Introduction à la systématique des prokaryotes (bactéries)

Introduction à la systématique des prokaryotes (bactéries) :
taxonomie et nomenclature

La systématique a pour but de classer les êtres vivants de manière rationnelle et de leur attribuer un nom.
Elle repose sur deux disciplines, la taxonomie (ou taxinomie) et la nomenclature. La taxonomie est la science qui permet de classer les organismes en groupes d'affinité ou taxons et la nomenclature est un ensemble de règles gouvernant l'attribution d'un nom à un taxon.

La principale application de la systématique est l'identification qui consiste à étudier les caractères d'un organisme afin de pouvoir le placer dans un taxon préalablement décrit.

La systématique est parfois considérée comme une science vieillotte (alors que de nos jours elle fait appel aux techniques les plus modernes) et, conséquence de l'usure des mots, on tend à lui substituer le terme de bio-diversité !

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.
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 et elle est sujette à de nombreux changements en fonction des données disponibles. De plus, 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).

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 Arcanobacterium pyogenes et de Salmonella enterica sous-espèce enterica sérovar Typhimurium sont données ci-dessous (classification du "Bergey's Manual of Systematic Bacteriology") :

	Arcanobacterium pyogenes	Salmonella enterica sous-espèce enterica sérovar Typhimurium
Domaine ou empire	"Bacteria"	"Bacteria"
Phylum ou division	"Actinobacteria"	"Proteobacteria"
Classe	Actinobacteria	Gammaproteobacteria
Sous-classe	Actinobacteridae
Ordre	Actinomycetales	"Enterobacteriales"
Sous-ordre	Actinomycineae	Aucun
Famille	Actinomycetaceae	Enterobacteriaceae
Sous-famille	Aucune	Aucune
Tribu	Aucune	Salmonelleae
Sous-tribu	Aucune	Aucune
Genre	Arcanobacterium	Salmonella
Sous-genre	Aucun	Aucun
Espèce	Arcanobacterium pyogenes	Salmonella enterica
Sous-espèce	Aucune	Salmonella enterica sous-espèce enterica
Rang hiérarchique inférieur à la sous-espèce	Aucun	sérovar Typhimurium

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.
. Le sous-genre est un rang hiérarchique très peu utilisé.
. 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 genres et sous-genres ;
. 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.

Depuis la classification proposée par Cohn en 1872 et jusqu'au début des années 1960, toute la taxonomie bactérienne reposait sur une classification phénétique.

La classification phénétique (ou 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 phénétique 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, 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.

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).

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.

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 δT_m(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 T_m(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 δT_m(e), observée entre les T_m(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 δT_m(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.

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.

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).

En taxonomie, on utilise le plus souvent le séquençage des ARNr 16 S ou le séquençage des gènes codant pour les ARNr (ADNr 16S). 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.

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.

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".

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.

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 δT_m(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 δT_m(e). Il y a donc une redondance entre les pourcentages d'hybridation et les valeurs des δT_m(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 δT_m(e).

Selon Stackebrandt et Goebel, 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.

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. Il ne faut cependant pas en conclure que les bactéries ont une importance mineure dans la biodiversité.

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 ; ...

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. 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.
. 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.

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.

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.

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.

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. Cette classification est librement disponible sur Internet (voir le fichier Bergey's Taxonomic Outlines).

Le but de la nomenclature est d'attribuer un nom à un taxon de telle manière qu'il n'existe aucun risque de confusion.
Les changements de nomenclature, concernant parfois des noms utilisés depuis des décennies, sont une source d'exaspération constante pour les bactériologistes. Toutefois, la nomenclature se contente de refléter les progrès taxonomiques qui permettent une caractérisation de plus en plus fine des taxons. Comme le souligne M. Véron, "Ce n'est pas le bactériologiste qui complique à plaisir la nomenclature des bactéries ; c'est au contraire le chercheur qui, avec beaucoup d'humilité, observe la diversité considérable du monde bactérien".
En bactériologie médicale, il est nécessaire que les bactériologistes, les cliniciens, les épidémiologistes, ... utilisent une nomenclature commune afin de pouvoir collaborer efficacement.

Il existe des règles gouvernant la nomenclature bactérienne. Ces règles sont rassemblées dans le "Code International de Nomenclature des Bactéries" établi par le "Comité International de Systématique des Procaryotes" et notamment par sa "Commission Judiciaire".

Le Code de Nomenclature se limite à la réglementation des classes, sous-classes, ordres, sous-ordres, familles, sous-familles, tribus, sous-tribus, genres, sous-genres, espèces et sous-espèces.
Dans la pratique, cette limitation a des conséquences importantes car elle signifie que les noms des taxons d'un rang hiérarchique supérieur à la classe et surtout que les noms des taxons d'un rang hiérarchique inférieur à la sous-espèce (sérovars, biovars, écovars, pathovars...) ne sont pas pris en compte et peuvent donc être désignés d'une manière différente par divers auteurs. En bactériologie médicale, la question se pose pour la désignation des sérovars qui portent un nom ce qui est le cas des sérovars des leptospires et des sérovars des salmonelles de la sous-espèce Salmonella enterica subsp. enterica.

Toutes les nomenclatures sont des mots latins ou latinisés et de tels mots sont traditionnellement écrits en italiques ou ils sont soulignés dans un manuscrit.

. Les noms des classes et des sous-classes prennent une majuscule.
Exemples : la classe des Actinobacteria, la sous-classe des Actinobacteridae.

. Les noms des taxons d'un rang hiérarchique supérieur au genre et incluant les ordres sont au féminin pluriel, ils prennent une majuscule et ce sont des substantifs ou des adjectifs traités comme des substantifs. Ces noms sont formés en rajoutant un suffixe à la racine du nom du genre type : -ales pour l'ordre, -ineae pour le sous-ordre, -aceae pour la famille, -oideae pour la sous-famille, -eae pour la tribu et -inae pour la sous-tribu.
Exemples : l'ordre des Pseudomonadales, le sous-ordre des Pseudomonadineae, la famille des Pseudomonadaceae, la tribu des Pseudomonadeae.

. Les noms des genres et des sous-genres sont au singulier, ils prennent une majuscule, ce sont des substantifs ou des adjectifs traités comme des substantifs et ce sont des noms latins ou latinisés.
Exemples : les genres Escherichia, Staphylococcus, Corynebacterium.
Lorsqu'il est suivi d'un nom d'espèce, le nom d'un sous-genre est placé entre parenthèses et il est précédé de l'abréviation "subgen."
Exemple : Moraxella (subgen. Branhamella) catarrhalis.

L'utilisation d'abréviations pour les noms de genres n'est pas réglementée par le Code de Nomenclature. Toutefois, celui-ci donne quelques conseils destinés aux auteurs et aux éditeurs de publications scientifiques.
Le nom d'un genre ne devrait pas être abrégé lors de la première apparition du nom d'une espèce dans le texte ou dans le résumé d'une publication. Par la suite, il peut être abrégé, généralement sous la forme de sa première lettre. Par exemple, lors de la première apparition dans le texte on devrait écrire Bacillus anthracis puis il est possible d'écrire B. anthracis.
Dans une énumération d'espèces appartenant à un même genre, le nom de genre devrait être écrit en toutes lettres lors de sa première apparition dans le texte puis il peut être abrégé. Par exemple, on peut écrire : Bacillus anthracis, B. cereus, B. thuringiensis même si les noms des deux dernières espèces n'ont pas été préalablement cités.
Lorsqu'un texte cite des espèces appartenant à des genres différents mais commençant par la même lettre, les noms de genre ne devraient jamais être abrégés. Par exemple, dans une publication traitant des Bacillus sp. et des Brevibacillus sp. l'abréviation est déconseillée et on devrait toujours écrire Bacillus cereus, Brevibacillus agri...

. Les noms des espèces sont formés d'une combinaison binaire dont le premier terme est le nom de genre et le deuxième terme est une épithète (épithète spécifique). Le premier terme prend une majuscule et le deuxième terme commence par une minuscule.
Exemples : Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Leptospira interrogans.

. Les noms des sous-espèces sont formés d'une combinaison ternaire dont le premier terme est le nom de genre, le deuxième est l'épithète spécifique et le troisième une épithète propre à la sous-espèce (épithète sous-spécifique). Les épithètes prennent une minuscule et elles sont séparées par l'abréviation "subsp."
Exemples : Staphylococcus aureus subsp. anaerobius, Pasteurella multocida subsp. multocida, Aeromonas hydrophila subsp. dhakensis.

Le Code de nomenclature 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. De tels taxons peuvent donc être nommés et écrits d'une manière différente selon les bactériologistes. Il existe toutefois un certain consensus.

Les noms des domaines (ou empires) ainsi que les noms des phyllums (ou divisions) sont généralement écrits en italiques avec une première lettre en capitale.

Pour les taxons d'un rang hiérarchique inférieur à la sous-espèce, il existe des recommandations pour la désignation des sérovars du genre Leptospira et pour la désignation des sérovars de l'espèce Salmonella enterica subsp. enterica. Ces sérovars sont écrits avec une majuscule et en caractères romains. Exemples: Leptospira interrogans sérovar Icterohaemorrhagiae, Salmonella enterica subsp. enterica sérovar Dublin.
Les sérovars de Salmonella enterica subsp. enterica sont souvent désignés sous une forme simplifiée. Par exemple: Salmonella Dublin.

En 1994 Murray et Schleifer ont suggéré la création de la catégorie "Candidatus" (nom latin signifiant un candidat) pour des taxons qui ne peuvent être décrits selon les règles du Code de Nomenclature. La même année, la Commission Judiciaire recommandait à l'ICSP d'approuver ce concept.
La catégorie "Candidatus" doit être utilisée pour des procaryotes non cultivables in vitro ou non cultivables de manière stable, mais dont il a été possible de séquencer une partie du génome (notamment les gènes codant pour les ARNr 16S) et dont on connaît certains caractères écologiques et/ou bactériologiques tels que l'habitat et/ou le pouvoir pathogène et/ou la structure et/ou les caractères métaboliques...

Le nom d'un "Candidatus" est généralement écrit, entre guillemets, de la manière suivante :
Candidatus (écrit en italique avec la première lettre en capitale) + le nom du genre (écrit en caractères romains avec la première lettre en capitale) +, pour une espèce, l'épithète spécifique (écrit en caractères romains avec la première lettre en minuscule). Exemples : "Candidatus Mycoplasma", "Candidatus Mycoplasma haemominutum".

Le respect des règles du Code de Nomenclature conduit au concept de "nomenclature correcte" et seule une nomenclature correcte devrait être utilisée. Le Principe 6 du Code de Nomenclature précise qu'une nomenclature est correcte lorsqu'elle est validement publiée, prioritaire et légitime. Le terme de légitime signifie que la nomenclature est conforme à l'ensemble des règles du Code de Nomenclature. Sauf exceptions, les priorités ne posent pas de problèmes majeurs par contre la notion de nomenclature validement publiée est un concept primordial parfois méconnu.

Le Code de Nomenclature prévoit qu'une nomenclature est validement publiée si elle est citée dans les Listes approuvées des noms bactériens (Approved Lists of Bacterial Names) ou si elle est publiée dans la revue International Journal of Systematic Bacteriology (IJSB) devenue, depuis le 01 janvier 2000, International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology (IJSEM).
IJSB et IJSEM sont les publications officielles du Comité International de Systématique des Procaryotes.

La nomenclature bactérienne moderne a pris naissance le 01 janvier 1980 lorsque les Listes approuvées des noms bactériens (Approved Lists of Bacterial Names) furent publiées dans IJSB. Les Listes approuvées sont au nombre de deux, une liste pour les noms des taxons d'un rang hiérarchique supérieur au genre et une liste pour les noms de genres, d'espèces et de sous-espèces. Seuls les taxons bien décrits et pour lesquels une nomenclature type était disponible ont été retenus. Toutes les bactéries incomplètement caractérisées et de nombreux synonymes ont été éliminés si bien que le nombre des taxons est passé de plus de 29 000 à 2 336 (2 334 si on fait abstraction des divisions). Les noms publiés avant le 01 janvier 1980 mais non inclus dans les Listes approuvées n'ont plus de statut dans la nomenclature.

Les nomenclatures des taxons décrits après le 01 janvier 1980 et les modifications de nomenclature proposées après cette date ne sont validement publiées que dans deux cas : soit elles sont publiées in extenso dans IJSB ou dans IJSEM soit elles figurent dans une liste de validation.
Les listes de validation ont pour but de valider la publication des nomenclatures publiées dans un autre périodique ou dans un ouvrage scientifique.

Il est important de noter que la publication valide d'un nom dans les Listes approuvées, dans IJSB ou dans IJSEM signifie simplement que le taxon a été décrit en respectant les règles du Code de Nomenclature et ne préjuge pas de la réalité de l'existence du taxon. En effet, certains taxons validement publiés se révèlent des synonymes ultérieurs d'autres taxons. Ainsi, Streptococcus bovis est un synonyme hétérotypique de Streptococcus equinus ce qui signifie que ces deux taxons sont identiques (synonymes) mais qu'ils ne possèdent pas la même souche type (hétérotypiques). Logiquement, les nomenclatures de Streptococcus bovis ne devrait plus être utilisée.

Inversement, le fait qu'une nomenclature ne soit pas validement publiée, ne signifie pas obligatoirement que le taxon n'existe pas. En effet, certaines bactéries n'ont jamais fait l'objet d'une description conforme aux exigences du Code. Tant qu'un taxon n'a pas fait l'objet d'une publication valide, les bactériologistes sont obligés d'utiliser une nomenclature "non officielle" et une telle nomenclature est généralement écrite entre guillemets. Par contre, dès qu'un taxon a fait l'objet d'une publication valide, la nomenclature validement publiée DOIT être utilisée par tous les bactériologistes.
Exemple : La nomenclature de "Ehrlichia platys", proposée par French et Harvey en 1983, n'a jamais été validement publiée. En 2001, Dumler et al. valident pour ce taxon la nomenclature de Anaplasma platys. De ce fait, il devient illicite d'utiliser le nom de "Ehrlichia platys" et seule la nomenclature de Anaplasma platys doit être utilisée.

Les progrès taxonomiques conduisent inévitablement à reclasser des bactéries et notamment à transférer des espèces dans un autre genre ou des sous-espèces dans une autre espèce sous la forme de nouvelles combinaisons.

Comme il n'existe pas de taxonomie officielle des bactéries, selon sa propre opinion, un bactériologiste peut utiliser une nomenclature ancienne dans la mesure où elle a été validement publiée. Par exemple, il est licite d'utiliser indifféremment les noms de Corynebacterium pyogenes, de Actinomyces pyogenes ou de Arcanobacterium pyogenes ; de même, il est licite d'utiliser les noms Pseudomonas pseudomallei ou Burkholderia pseudomallei.

Lorsque le transfert d'une espèce dans un autre genre ou le transfert d'une sous-espèce dans une autre espèce nécessite un changement d'épithète afin d'éviter une homonymie, la nouvelle nomenclature devient un "nom nouveau" et non une nouvelle combinaison.
Exemple : En 2002, Neimark et al. transfèrent Haemobartonella canis dans le genre Mycoplasma. La nouvelle combinaison aurait dû être dénommée Mycoplasma canis. Toutefois, la nomenclature de Mycoplasma canis existait déjà et il a été nécessaire de proposer une autre épithète. Neimark et al. ont choisi celle de haemocanis pour donner Mycoplasma haemocanis.

Comme pour les nouvelles combinaisons, un bactériologiste peut utiliser une nomenclature ancienne dans la mesure où elle a été validement publiée. Ainsi, il est licite d'utiliser indifféremment les nomenclatures de Haemobartonella canis ou de Mycoplasma haemocanis. Par contre, on ne doit pas utiliser les noms anciens qui n'ont pas de statut dans la nomenclature ["Bartonella canis", "Haemobartonella (subgen. Bartonella) canis"].

À moins d'être un spécialiste des bactéries concernées, un bactériologiste a cependant tout intérêt à utiliser les nomenclatures les plus récentes car les transferts sont généralement justifiés.

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