Notre corps subit plusieurs changements tout au long de notre vie. La même chose se produit avec les microbes qui vivent avec nous. Après tout, ceux-ci constituent une grande partie des cellules de notre organisme. Mais, en comparaison avec les cellules qui composent nos tissus et organes, ces microbes se divisent très rapidement, ce qui rend plus fréquentes les erreurs occasionnelles dans leur matériel génétique (mutations). Ces erreurs déterminent l'évolution des micro-organismes et expliquent, entre autres, leur probabilité de provoquer des maladies.

La plupart des études concernant l'évolution bactérienne sont menées en dehors d'organismes vivants ou dans des modèles animaux traités avec des antibiotiques, qui ne reproduisent pas un environnement naturel et sain. De plus, très peu d'études ont évalué comment les microbes évoluent pendant plus d'un mois. Pour ces raisons, la façon dont les bactéries évoluent à long terme lorsqu'elles colonisent un hôte sain reste une question ouverte.

Des chercheurs de l'Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC) ont étudié l'évolution d'une souche envahissante de la bactérie Escherichia coli pendant plus de six mille générations dans l'intestin de souris. Pendant plus d'un an, ils ont isolé des bactéries de fèces de souris pour évaluer les altérations de leur matériel génétique. Au final, les auteurs ont montré que lorsqu'une nouvelle bactérie colonise l'intestin des mammifères, elle évolue de deux manières :1) en générant une série de mutations métaboliques qui altèrent leur capacité à consommer des nutriments ou 2) en intégrant du matériel génétique d'autres micro-organismes.

Au cours de l'étude, des versions d'E. coli qui sont génétiquement et fonctionnellement différentes et, par conséquent, ont des capacités différentes à s'adapter à différents environnements, sont apparues. Ces versions de la même bactérie coexistent dans l'intestin de l'hôte pendant des millions de générations. Cette coexistence peut toutefois être supplantée par la fixation préférentielle de bactéries aux caractéristiques spécifiques, notamment si celles-ci présentent des mutations bénéfiques. Cela s'est produit chez toutes les souris qui avaient, a priori, une souche résidente d'E. coli dans leur intestin. La compétition a poussé les deux variétés à évoluer. Plus précisément, la souche envahissante a acquis le matériel génétique de la souche résidente, grâce à l'action des bactériophages (virus qui infectent les bactéries).

Lorsque les bactéries intègrent le matériel génétique du virus de manière stable, elles deviennent plus aptes à survivre dans l'intestin. Cependant, si le virus se multiplie, ceux-ci finissent par mourir. Les chercheurs ont montré que, curieusement, 5 à 16 mois après avoir colonisé l'intestin de l'hôte, l'envahisseur E. coli meurt moins car il inhibe la multiplication du virus. Cela signifie que les bactéries ont évolué pour "domestiquer" les virus bactériens, en conservant les avantages qu'ils apportaient, mais en se débarrassant des coûts associés.

"C'était vraiment excitant de découvrir que les bactéries utilisent autant de processus différents pour évoluer dans l'intestin", déclare Nelson Frazão, postdoctorant à l'IGC et premier auteur de l'article. Ces travaux ouvrent la voie vers l'anticipation de l'évolution des bactéries dans notre organisme. "En comprenant comment les bactéries évoluent sur le long terme, nous pourrions anticiper et même éviter la résistance aux antibiotiques ou la colonisation de l'intestin par des bactéries pathogènes qui entravent le succès de certains traitements et peuvent entraîner la mort", conclut le chercheur.

La recherche a été publiée dans Nature Communications . + Explorer plus loin

Le sexe bactérien entraîne l'évolution des microbes pour conquérir et coloniser l'intestin