Un aspect central des sciences de la vie est d'explorer la cohabitation symbiotique des animaux, les plantes et les humains avec leurs communautés bactériennes spécifiques. Les scientifiques appellent l'ensemble complet des micro-organismes vivant sur et à l'intérieur d'un organisme hôte le microbiome. Au cours des dernières années, Les preuves se sont accumulées que la composition et l'équilibre de ce microbiome contribuent à la santé de l'organisme. Par exemple, des altérations de la composition de la communauté bactérienne sont impliquées dans l'origine de diverses maladies dites environnementales. Cependant, on ignore encore en grande partie comment fonctionne la coopération entre l'organisme et les bactéries au niveau moléculaire et comment le microbiome et le corps agissent exactement comme une unité fonctionnelle.
Une percée importante dans le déchiffrement de ces relations très complexes a maintenant été réalisée par une équipe de recherche de l'Institut zoologique de l'Université de Kiel. En utilisant le polype d'eau douce Hydra comme organisme modèle, les chercheurs basés à Kiel et leurs collègues internationaux ont étudié comment le système nerveux simple de ces animaux interagit avec le microbiome. Ils ont pu démontrer, pour la première fois, que les petites molécules sécrétées par les cellules nerveuses aident à réguler la composition et la colonisation de types spécifiques de bactéries bénéfiques le long de la colonne corporelle de l'hydre. "Jusqu'à maintenant, les facteurs neuronaux qui influencent la colonisation bactérienne du corps étaient en grande partie inconnus. Nous avons pu prouver que le système nerveux joue ici un rôle régulateur important, " dit le professeur Thomas Bosch, un biologiste du développement évolutionniste. Les scientifiques ont publié leurs nouvelles découvertes dans Communication Nature ce mardi.
L'équipe de recherche, dirigé par Bosch, utiliser le polype d'eau douce Hydra comme organisme modèle pour élucider les principes fondamentaux de la structure et du fonctionnement du système nerveux. L'hydre représente une ancienne branche évolutive du règne animal; ils ont un plan corporel simple avec un réseau nerveux de seulement environ 3000 neurones. L'application de la technologie expérimentale moderne à ces organismes qui, malgré leur simplicité, partagent encore une grande similitude moléculaire avec le système nerveux des vertébrés, permis l'identification des principes anciens et donc fondamentaux de la structure et de la fonction du système nerveux.
En utilisant cet organisme modèle, les chercheurs de l'Université de Kiel ont abordé la question de savoir comment les substances messagères produites par le système nerveux, connu sous le nom de neuropeptides, contrôler la coopération et la communication entre l'hôte et les microbes. Ils ont collecté des cellulaires, des preuves moléculaires et génétiques pour montrer que les neuropeptides ont une activité antibactérienne qui affecte à la fois la composition et la distribution spatiale des microbes colonisateurs.
Afin de révéler les connexions entre les neuropeptides et les communautés bactériennes, les chercheurs basés à Kiel se sont d'abord concentrés sur le développement du système nerveux du polype d'eau douce, du stade de l'œuf à celui de l'animal adulte. Les cnidaires développent un système nerveux complet en trois semaines environ. Pendant cette période de développement, les communautés bactériennes recouvrant la surface de l'animal changent radicalement, jusqu'à ce qu'une composition stable du microbiome se forme enfin. Sous l'influence de l'effet antimicrobien des neuropeptides, la concentration de bactéries dites Gram-positives, un sous-groupe de bactéries, diminue fortement sur une période d'environ quatre semaines. A la fin de l'affinage, une composition typique du microbiome prévaut, particulièrement dominée par les bactéries Curvibacter Gram-négatives. Étant donné que les neuropeptides sont particulièrement produits dans certaines zones du corps uniquement, ils contrôlent également la localisation spatiale des bactéries le long de la colonne corporelle. Ainsi, dans la région de la tête, par exemple, il y a une forte concentration de peptides antimicrobiens, résultant en six fois moins de bactéries Curvibacter que sur les tentacules.
Sur la base de ces observations, les scientifiques ont conclu que tout au long de l'évolution, le système nerveux a également participé à un rôle de contrôle du microbiome, en plus de ses tâches sensorielles et motrices. "Les découvertes sont également importantes dans un contexte évolutif. Puisque les ancêtres de ces animaux ont inventé le système nerveux, il semble que l'interaction entre le système nerveux et le microbiome soit une caractéristique ancienne des animaux multicellulaires. Étant donné que la conception simple d'Hydra a une grande pertinence fondamentale et translationnelle et promet de révéler des caractéristiques de base nouvelles et inattendues des systèmes nerveux, la poursuite des recherches sur l'interaction entre l'organisme et les bactéries se concentrera donc davantage sur les aspects neuronaux, " dit Bosch, résumer l'importance de l'œuvre.
