Ravages bactériens des cultures : après les oliviers les agrumes

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Le pourtour méditerranéen est le premier producteur d’olives du monde et les oliviers sont en danger car ils sont ravagés par une bactérie, la Xylella, transmise par n’importe quel insecte suceur. C’est le cas également des agrumes, orangers et citronniers, susceptibles à une autre bactérie, la Candidatus liberibacter, transmise par un papillon d’apparence anodine la psyllide. La maladie « du dragon jaune » ou huanglongbing aussi appelée « citrus greening », ne date pas d’aujourd’hui car elle a été décrite pour la première fois en 1929 puis retrouvée en 1947 en Afrique du Sud. Cette maladie a atteint la Floride en 2005 et la production d’agrumes, en particulier d’oranges, dans cet Etat à diminué de près de 60 %. Elle a été signalée en Arabie Saoudite, à Madère et au Portugal en 2017. Pour l’instant le bassin méditerranéen qui contribue pour plus de 20 % à la production d’agrumes dans le monde et environ 70 % du volume d’exportations en valeur est épargné. Le gros problème avec cette bactérie qui semble sensible à la pénicilline G réside dans ses autres « réservoirs », la pervenche de Madagascar, un arbuste d’ornement très prisé des amateurs de jardins fleuris, qui n’est pas affectée par cette bactérie et également la source de la vinblastine, une molécule très efficace pour traiter un grand nombre de cancers, ainsi que le jasmin orange (Murraya paniculata) également très prisé des amateurs de fleurs odorantes qui est un proche cousin du citronnier (illustration, Wikipedia).

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Il existe donc deux stratégies pour protéger le bassin méditerranéen, soit utiliser massivement des insecticides pour contrôler la population de psyllide, soit traiter en dernier recours les arbres infectés avec des antibiotiques en espérant qu’ils survivront. L’efficacité de la pénicilline G n’a été prouvée qu’avec la pervenche de Madagascar mais qu’en sera-t-il avec un citronnier ? Toujours est-il que la production méditerranéenne d’agrumes est directement menacée et ce sera une catastrophe économique si les gouvernements ne se secouent pas un peu alors qu’ils sont beaucoup plus préoccupés par la guerre économique et le changement climatique … Et il en est de même pour les oliveraies. La solution adoptée dans l’Île de la Réunion a consisté à arracher les arbres des vergers de basse altitude pour planter des orangers acclimatés à de plus hautes altitudes car la bactérie est sensible aux températures inférieures à 20 °C mais ce type de reconversion n’est pas envisageable dans la plupart des pays méditerranéens.

Source partielle AFP

https://jacqueshenry.wordpress.com/2017/12/31/va-t-on-autoriser-les-antibiotiques-en-agriculture/

L’incroyable histoire de la « petite Pauline »

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Quand une amibe vole des gènes à des bactéries

C’est l’incroyable histoire d’une amibe tout à fait banale qui s’est arrangée pour subvenir elle-même à ses propres besoins. Imaginez un instant que vous incorporiez dans vos gènes ceux qui sont nécessaires pour, comme les plantes, réaliser par photosynthèse la production de sucres en mangeant des épinards. Vous n’aurez qu’à exposer au soleil votre peau devenue verte et le tour sera joué. C’est ce genre de prouesse qu’a réalisé il y a une centaine de millions d’années la petite amibe répondant au charmant nom de Paulinella chromatophora.

Normalement les amibes mangent des trucs plus petits qu’elles, surtout des bactéries, et un jour l’ancêtre de la « petite Pauline » s’est dit qu’après tout si elle pouvait photosynthétiser des sucres ça serait tout bon pour ses finances, pardon, pour son métabolisme. En quelque sorte elle ferait son pain toute seule quand il y a de la lumière …

Un jour, prise d’une grosse fringale, elle a avalé une cyanobactérie qui s’est trouvée pas si mal que ça dans son ventre. La petite Pauline a gardé ce dont elle avait besoin et un peu trop rapidement mangé le reste. Ce qu’elle a préservé s’est vite mis à ressembler à des genres de saucisses vertes, toutes proportions gardées, parce qu’elle avait incorporé les gènes qui servent à effectuer la photosynthèse du sucre et de quelques autres métabolites.

Pour ne pas devenir complètement obèse, c’est-à-dire laisser un peu de place à tous ces nouveaux gènes, un peu par erreur la petite Pauline en a effacé quelques-uns de son propre patrimoine génétique. C’était presque suicidaire mais la petite Pauline, pas très contente de son résultat a alors mangé quelques bactéries et a prélevé dans leur génome ce qui lui manquait pour rester en bonne santé, quelques gènes par ci par là pour que tout fonctionne finalement correctement.

Cette histoire paraît complètement délirante mais c’est pourtant ce qui s’est passé non pas en un jour mais au cours d’une lente évolution pour aboutir à cette amibe assez phénoménale qui a littéralement reconstruit tout son patrimoine génétique en faisant des « emprunts » génétiques à des bactéries.

Cette histoire a été étudiée en détail dans le cadre d’une collaboration entre plusieurs universités nord-américaines et allemandes sous la direction du Docteur Eva Nowack de l’Université de Düsseldorf. Cette étude n’a pas été très facile à réaliser au niveau des ADNs, l’ADN circulaire du plastide ou chromatophore, les choses vertes dans la photo ci-dessus, celui du noyau de l’amibe et des contaminants d’origine bactérienne.

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Il y a eu donc un transfert de gènes en provenance du plastide (on pourrait dire chloroplaste comme pour les plantes) dans le cadre de la symbiose initiale amibe-cyanobactérie (EGT, pour endosymbiotic gene transfer) mais également tout un trafic de gènes dit horizontal (HGT, pour horizontal gene transfer) en provenance d’autres bactéries pour aboutir à la Paulinella actuelle comme l’illustre le schéma ci-dessus tiré de l’article paru dans la revue PNAS. Il est intéressant d’insister sur le fait que cette histoire de la petite Pauline date d’une centaine de millions d’années alors que les premiers plastides photosynthétiques apparurent il y a plus d’un milliard d’années à la suite de symbioses avec des cyanobactéries pour aboutir par exemple aux végétaux que l’on connait aujourd’hui.

Source : PNAS, doi : 10.1073/pnas.1608016112 aimablement communiqué par le Docteur Nowack qui est chaleureusement remerciée ici.

Spectaculaire résistance aux antibiotiques …

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La bactérie Escherichia coli aussi appelée colibacille mesure environ 2 microns de long et est munie de flagelles pour se déplacer. Elle se divise toutes les 20 minutes et c’est peut-être l’animal de laboratoire le plus étudié et également le plus utilisé dans l’industrie. Elle est cultivée sur des milieux nutritifs semi-solides dans des boites circulaires communément appelées boites de Petri. Ce n’est pas très spectaculaire et les cultures dégagent une odeur fade un peu écoeurante. Pourtant des biologistes de l’Université de Haïfa en Israël ont réalisé une expérience spectaculaire pour mettre en évidence le comportement de cette bactérie quand elle est soumise à des concentrations croissantes d’antibiotiques.

Plutôt que d’utiliser des boites de Petri classiques l’équipe de biologiste dirigée par le Docteur Roy Kishony a construit une immense boite de culture de 120 centimètres de long et de 60 centimètres de large constituée d’une couche de gélose opacifiée avec de l’encre sur laquelle a été étalée la couche de milieu semi-solide comprenant 9 zones dans lesquelles ont été incorporées des quantités croissantes d’antibiotique de zéro à 3000 unités de concentration minimale inhibitrice (MIC). Le processus de croissance des bactéries a été filmé à raison d’un cliché toutes les 10 minutes pendant une douzaine de jours soit environ 16000 générations, un temps d’évolution qui représenterait pour l’homme près de 500000 ans !

Chaque fois que les bactéries ont rencontré un concentration croissante d’antibiotique dans le milieu de culture leur croissance s’est arrêtée puis une bactérie a muté et a poursuivi sa croissance après avoir construit une résistance à l’antibiotique.

De proche en proche l’accumulation de mutations a permis aux bactéries d’envahir la totalité de cette immense boite de culture en s’adaptant au milieu de plus en plus hostile. Cette expérience spectaculaire montrait l’adaptation au trimethoprim avec une souche de coli sensible à cet antibiotique. Voici le lien d’un film réalisé durant près de 12 jours et accéléré 18000 fois : http://science.sciencemag.org/content/sci/suppl/2016/09/07/353.6304.1147.DC1/aag0822s1.mov

Plus intéressant encore, après avoir repéré sur les clichés les endroits où à partir d’une seule bactérie émergeait une nouvelle croissance, il a pu être possible de visualiser en quelque sorte l’arbre phylogénétique conduisant les bactéries à être de plus en plus résistantes à l’antibiotique comme le montre l’illustration ci-après dans laquelle la couleur des points représente le rapport entre le nombre de bactéries mutantes et le nombre de bactéries « sauvages » (wild type, WT), MIC étant la concentration inhibitrice minimale.

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Les biologistes ne se sont pas arrêté là malgré l’aspect spectaculaire de ces travaux. Ils ont analysé les mutations induites par la présence de l’antibiotique. Deux gènes ont subi des mutations, des SNPs, et ces gènes codent pour l’ADN-polymérase, l’enzyme qui sert à copier l’ADN lorsque la bactérie se divise, et un autre enzyme clé du métabolisme appelé dihydrofolate réductase et impliqué en particulier dans la synthèse des constituants de l’ADN.

Juste pour l’anecdote, les bactéries ont parcouru durant cette expérience à l’échelle humaine plus de 80000 kilomètres tout en étant soumises à un environnement de plus en plus hostile et en s’adaptant remarquablement à ce dernier.

Source et illustrations : Science doi : 10.1126/science.aag0822 article aimablement communiqué par le Docteur Kishony vivement remercié ici.

Le nanomoteur bactérien : une petite merveille !

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Il y a quelques jours j’ai parlé sur ce blog de flagelles à propos des spermatozoïdes mais bien avant qu’il y ait des êtres humains sur cette Terre il y avait abondance de bactéries et au cours de l’évolution elles apprirent à se déplacer. Il faut non pas reconnaître une intelligence intrinsèque aux bactéries mais c’est en fait la suprême créativité de la matière vivante qu’il faut admirer. Comme je tenterai de l’expliquer dans ce billet la nature a inventé des nano-moteurs bien avant que l’homme ne se lance lui-même dans les nanotechnologies et ces moteurs sont d’une sophistication proprement époustouflante.

La mobilité des bactéries varie selon les familles et les flagelles, aussi appelées pili, sont propulsées par des moteurs différents mais dans l’ensemble il s’agit de systèmes constitués d’une vingtaine de protéines différentes assemblées en un stator solidaire de la membrane cellulaire de la bactérie et d’un rotor imprimant un mouvement de rotation à la flagelle. Deux articles scientifiques viennent de paraître simultanément dans les PNAS et Science relatant les travaux issus d’une collaboration entre le CalTech à Pasadena et l’Imperial College à Londres sous la direction du Docteur Grant Jensen.

L’approche permettant d’élucider le nanomoteur des flagelles a consisté dans une première étape à effectuer une cryo-tomographie électronique (ou microscopie électronique en trois dimensions) de la structure du moteur puis à identifier autant que faire se peut les divers composants protéiques de cette structure d’une complexité extraordinaire.

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L’ensemble du « moteur » est propulsé par un flux d’ions sodium (Na+) ou de protons (H+) et une consommation d’ATP, le vecteur universel d’énergie de toute cellule vivante. Chaque composant, environ une vingtaine, a été identifié à l’aide de mutants et sa fonction dans le complexe déterminée par cryo-tomographie. Le rotor du moteur est couplé à la flagelle proprement dite constituée d’un enchainement hélicoïdal de la protéine fibreuse appelée PilA. Le mouvement de rotation provoque l’apparition d’une configuration ressemblant approximativement à un tire-bouchon ce qui permet aux bactéries de pénétrer dans les mucus, des milieux semi-solides, ou de se déplacer aisément dans un milieu liquide.

Selon le type de bactéries étudiées, ce moteur présente des variantes mais la complexité du système permet d’atteindre des couples de puissance étonnante exprimée en nano Newton x nanomètre pouvant atteindre la valeur de 5000. Cette valeur exprimée macroscopiquement en Newton.m est extraordinairement élevée. Par exemple le couple-moteur d’un moteur à explosion de 1200 cm3, par exemple celui d’une motocyclette n’est que de 120 N.m à 8000 tours/minute. Pour se déplacer les bactéries « mettent la gomme » …

Sources et illustrations : http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1518952113 et http://dx.doi.org/10.1126/science.aad2001

Un enzyme qui dégrade le PET (polyéthylène-téréphtalate)

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Les matières plastiques en tous genres ont inondé nos vies quotidiennes, depuis les touches des claviers d’ordinateurs jusqu’aux bouteilles d’eau minérale en passant par les jouets, le mobilier ou encore les chaussures et les vêtements. Rien que pour le polyéthylène-téréphtalate, plus connu sous l’abréviation de PET, une matière plastique transparente constituant les bouteilles de boissons variées, la production annuelle mondiale était de 56 millions de tonnes en 2013, dont 60 % utilisés pour les fibres textiles, par exemple le Dacron, et le reste pour les emballages. Les monomères du PET sont issus directement du pétrole. Il s’agit de l’acide téréphtalique et de l’éthylène-glycol. Le PET est inerte et jusqu’à récemment il n’était pas considéré comme biodégradable. Des petits curieux avaient bien noté quelques dégradations ici ou là, dans les creux humides des centre de retraitement des matières plastiques, mais jamais personne ne s’était sérieusement penché sur les populations bactériennes susceptibles de dégrader ces produits envahissants. C’est ce à quoi s’est intéressée une équipe de biologistes de l’Institut de Technologie de Kyoto et de la Keio University à Yokohama.

Il y a en effet un immense enjeu économique et environnemental s’il existe des activités enzymatiques capables de dégrader le PET pour le recycler car traiter des résidus de matières plastiques dans un fermenteur avec des bactéries ou éventuellement avec des enzymes produits par sur-expression avec des bactéries ou des levures comme il en existe pour les lessives, certaines synthèses chimiques ou encore dans l’industrie textile est beaucoup plus rentable industriellement que de traiter des matières plastiques chimiquement ou encore à l’aide de canons à électrons.

L’équipe dirigée par le Docteur Kenji Miyamoto a donc suivi le chemin d’investigation classique en allant dans un premier temps collecter quelques 250 échantillons dans un centre de traitement des matières plastiques situé près d’Osaka. Une mixture bactérienne s’est révélée capable de pousser sur des films de PET dans un milieu de culture contenant essentiellement des sels minéraux et quelques vitamines.

La deuxième étape a consisté à isoler la bactérie capable de pousser sur ces films de PET et de la caractériser en détail. Elle a été nommée Ideonella sakaiensis car elle fait partie de la famille des « Ideonelleae ». Les toutes premières investigations ont montré que cette bactérie semblait, à l’aide de petits filaments (indiqués par des flèches dans l’illustration), excréter quelque chose sur le film de PET, probablement des enzymes capables de dégrader ce substrat carboné, le seul présent dans le milieu de culture.

L’étape suivante a donc tout naturellement conduit à la caractérisation des gènes de la bactérie qui étaient exprimés en présence de PET puis de sur-exprimer le produit de ces gènes dans des bactéries adéquates afin d’en étudier les propriétés et reconstituer le schéma de dégradation du PET. Et ça se passe ainsi :

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PETase est un enzyme qui hydrolyse le PET en fragments dont le MHET (monohydroxy-ethyl téréphtalate) qui va à son tour être coupé en téréphtalate et éthylène-glycol. Comme tout se passe en dehors de la bactérie, celle-ci a mis au point un système lui permettant de « pomper » ces deux molécules chimiques qui vont lui servir d’aliment carboné comme le CO2 atmosphérique sert d’aliment aux plantes et au plancton. Finalement la bactérie dispose d’un équipement enzymatique interne qui va conduire à l’acide protocatechuique facilement assimilé pour le métabolisme basal.

L’étape finale de ce travail remarquable a consisté à ajouter directement l’enzyme PETase à des films de PET et le résultat – une dégradation de ces films – a permis de vérifier qu’on n’avait pas besoin de la bactérie pour procéder à la dégradation de cette matière plastique en ses constituants initiaux.

À n’en pas douter ces travaux vont conduire à des applications industrielles pour dégrader le PET dans des conditions infiniment moins coûteuses en énergie que les techniques chimiques et physiques actuellement utilisées à petite échelle en raison de leur prix. On peut imaginer des fermenteurs de plusieurs centaines de milliers de litres dans lesquels une solution enzymatique réduira le PET en ses constituants initiaux qu’on pourra récupérer et repolymériser avec les catalyseurs adéquats. Cependant il ne faut pas oublier que la majeure partie du PET (plus de 50 %) est recyclée sous forme de fibres de mauvaise qualité qui servent notamment à fabriquer des revêtements de sol ou des vêtements particuliers comme les « polaires ». Il faut souhaiter un grand avenir à ces travaux innovants qui conjuguent les techniques les plus modernes de la biologie pour aboutir à une application industrielle respectueuse de l’environnement …

Source : Science, DOI : 10.1126/science.aad6359 , article aimablement communiqué par le Docteur Kenji Miyamoto que je tiens à la disposition de mes lecteurs.

Parlons de la pyriculariose du riz

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La pyriculariose est une maladie des graminées provoquée par un champignon phytopathogène appelé Magnaporthe. Cette maladie affecte particulièrement la culture du riz avec le Magnaporthe oryzae et c’est la raison pour laquelle de nombreux travaux sont en cours pour tenter de réduire l’incidence des dégâts dans la culture du riz car cette céréale est la principale source de calories pour près de la moitié de la population mondiale. La situation est d’autant plus préoccupante que le champignon s’adapte rapidement aux traitements fongicides et devient résistant. Il s’ensuit une chute des rendements pouvant aller jusqu’à 100 % de perte comme dans certaines régions de Chine. On estime que les baisses de rendement occasionnées par la pyriculariose correspondent aux besoins en nourriture de plus de 100 millions de personnes chaque année.

Des biologistes de l’Université du Delaware se sont penché sur la rhizosphère du riz, c’est-à-dire la population microbienne du sol des rizières, et ils ont découvert qu’une bactérie particulière, un pseudomonas (Pseudomonas chlororaphis) semblait protéger le riz des attaques fongiques en stimulant les mécanismes de défense de la plante. Chaque plante herbacée dispose d’une petite panoplie de composés chimiques pour se défendre contre les agresseurs. Il s’agit de l’acide jasmonique, de l’acide salicylique et de l’acide abscissique. L’odeur caractéristique du gazon fraichement coupé est due à un ester volatil de l’acide abscissique car tondre le gazon est une agression pour la plante et le stress provoqué entraine une production de cet acide.

Comme le riz est une plante qu’on repique manuellement ou avec des machines, après avoir découvert ce pseudomonas protecteur du riz, les biologistes du Delaware ont tout de suite imaginé qu’il pouvait être possible de protéger cette culture des attaques fongiques en inoculant cette bactérie aux racines lors du repiquage. En étudiant le mécanisme de protection de la bactérie la surprise fut de constater que la synthèse d’acide abscissique était perturbée par la présence de cette bactérie. Curieusement le champignon pathogène produit lui-même cet acide et la réaction du riz n’est plus une résistance mais une plus grande susceptibilité à l’attaque fongique. La bactérie interfère avec cette production d’acide abscissique selon un mécanisme complexe perturbant l’expression de quelques gènes impliqués dans la biosynthèse de cette molécule, mais le résultat est là : le riz est en grande partie protégé et cette protection ne fait pas appel à des pesticides et est totalement anodine pour l’environnement. Il reste à mettre en œuvre la production du bacille et la mise au point du pralinage des pousses de riz lors des repiquages … Comme quoi la nature fait parfois très bien les choses.

Source : Frontiers in Plant Science, www.frontiersin.org DOI : 10.3389/fpls.2015.01082

Les bactéries, c’est comme les hommes, elles font du commerce !

Rares sont les cas où une seule espèce de bactéries existe dans un milieu naturel, et il en est de même dans le monde végétal car qui dit cohabitation sous-entend une certaine forme de coopération ou d’entraide. Les communautés humaines n’ont eu de cesse d’échanger des biens contre de la nourriture ou d’autres produits. En des temps reculés on appelait ce type de commerce du troc. C’était un échange gagnant-gagnant car il bénéficiait à chacun. Dans le sol et bien d’autres milieux liquides ou semi-solides un nombre invraisemblable de bactéries en tous genres coexiste harmonieusement et cet équilibre est la résultante d’un échange de bons procédés pour reprendre des termes anthropomorphiques. Il est vrai qu’on est toujours tenté d’établir une comparaison entre les microorganismes et les êtres humains parce qu’après tout il n’y a qu’une différence d’échelles. Les êtres humains font du commerce, les bactéries rejettent dans le milieu environnant des molécules chimiques utilisées par d’autres bactéries et ces dernières les transforment, pas toujours, en d’autres composés utilisés à leur tour par les premières. On pressentait cette sorte de symbiose dans le microcosme bactérien extraordinairement complexe mais on n’a jamais pu entrer dans les détails de cette sorte de synergie en raison de la complexité des échanges entre les diverses populations bactériennes. Or, en raison de cette complexité, comme il est impossible de suivre tous les paramètres chimiques impliqués dans cette sorte de collaboration, les microbiologistes n’ont pas eu d’autre choix que de réaliser des modélisations.

La collaboration métabolique entre communautés bactériennes n’est pas une idée nouvelle. Mais si on fait coexister plus de deux types de bactéries la situation devient extrêmement complexe car, contrairement à l’ADN ou les ARNs, les métabolites simples sont difficiles à repérer entre la source dont ils sont originaires et les bactéries qui vont les utiliser pour leurs propres besoins. C’est la raison pour laquelle l’équipe de Kiran R. Patil à l’EMBL d’Heidelberg a mis au point un modèle qui peut en quelque sorte faire une liste de toutes les possibilités auxquelles un métabolite donné peut être destiné. L’ordinateur devient alors une machine à générer des hypothèses – non pas climatiques mais métaboliques – qui passent en revue tous les scénarios possibles du devenir d’un métabolite donné. Le programme qui tient compte des données relatives à chaque espèce de bactérie arrive à prédire quel sera le destin d’une molécule dans cette cohabitation naturelle.

Cette modélisation d’un nouveau genre, appliquée à 800 communautés bactériennes différentes a été appelée SMETANA, un acronyme pour « Species METabolic interaction ANAlysis », rien à voir avec le compositeur éponyme tchèque. Pour ne pas faire n’importe quoi, il fallut passer aussi en revue quelques 261 espèces de bactéries vivant dans 1297 communautés différentes et répertoriées par leur ARN 16S ou ARN ribosomique, une sorte d’empreinte digitale de chaque bactérie. C’était le début d’un immense travail car il fallut aussi déterminer à quel point chaque espèce de bactérie dépend des autres communautés vivant en groupes plus ou moins importants. En effet, l’importance d’une population donnée influe sur le développement d’une autre population bactérienne, un peu comme si on étudiait l’influence de la ville de Baltimore sur celle de Philadelphie aux USA ou l’interrelation entre Osaka et Tokyo au Japon. Connaissant de manière approchée le tableau métabolique de chaque espèce de bactéries de par l’expression des ARNs messagers codant pour des enzymes impliqués dans une activité métabolique précise il fut alors possible de faire des prédictions malgré les incertitudes relatives aux régulations auxquelles sont soumises ces activités.

Ce qui a tout de suite semblé évident c’est la compétition entre les diverses populations de bactéries. Indépendamment du fait que nous possédons un grand nombre de gènes qui sont, sommes toutes, pas très différents de leurs homologues bactériens, notre comportement dans un univers où la compétition est la règle induit un comportement tout aussi analogue. Si les ressources alimentaires sont limitées, une féroce compétition s’installe et peut parfois conduire à un conflit armé. Dans le modèle développé par l’équipe de Patil le concept de superposition des ressources métaboliques a permis de comprendre le mécanisme qui permet à des communautés bactériennes diverses de coexister. En un mot il s’est agi de comparer les composants nutritionnels dont chaque espèce en présence a besoin pour sa survie, les composants pour lesquels ces espèces sont en compétition. L’empiètement inévitable des ressources métaboliques entre les différentes espèces bactériennes, un peu ce qu’on retrouve sur notre planète pour les ressources minérales et énergétiques, englobait dans ce modèle les ressources vitales, une nécessité absolue, et celles pouvant à la rigueur être partagées entre communautés.

En se focalisant sur les ressources vitales, l’idée fut d’introduire un critère de modélisation signifiant qu’un métabolite particulier était par exemple vital pour toutes les communautés bactériennes, le « Metabolic Resource Overlap » (MRO) fut donc, dans cet exercice de modélisation, l’un des éléments centraux de l’analyse. Quand par exemple trois communautés de bactéries vivant dans le même milieu mais n’interagissant pas, il faut un apport de métabolites externes complexe. Quand au contraire ces communautés interagissent l’apport extérieur peut être très réduit puisque chaque communauté libère dans le milieu les métabolites nécessaires aux autres communautés et vice-versa :

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Il est donc nécessaire d’introduire un terme permettant d’évaluer la propension d’une communauté à participer à la coexistence avec d’autres communautés de bactéries, il s’agit du potentiel d’interaction métabolique (MIP pour « metabolic interaction potential »). Ce paramètre est défini par la diversité des produits excrétés par une bactérie en regard de ses gènes exprimés, ce qui est maintenant facile à évaluer en identifiant les ARNs messagers présents à un instant t dans une culture. La modélisation développée au laboratoire de l’EMBL à Heidelberg en Allemagne sous la direction de Kiran Patil a permis, en s’appuyant sur un ensemble de données expérimentales et dans des conditions de « disette », en d’autres termes de disponibilité en nutriments limitée, de montrer que les bactéries tirent un avantage de leur collaboration en s’adaptant les unes aux autres ou en termes anthropomorphiques en mutualisant leurs fonctionnements métaboliques afin de permettre des échanges bénéfiques pour chacune des parties ou communautés coexistantes. Les résultats obtenus aboutissent à une nouvelle interprétation de l’hypothèse de naturalisation de Darwin qui stipulait que des espèces cohabitant dans un milieu donné devaient être suffisamment dissemblables pour ne pas risquer d’exclusion résultant d’une trop forte compétition pour la nourriture. Il ressort en effet que les différences entre communautés bactériennes sont la raison même des potentialités de biosynthèses complémentaires et bénéfiques pour la survie dans des conditions variées où la nourriture disponible est limitée, un genre de relation « commerciale » gagnant-gagnant.

On est étonné de constater que le comportement et l’adaptation des bactéries ressemblent aux comportements humains ! Dès le néolithique les communautés humaines procédèrent à des échanges de biens, d’outils, de bijoux ou de poteries en échange de toutes sortes de denrées, des aliments, des vêtements ou d’autres outils. Encore aujourd’hui les pays, les régions diverses du globe terrestre procèdent continuellement à des échanges parfois hétéroclites qui, avec le temps et l’augmentation de la complexité de ces comportements, ont été codifiés et référencés sur la base de métaux précieux comme contre-valeur ou de monnaie. Mais globalement les bactéries avaient bien avant les humains inventé les échanges, les marchés et les accords gagnant-gagnant.

Les prochaines recherches de l’EMBL d’Heidelberg se focaliseront sur les bactéries du système digestif et on peut s’attendre à des découvertes et des mises au point spectaculaires dans ce domaine très particulier dont dépend notre santé.

Sources : http://news.embl.de/science/1505-microbes/ et PNAS : http://www.pnas.org/content/112/20/6449 , illustrations PNAS.