La toxicité peut forcer les espèces microbiennes à coopérer
Les microbes sont des systèmes modèles qui nous en disent long sur l’écologie et l’évolution des organismes plus grands. La croissance rapide de leurs populations en font par ailleurs des candidats bien pratiques pour les études en laboratoire. Ces organismes sont également importants en soi, car ils fournissent des nutriments vitaux que certains individus ne peuvent pas facilement absorber. C’est notamment le cas de la vitamine K pour certains animaux (y compris les humains) et de l’azote pour les plantes. Étant donné que les microbes peuvent être pathogènes, mieux les comprendre pourrait contribuer à réduire les maladies infectieuses, ainsi que d’autres maladies y afférentes, comme l’obésité. «Bien que notre survie soit clairement intimement liée aux microbes, beaucoup d’éléments restent flous, notamment la question de savoir si les espèces tendent plutôt à rivaliser ou à coopérer», explique Sara Mitri, coordinatrice du projet EVOMICROCOMM, financé par le Conseil européen de la recherche.
Un système modèle
Les microbes sont difficiles à étudier dans leur environnement naturel en raison de la diversité des espèces, et les environnements statiques des laboratoires constituent de piètres substituts. EVOMICROCOMM a élaboré un système modèle, composé de quatre espèces et utilisant une huile industrielle pour ressembler à leur environnement naturel. «C’est l’une des premières études à suivre de près l’évolution des interactions entre les espèces microbiennes, jetant ainsi un éclairage nouveau sur la coévolution des communautés et les dépendances environnementales», explique Sara Mitri rattachée à l’université de Lausanne, qui accueille le projet. Un résultat clé a été la découverte que les interactions microbiennes dépendent du contexte et que les environnements toxiques engendrent parfois des interactions positives, à condition qu’une espèce soit capable de dégrader les toxines. «Notre nouvelle conception de communauté pourrait aussi s’appliquer à n’importe quelle communauté microbienne, y compris les communautés de compost et de probiotiques», ajoute Sara Mitri.
Compétition ou coopération?
L’équipe a mené ses recherches sur quatre espèces bactériennes: Agrobacterium tumefaciens, Comamonas testosteroni, Microbacterium saperdae et Ochrobactrum anthropi. La capacité de ces espèces à se développer dans l’huile industrielle sélectionnée, à savoir le fluide utilisé pour le travail des métaux, avait déjà été identifiée. Cette huile industrielle étant considérée comme polluante, gagner une meilleure compréhension des écosystèmes microbiens qui y sont présents pourrait revêtir une grande valeur pratique dans le domaine de la biorestauration. «Après avoir réalisé que nous pouvions tirer parti de la toxicité de cette huile, nous avons constaté que, si les microbes ne peuvent pas se développer facilement de manière solitaire dans des environnements toxiques, ils le peuvent lorsqu’ils s’organisent en communauté. Si nous concevons systématiquement des milieux de croissance sur lesquels toutes les espèces peuvent se développer, nous pourrions ne pas repérer ces interactions», explique Sara Mitri. L’équipe a étudié la manière dont les niveaux de toxicité façonnent l’écologie microbienne. Un seul composé, toxique à forte concentration, semble stimuler la coopération, mais lorsque sa concentration diminue, la compétition entre les espèces devient l’interaction dominante. Une deuxième expérience a été menée, dans le cadre de laquelle on a laissé une communauté de quatre espèces évoluer dans l’huile industrielle. Il a été constaté que, après avoir entretenu une période d’interactions positives, la communauté s’est mise à coopérer pour repousser une nouvelle espèce introduite par l’équipe. EVOMICROCOMM a également présenté une méthode innovante de conception de communautés microbiennes. Les modèles informatiques qui permettent de prédire les taux de croissance des communautés dans des conditions toxiques ont été développés avant la conduite d’expériences avec des communautés réelles. L’algorithme a prédit la combinaison optimale des espèces les plus efficaces pour dégrader les polluants dans l’huile industrielle: deux espèces parmi les espèces d’origine et deux nouvelles espèces. «Notre approche de sélection est plus performante que les efforts précédents, car elle assure un remplacement plus facile des espèces, ce qui étoffe l’éventail des compositions possibles», ajoute Sara Mitri. .
Des avantages en tous genres
Découvrir quelles sont les espèces qui tirent parti d’antibiotiques toxiques (pour elles), et comment elles y parviennent, permettrait de mettre au point des traitements plus ciblés afin de contrecarrer l’incidence accrue de la résistance aux antibiotiques. Les conceptions de communautés élaborées dans le cadre du projet sont particulièrement utiles pour les processus industriels de dégradation du compost ou du plastique visant à convertir ces matières en biocarburants ou en autres produits chimiques – des sujets étudiés par l’équipe. «Nous avons déjà été contactés par des laboratoires intéressés par notre solution ainsi que par la conversion de fibres végétales en éthanol», conclut Sara Mitri. Entre-temps, l’équipe cherche à déterminer si ses approches peuvent être appliquées à d’autres écosystèmes, ce qui passe à nouveau par la construction et les tests de modèles mathématiques.
Mots‑clés
EVOMICROCOMM, microbes, antibiotiques, coopération, compétition, toxique, bactéries, espèces, nutriments, huile, plastique
