Avec les connaissances de plus en plus poussées des rôles des microbiomes sur la santé, la rcherche visant à pouvoir les manipuler s’est intensifiée. Mais une grande interrogation subsiste sur les interactions possibles entre les communautés bactériennes. Cette équipe de l'université de Wisconsin-Madison nous propose, dans la revue mBio, un microbiome modèle, nommé Thor, qui peut être « alimenté » par plusieurs et différentes communautés microbiennes, et qui, grâce à une meilleure compréhension de leurs interactions va faciliter le développement de stratégies efficaces de mise en forme ou de régulation des microbiomes.
« Les communautés microbiennes dirigent le monde », écrit en préambule, l’auteur principal, le Dr Jo Handelsman, directrice de l'Institut de recherche de l'Université de Wisconsin-Madison. Notre compréhension toute nouvelle et de plus en plus riche des communautés microbiennes et de leur influence sur la santé humaine incite à parvenir à les modifier pour profiter de leurs avantages. Des millions de personnes prennent maintenant des probiotiques, ces microbes bénéfiques dont ils espèrent qu'ils vont améliorer leur santé intestinale, mais pas seulement…Cependant, la complexité et la résilience des microbiomes laissent les scientifiques encore désarmés pour préciser les méthodes permettant d’induire des changements bénéfiques, prévisibles et durables.
Cette étude apporte une première réponse pragmatique : l’équipe a mis au point une communauté baptisée THOR, comprenant à ce stade 3 espèces de bactéries isolées à partir de racines de soja et cultivées ensemble. Et cette communauté complexe de microbes développe depuis des scenarii et des comportements qui était impossibles à prédire à partir des données spécifiques à chaque espèce. Précisément, les chercheurs ont choisi des bactéries des espèces Pseudomonas et Flavobacterium pour se développer aux côtés des Bacillus. Ensemble, ces 3 espèces possèdent quelque 15.000 gènes et s’avèrent capables de produire des milliers de petites molécules, créant ainsi des niveaux de « complexité » ou d’interaction, dans le temps et dans l'espace. Quelques exemples :
- seul, Pseudomonas produit un biofilm, ensemble, les 3 espèces produisent 2 fois plus de biofilm et ce biofilm s’avère considérablement plus résistant ;
- Bacillus réduit la production d'antibiotiques fabriqués par Pseudomonas, protégeant ainsi Flavobacterium de leurs effets ;
- les bactéries Bacillus, marquées par la fluorescence verte, modifient leur schéma de croissance autour des autres membres de la communauté, se propageant autour et au-dessus des autres bactéries (Visuel ci-contre) ;
- les 2 autres espèces incitent Bacillus à se développer comme les branches d'un arbre, se propageant sur et autour des autres bactéries en suivant des motifs complexes.
- ensemble ces 3 espèces développent des biofilms redoutables, modifient leur mode de déplacement dans leur environnement et développent de nouvelles résistances aux antimicrobiens.
Etudier facilement les bactéries isolément et ensemble : chacune des 3 espèces habitant THOR possède un génome séquencé. Un ensemble d'outils permet aux chercheurs d’étudier facilement les bactéries isolément et ensemble, ce qui leur permet de « commencer à comprendre » la complexité de leurs interactions. C’est un pas vers une meilleure compréhension de ces microbiomes et vers la découverte de moyens de les réguler.
Des communautés leaders ? Le nom de THOR provient des membres de la communauté, les « The Hitchhikers Of the Rhizosphere » : Il y a plusieurs années, la même équipe avait remarqué que plusieurs bactéries avaient suivi lorsque des bactéries Bacillus communes avaient été isolés du microbiome de la racine de soja, connue sous le nom de rhizosphère. Mais ces « hitchhickers » (auto-stoppeuses) ne s’étaient révélées qu’après culture, durant plusieurs semaines, des Bacillus dans le froid. Ces associations étroites entre différentes espèces suggèrent que les espèces « leaders » pourraient servir de communauté modèle pour tester la manière dont des traits complexes apparaissent lorsque plusieurs espèces partagent le même espace ou le même microbiome.
La manipulation des microbiomes vise l'amélioration de la santé humaine, et ce microbiome modèle va aider les scientifiques à comprendre comment des relations microbiennes complexes peuvent être modifiées pour nous être bénéfiques. En attendant, ces premières données sur le microbiome des racines des plantes, la rhizosphère, sont tout aussi essentielles. La rhizosphère aide à coller le sol, empêchant ainsi son érosion.
Et le sol emprisonne trois fois plus de carbone que l'atmosphère, ce qui en fait un élément important dans la lutte contre le changement climatique.
Source : mBio 5 March, 2019 DOI: 10.1128/mBio.02846-18 Introducing THOR, a Model Microbiome for Genetic Dissection of Community Behavior (Visuel 2 Gabriel Lozano and Jo Handelsman)
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