La (méta)génomique des microorganismes du rumen et ses applications à la production des ruminants

La viande et le lait produits par les ruminants sont d'importants produits agricoles qui représentent une source importante de protéines pour les humains. La production des ruminants a une valeur économique considérable et un impact sur la sécurité alimentaire de nombreuses régions du monde. Cependant, le secteur fait face à des défis majeurs en raison de la diminution des ressources naturelles et de la conséquente hausse des prix, mais également en raison de la prise de conscience grandissante de l'empreinte écologique laissée par les ruminants d'élevage. Une particularité des ruminants est la digestion prégastrique des aliments par les microbes du rumen. Une meilleure connaissance du microbiome du rumen et de ses fonctions aura pour conséquence une amélioration de l'efficacité de la digestion des aliments et une réduction de la production de méthane entérique, contribuant ainsi à relever les défis de la durabilité. Le progrès des technologies de séquençage d'ADN et de la bioinformatique accroît notre connaissance des écosystèmes microbiens complexes, y compris du tractus gastro-intestinal des mammifères. L'application de ces techniques à l'écosystème du rumen a permis d'étudier la diversité microbienne sous différentes conditions alimentaires et de production. Par ailleurs, le séquençage des génomes de différentes espèces bactériennes et d’archées isolées du rumen fournit des informations détaillées sur leur physiologie. La métagénomique, utilisée principalement pour comprendre les mécanismes enzymatiques impliqués dans la dégradation des polyosides structurels des végétaux, commence à offrir de nouvelles connaissances en permettant de contourner les limitations imposées par la culture des espèces microbiennes et ainsi de permettre l’accès à la totalité de la communauté. Ces approches permettent non seulement de caractériser la structure de la communauté microbienne du rumen, mais aussi d'établir un lien entre celle-ci et les fonctions du microbiome du rumen. Les premiers résultats obtenus grâce à ces technologies à haut débit ont également montré que le microbiome du rumen est bien plus complexe et diversifié que le caecum humain. Par conséquent, le catalogage de ses gènes exigera des efforts de séquençage et bioinformatiques considérables, mais constitue néanmoins un objectif réaliste. Un catalogue des gènes microbiens du rumen est nécessaire pour comprendre la fonction du microbiome et son interaction avec l'animal hôte et ses aliments. De plus, il fournira une base pour les modèles d'intégration microbiome-hôte et bénéficiera aux stratégies cherchant à diminuer l'action polluantes des ruminants et à les rendre plus robustes et rentables.Meat and milk produced by ruminants are important agricultural products and are major sources of protein for humans. Ruminant production is of considerable economic value and underpins food security in many regions of the world. However, the sector faces major challenges because of diminishing natural resources, ensuing increases in production costs, and also because of the increased awareness of the environmental impact of ruminant farming. The digestion of feed and the production of enteric methane are key functions that could be manipulated thorough a understanding of the rumen microbiome. Advances in DNA sequencing technologies and bioinformatics are transforming our understanding of complex microbial ecosystems, including the gastrointestinal tract of mammals. The application of these techniques to the rumen ecosystem has allowed the study of microbial diversity under different dietary and production conditions. Furthermore, the sequencing of genomes from several cultured rumen bacterial and archaeal species is providing detailed information about their physiology. More recently, metagenomics, mainly aimed at understanding the enzymatic machinery involved in the degradation of plant structural polyosides, is starting to produce new insights by allowing access to the total community and sidestepping the limitations imposed by cultivation. These advances highlight the promise of these approaches for characterising the rumen microbial community structure and linking this with the functions of the rumen microbiota. Initial results using high-throughput culture independent technologies have also shown that the rumen microbiome is far more complex and diverse than the human caecum. Therefore, cataloguing its genes will require a considerable sequencing and bioinformatic effort. Nevertheless, the construction of a rumen microbial gene catalogue through metagenomics and genomic sequencing of key populations is an attainable goal. A rumen microbial gene catalogue is necessary to understand the function of the microbiome and its interaction with the host animal and feeds, and it will provide a basis for integrative microbiome–host models and inform strategies promoting less-polluting, more robust and efficient ruminants