Dans les sciences de la vie modernes, un changement de paradigme devient de plus en plus évident :les formes de vie ne sont plus considérées comme des unités autonomes, mais plutôt des communautés d'organismes hautement complexes et fonctionnellement interdépendantes. L'exploration des liens étroits entre la vie multicellulaire et surtout bactérienne permettra, dans le futur, être la clé d'une meilleure compréhension des processus de la vie dans leur ensemble, et en particulier la transition entre la santé et la maladie. Cependant, le fonctionnement en détail de la coopération et de la communication des organismes est actuellement encore largement inconnu. Une étape importante dans le décryptage de ces relations multi-organismes a été franchie par les chercheurs du groupe de travail Cell and Developmental Biology de l'Institut zoologique de l'Université de Kiel :les scientifiques, dirigé par le Dr Sebastian Fraune, ont pu prouver pour la première fois que les organismes hôtes peuvent contrôler non seulement la composition de leurs bactéries colonisatrices, mais aussi leur fonction. Les chercheurs de la CAU ont publié leurs découvertes révolutionnaires – dérivées de l'exemple du polype d'eau douce Hydra et de leurs symbiotes bactériens spécifiques – lundi dernier dans le dernier numéro de la revue scientifique. Actes de l'Académie nationale des sciences .

"Le point de départ de notre enquête a été l'observation qu'Hydra peut influencer la composition de la colonisation bactérienne spécifique à l'espèce, par la formation de certaines substances antimicrobiennes, " a expliqué le Dr Cleo Pietschke, auteur principal de l'étude. En principe, ces formes de vie simples gèrent ainsi la même tâche que les organismes plus développés doivent également accomplir pour établir un microbiome sain :utiliser leur système immunitaire, ils assurent la colonisation par la « bonne » composition de bactéries, et doit en même temps empêcher les micro-organismes utiles d'avoir un effet nocif. Les travaux présentés se sont concentrés sur la façon dont ce processus de colonisation est soutenu par la communication entre l'hôte et les bactéries.

Une fois qu'une densité de population spécifique est atteinte, les communautés bactériennes peuvent travailler ensemble en équipe, afin de remplir certaines fonctions. La coordination de ces fonctions repose sur un mécanisme de capteurs, avec laquelle les bactéries individuelles peuvent déterminer la densité de population totale à l'aide de molécules de signalisation. Une fois une valeur seuil atteinte, ces molécules signal activent des gènes, et ainsi réguler certaines fonctions cellulaires. En utilisant ce processus, connu sous le nom de détection de quorum, les fonctions de contrôle des bactéries telles que la colonisation des surfaces, ou la production de toxines.

L'équipe de recherche de Kiel a maintenant montré que l'organisme hôte peut modifier le mécanisme de détection du quorum de la bactérie. Les cnidaires influencent ainsi directement les molécules signal bactériennes, et ainsi promouvoir activement le processus de colonisation de leurs propres tissus. "Nous avons découvert qu'Hydra influence non seulement la présence de leurs symbiotes bactériens, mais peut aussi interférer directement avec leur fonction, " a souligné Fraune, chercheur associé au groupe de travail Biologie cellulaire et du développement. L'équipe de recherche a décrit en détail, pour la première fois, un hôte utilisant l'extinction de quorum pour inhiber la communication moléculaire des bactéries. Auparavant, il n'y avait que deux autres exemples de telles interventions par un organisme hôte. Spécifiquement, les chercheurs de Kiel ont prouvé qu'une modification de certaines molécules signal par l'hôte favorise la colonisation par Curvibacter, la bactérie la plus fréquente associée à Hydra.

Les chercheurs du CAU ont étudié l'influence du mécanisme de l'hôte sur sa communauté bactérienne en observant l'effet d'une molécule signal et de son homologue bactérien modifié par l'hôte. Premièrement, ils ont apporté Hydra sans germe, c'est-à-dire des organismes élevés en laboratoire sans colonisation bactérienne, en contact avec la bactérie Curvibacter. Il était évident que la colonisation bactérienne était faible, tant que des molécules signal non modifiées étaient présentes. Dès que ceux-ci ont été modifiés par l'influence de l'organisme hôte, les bactéries colonisaient normalement le corps des cnidaires. Les chercheurs ont ensuite répété l'expérience sur des organismes qui présentaient déjà une colonisation bactérienne. Le même modèle a émergé ici, aussi :seules les molécules de signal modifiées par l'hôte ont encouragé une colonisation cohérente et typique de l'hydre par leurs symbiotes bactériens. D'autres études sont nécessaires pour déterminer comment ces résultats, obtenu à partir d'organismes modèles cnidaires, peut être appliqué à d'autres formes de vie. Cependant, puisque les Hydra sont des organismes évolutifs primitifs, il est probable que ce mécanisme soit également présent de manière similaire dans les organismes hautement développés.

« A l'interface entre la recherche fondamentale et la médecine, il devient de plus en plus clair que la clé de la santé réside dans l'équilibre entre le corps et les symbiotes bactériens. À l'avenir, nous aurons la tâche difficile d'essayer de comprendre les relations très complexes entre les hôtes et les bactéries. Avec nos nouvelles découvertes, nous sommes un peu plus près d'y parvenir, " a déclaré un Fraune optimiste.