS-PAGE). Les protéines sont traitées par la chaleur, le mercapto-éthanol et le SDS ce qui les transforme en polypeptides chargés négativement. Les protéines ainsi dénaturées migrent dans le gel de façon inversement proportionnelle à leur poids moléculaire. La lecture et l'interprétation sont parfois difficiles car le nombre de bandes est élevé et elle nécessite l'utilisation de programmes informatiques. Cette méthode donne des résultats comparables aux hybridations ADN-ADN pour de nombreuses espèces bactériennes : Bifidobacterium spp., Clostridium spp., Helcococcus spp., Helicobacter spp., Actinomyces spp., Klebsiella spp., Spiroplasma spp., Staphylococcus spp., Streptococcus spp., Xanthomonas spp. ...
. La mobilité électrophorétique des enzymes métaboliques (analyse des isoenzymes ou multilocus enzyme electrophoresis (MLEE) ou analyse du polymorphisme électrophorétique d'enzymes métaboliques) met en évidence des mutations dans les gènes de structure des enzymes. Les protéines cellulaires sont séparées par une électrophorèse en gel d'amidon ou d'acrylamide-agarose et les enzymes sont mises en évidence par leur substrat spécifique. Les enzymes étudiées ne sont pas choisies en fonction de leur rôle physiologique mais simplement parce que l'on possède les réactifs pour les mettre en évidence. L'analyse de 10 à 35 enzymes donne un "electrophoretic type" ou ET. La mobilité électrophorétique des enzymes métaboliques est surtout utilisée pour caractériser des souches à un niveau infraspécifique. Toutefois, des résultats comparables aux hybridations ADN-ADN sont observés pour certains taxons : Aeromonas spp., Bacteroides spp., Bifidobacterium spp., Neisseria spp. ...
. L'étude des séquences des gènes rpoA (codant pour la sous-unité alpha de l'ARN polymérase), atpA (codant pour la sous-unité alpha de l'ATP synthétase) et pheS (codant pour la sous-unité alpha de la phénylalanine ARNt synthétase) s'est avérée très performantes pour distinguer les espèces du genre Enterococcus.
. Les séquences des gènes codant pour la protéine Erp (exported repeated protein) et pour la protéine du choc toxique de 65 kDa sont largement utilisées pour les espèces du genre Mycobacterium.
. Le gène codant pour la citrate synthétase (gltA), le gène ribC (impliqué dans la synthèse de la riboflavine), le gène groEL (codant pour une protéine du choc thermique), le gène codant pour la protéine PAP31 (gène d'origine phagique codant pour une protéine majeure du bactériophage 60457 associé aux souches de Bartonella henselae), le gène codant pour la protéine de 35 kDa et le gène ftsZ (codant pour une protéine impliquée à la division cellulaire) ont été étudiés pour caractériser les espèces du genre Bartonella.
. Le séquençage du gène gyrB (codant pour la sous-unité B de l'ADN gyrase) permet l'individualisation des espèces du genre Shewanella. Des résultats similaires sont obtenus dans le genre Pseudomonas avec l'étude des gènes rpoD (codant pour l'ARN polymérase facteur sigma-70) et gyrB.
. Les séquences des gènes gyrA (codant pour la sous-unité A de l'ADN gyrase), gyrB, parC (codant pour une sous-unité de la topoisomérase IV) et sodA (codant pour la superoxyde dismutase manganèse dépendante), servent à caractériser les espèces du genre Streptococcus.
. Les gènes rOmpA (codant pour la protéine A de la membrane externe) et rOmpB (codant pour la protéine B de la membrane externe) sont largement utilisés pour les espèces du genre Rickettsia.
Pour les bactéries d'intérêt médical ou vétérinaire l'écologie et/ou le pouvoir pathogène peuvent prendre le pas sur les critères génétiques ce qui peut conduire à conserver des nomenclatures distinctes pour des taxons très proches sur le plan génétique. Cette recommandation va dans le sens de la règle 56a (5) du Code de Nomenclature qui définit la notion de nomen periculosum (voir le chapitre ¤ "Les dérogations aux règles du Code de Nomenclature" in ¤ "La nomenclature bactérienne").
Cette ligne de conduite est généralement suivie par les bactériologistes et/ou par la Commission Judiciaire (voir l'entrée ¤ "Commission Judiciaire" in ¤ "Glossaire de nomenclature bactérienne). Quelques exemples en sont donnés ci-dessous.
. Les Shigella spp. et les souches de Escherichia coli, bien qu'appartenant à une même genomospecies, portent cependant des noms différents.
. Les différentes espèces du genre Brucella constituent une unique genomospecies qui doit être appelée Brucella melitensis. Toutefois, pour des raisons épidémiologiques et pour éviter des confusions dans le domaine médical, le sous-comité de taxonomie des Brucella reconnaît qu'il est licite d'utiliser les noms de Brucella abortus, de Brucella canis, de Brucella melitensis, de Brucella neotomae, de Brucella ovis et de Brucella suis.
. Mycobacterium africanum, Mycobacterium bovis, "Mycobacterium canettii", Mycobacterium caprae, Mycobacterium microti, Mycobacterium pinnipedii et Mycobacterium tuberculosis sont des variants d'une seule espèce qui, en raison des règles de priorité, devrait être appelée Mycobacterium tuberculosis. Compte tenu de leur importance médicale, l'utilisation de plusieurs nomenclatures est cependant maintenue.
. Yersinia pestis devrait être considérée comme une sous-espèce de Yersinia pseudotuberculosis mais, pour ne pas créer de confusions dans l'esprit des médecins, des vétérinaires et des responsables de la santé publique, la Commission Judiciaire a rejeté l'appellation de Yersinia pseudotuberculosis subsp. pestis.
. Bordetella pertussis et Bordetella parapertussis sont des clones de Bordetella bronchiseptica. Pourtant, aucune proposition formelle, visant à unir ces espèces sous la nomenclature de Bordetella bronchiseptica, n'a été publiée.
. Bacillus anthracis, Bacillus cereus, Bacillus mycoides, Bacillus pseudomycoides, Bacillus thuringiensis et Bacillus weihenstephanensis sont en fait une unique espèce qui devrait être appelée Bacillus anthracis. En raison de l'importance médicale de Bacillus anthracis et de Bacillus cereus et de l'importance économique de Bacillus thuringiensis les diverses nomenclatures restent en usage.
. Mycobacterium ulcerans est certainement un clone de Mycobacterium marinum, mais les deux nomenclatures sont toujours en vigueur.
. Les souches types de Clostridium botulinum, de Clostridium putrificum et de Clostridium sporogenes constituent en fait une unique genomospecies et la nomenclature de Clostridium putrificum a priorité. Pour éviter tous risques de confusion, la Commission Judiciaire a décidé (i) de rejeter la nomenclature de Clostridium putrificum ; (ii) de conserver la nomenclature de Clostridium botulinum pour les souches produisant de la toxine botulique ; et (iii) de réserver la nomenclature de Clostridium sporogenes pour les souches ne produisant pas de toxine botulique. Pour l'auteur de ce fichier, cette décision de la Commission Judiciaire n'est pas très satisfaisante et il aurait été sans doute préférable de s'inspirer de la proposition formulée par Collins et East (voir le fichier ¤ Clostridium botulinum).
Inversement, certaines souches qualifiées de Clostridium botulinum sont très éloignées de la souche type de cette espèce (moins de 10 p. cent d'hybridation ADN-ADN) et elles sont en fait proches d'autres espèces du genre Clostridium. Toutefois, ces souches synthétisent une toxine botulique et, pour des raisons médicales, aucune proposition de reclassification n'a été formulée.
Toutes les espèces sont classées dans des genres ce qui permet d'appliquer à la systématique bactérienne la nomenclature "binomiale" préconisée par Carl von Linné. Avec l'espèce, le genre est donc le rang hiérarchique le plus important.
La définition d'un genre donné par Cowan en 1968 est la suivante : "...one of the basic ranks in the hierarchical systems used in biology, and probably the highest rank with any significance in microbiology. In position between family and species, it is best considered as a collection of species with many characters in common; unfortunately no one has indicated the extent of this sharing of characters, and it is purely a matter of personal judgement...as to what constitutes a genus. ... the genus is a subjective concept without any foundation in fact."
Depuis 1968, aucune définition satisfaisante d'un genre n'a été formulée et, comme le soulignent Brenner, Staley et Krieg (2001), une telle définition n'existera peut-être jamais. La proposition d'un nouveau genre repose en grande partie sur des critères subjectifs. Un bactériologiste pourra individualiser plusieurs genres pour accueillir des espèces bactériennes alors que pour un autre bactériologiste les mêmes espèces doivent être regroupées dans un genre unique.
De manière idéale, un genre devrait rassembler des espèces génétiquement et phénotypiquement apparentées et il devrait pouvoir être identifié sur la base de ses caractères phénotypiques.
Les critères génétiques varient selon les auteurs mais un genre pourrait regrouper des souches présentant entre 30 et 60 p. cent d'homologie ADN-ADN et/ou des espèces formant un groupe distinct sur la base des séquences des ADNr 16S (homologies de séquence supérieures à 90 ou à 94 p. cent). On admet également que des procaryotes dont les G + C p. cent diffèrent de plus de 10 p. cent ne devraient pas appartenir à un même genre.
En cas de divergence entre les critères génétiques et phénotypiques, Brenner et al. (1984) estiment que la priorité doit être donnée aux caractères phénotypiques. Pour ces auteurs, le genre est un rang hiérarchique ayant, avant tout, une utilité pratique et dont la finalité est de permettre à un bactériologiste d'établir un diagnostic.
Inversement, pour Garrity et al. (1980), les critères génétiques sont les plus importants et, même s'il n'existe qu'un très faible nombre de caractères phénotypiques permettant un diagnostic différentiel, il est licite de proposer la création de nouveaux genres sur la base des données génétiques.
Certains genres bactériens sont très hétérogènes. Ainsi, au sein du genre Clostridium, les séquences des ARNr 16S de Clostridium tetani et de Clostridium innocuum diffèrent de 20 p. cent. Avec une telle valeur, toutes les espèces de la famille des Enterobacteriaceae ainsi que les genres Vibrio, Aeromonas, Haemophilus et Pasteurella appartiendraient à un unique genre.
C - Définition d'un rang hiérarchique supérieur au genre
Le regroupement de plusieurs genres au sein d'une famille, d'un sous-ordre, d'un ordre, d'une sous-classe ou d'une classe repose sur des arguments encore moins solides que ceux qui président au rassemblement des espèces dans un genre. De ce fait, certains taxonomistes sont très réticents au placement des genres dans un de ces rangs hiérarchiques.
Dans la deuxième édition du "Bergey's Manual of Systematic Bacteriology", les taxons d'un rang hiérarchique supérieur au genre sont constitués sur la base des séquences des ARNr 16S.
D - Définition d'une sous-espèce
La sous-espèce occupe l'échelon le plus bas des rangs hiérarchiques réglementés par le Code de Nomenclature. Comme le font remarquer Brenner, Staley et Krieg (2001), il n'existe aucun critère objectif permettant de définir une sous-espèce et la division d'une espèce en sous-espèces dépend du bon vouloir d'un taxonomiste.
Selon Staley et Krieg (1984), la notion de sous-espèce devrait reposer sur la mise en évidence de petites variations phénotypiques ou sur la présence de critères génétiques (homologies ADN-ADN et/ou stabilité thermique des hybrides) permettant de diviser les souches d'une espèce en deux ou plusieurs sous-espèces.
Pour Wayne et al. (1987) et pour Brenner et al. (2001), le rang de sous-espèce peut être utilisé pour des souches génétiquement très voisines mais présentant des variations phénotypiques.
Pour Brenner et al. (2001) il est également possible de proposer des sous-espèces lorsque plusieurs genomospecies ne peuvent être différenciées par leurs caractères phénotypiques et si l'une de ces genomospecies porte déjà un nom.
Exemple hypothétique concernant une espèce nommée "Xx aa" (Xx = nom de genre et aa = épithète spécifique) : si cette espèce est constituée de trois genomospecies non différenciables par leurs caractères phénotypiques, un auteur pourra proposer la création de trois sous-espèces, la sous-espèces "Xx aa subsp aa" pour la genomospecies qui renferme la souche type de l'espèce et "Xx aa subsp. bb" et "Xx aa subsp. cc" pour les deux autres genomospecies. La distinction entre ces sous-espèces devra alors recourir à des techniques génétiques.
E - Définition des taxons d'un rang hiérarchique inférieur à la sous-espèce
Selon l'appendice 10 du Code de Nomenclature, les définitions des principaux taxons d'un rang hiérarchique inférieur à la sous-espèce sont les suivantes :
. Biovar (abréviation courante bv.) : taxon d'un rang hiérarchique inférieur à la sous-espèce et caractérisé par ses propriétés biochimiques ou physiologiques.
. Chimioforme : taxon d'un rang hiérarchique inférieur à la sous-espèce et caractérisé par sa structure chimique.
. Chimiovar : taxon d'un rang hiérarchique inférieur à la sous-espèce et caractérisé par la production d'un composé chimique.
. Cultivar (abréviation courante cv.) : taxon d'un rang hiérarchique inférieur à la sous-espèce et caractérisé par ses caractères culturaux.
. Forma specialis (abréviation courante f. sp.) : taxon d'un rang hiérarchique inférieur à la sous-espèce, vivant en parasite, en commensal ou en symbiose avec un hôte, et caractérisé par son adaptation à cet hôte.
. Morphovar : taxon d'un rang hiérarchique inférieur à la sous-espèce et caractérisé par sa morphologie.
. Pathovar (abréviation courante pv.) : taxon d'un rang hiérarchique inférieur à la sous-espèce et caractérisé par son pouvoir pathogène.
. Phagovar (ou lysovar) : taxon d'un rang hiérarchique inférieur à la sous-espèce et caractérisé par sa sensibilité à différents bactériophages.
. Sérovar : taxon d'un rang hiérarchique inférieur à la sous-espèce et caractérisé par ses propriété antigéniques.
. Etat : taxon d'un rang hiérarchique inférieur à la sous-espèce et caractérisé par l'aspect de ses colonies et notamment par leur aspect rugueux, lisse ou muqueux.
IV - Classification de la deuxième édition du Bergey's Manual of Systematic Bacteriology
Même s'il n'existe pas de taxonomie officielle des procaryotes, il existe une classification utilisée par la majorité des bactériologistes. La classification qui fait habituellement référence est celle du "Bergey's Manual of Systematic Bacteriology". Cette classification a pour but de refléter la phylogénie des procaryotes et, pour les taxons d'un rang hiérarchique supérieur au genre, elle est basée principalement, voire exclusivement, sur les séquences des ADNr 16S.
La classification adoptée par le Bergey's Manual est librement disponible sur Internet, mais la dernière mise à jour remonte au mois de mai 2004.
La relève est actuellement assurée par le site The Taxonomic Outline of the Bacteria and Archaea (TOBA) : Garrity, G.M., Lilburn, T.G., Cole, J.R., Harrison, S.H., Euzéby, J., and Tindall, B.J. 2007. Taxonomic Outline of the Bacteria and Archaea. Release 7.7 Michigan State University Board of Trustees. DOI: 10.1601/TOBA7.7.
Une classification complète et mise à jour tous les mois est disponible dans le fichier Classification of domains and phyla - Hierarchical classification of prokaryotes in List of Procaryotic Names with Standing in Nomenclature.
AVIS JURIDIQUE IMPORTANT : Les informations qui figurent sur ce site sont soumises à une clause de non responsabilité et sont protégées par un copyright.
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Dans son article intitulé "Prokaryotic Systematics - a theoretical overview" (ENCYCLOPEDIA OF LIFE SCIENCES, 1997, Macmillan Reference Ltd), Brian J. Tindall écrit :
Systematics is a term used to describe the ordering of information on organisms. The importance of systematics and the underlying taxonomy becomes apparent once one begins to compare two or more organisms. Systematics seeks to discover the phenotypic and genotypic diversity of organisms, to relate this to the way in which they interact, and also to appreciate their development (evolutionary history) as well as their interaction in the present day environment. Systematics may make use of a wide range of data and is not limited in the experimental methods which it may draw upon. To make sensible comparisons between organisms systematics requires an underlying order. Systematics, and in particular taxonomy is strongly dependant upon theory and philosophy, which is used to create this order. It is, perhaps, the area of theory and philosophy within the science of taxonomy which plays a crucial role in the way in which systematics has developed and is appreciated in the scientific community.