Les bactéries, les plus petits organismes vivants au monde, forment des communautés où des corps unifiés d'individus vivent ensemble, contribuent une part de la propriété et partagent des intérêts communs.

Le sol autour des racines d'une plante contient des millions d'organismes qui interagissent constamment, trop d'acteurs occupés à étudier en même temps, malgré l'importance de comprendre comment les microbes se mélangent.

Dans une étude publiée dans la revue mBio , des chercheurs de l'Université du Wisconsin-Madison ont appris qu'un modèle considérablement réduit d'une communauté microbienne permet d'observer certaines des interactions complexes. Ce faisant, ils ont découvert un acteur clé de la communication microbienne :la présence ou l'absence d'un composé antibiotique produit par l'un des membres de la communauté affectait le comportement des deux autres membres.

On comprend peu de choses sur la façon dont les microbes individuels interagissent les uns avec les autres dans les communautés, mais cette connaissance est extrêmement prometteuse.

Par exemple, la bactérie Bacillus cereus peut protéger les plantes en produisant un antibiotique qui dissuade l'agent pathogène responsable de la « fonte des semis », une maladie qui tue les semis et coûte cher aux agriculteurs. Mais les agents de lutte biologique comme B. cereus ne sont pas toujours efficaces. Parfois, les plantes traitées avec B. cereus fleurissent, parfois non, et les chercheurs essaient de comprendre pourquoi.

"Les bactéries ne vivent pas dans l'isolement", explique Amanda Hurley, auteur principal de la nouvelle étude ; AAAS Science and Technology Policy Fellow; et ancien post-doctorant dans le laboratoire du professeur Jo Handelsman de l'UW-Madison, directeur du Wisconsin Institute for Discovery.

"Si nous pouvions comprendre comment les interactions entre les espèces changent en présence de plusieurs espèces, nous pourrions commencer à comprendre les tendances de communication de communautés microbiennes entières. En utilisant la chimie ou la génétique, nous pourrions interrompre certaines conversations et en amplifier d'autres, conduisant à des microbiomes qui interagissent avec leur les environnements de manière plus positive et prévisible, qu'il s'agisse des humains, des cultures ou du sol lui-même."

Déchiffrer les interactions entre micro-organismes pourrait aider à concevoir un environnement plus favorable à Bacillus cereus. Hurley et ses co-auteurs Marc Chevrette, ancien post-doctorant au laboratoire Handelsman et actuellement professeur adjoint à l'Université de Floride, et Natalia Rosario-Melendez, étudiante diplômée au laboratoire Handelsman, ont entrepris de décoder et de traduire les conversations chimiques. Le groupe a créé un système modèle composé de trois espèces :Flavobacterium johnsoniae et Pseudomonas koreensis ont été isolés avec B. cereus à partir de racines de soja cultivées en plein champ, qu'ils ont surnommés "Les auto-stoppeurs de la rhizosphère" ou THOR.

Les bactéries communiquent souvent par le langage de la chimie. Manipuler cette chimie à l'aide de gènes et de produits chimiques pourrait changer la conversation et faire en sorte que Bacillus cereus se sente le bienvenu sur les racines des plantes.

Les chercheurs ont construit des profils des organismes THOR en utilisant leur ARNm, des molécules produites lorsqu'un gène est exprimé. Dans chaque combinaison de bactéries THOR, les chercheurs ont recherché des différences dans l'expression des gènes. Les organismes THOR ont réagi les uns aux autres différemment dans chaque combinaison, et lorsque les trois espèces étaient ensemble, de nouvelles choses ont commencé à se produire qui ne se sont produites dans aucune des paires ou conditions individuelles.

Dans la communauté THOR, l'expression des gènes était dominée par les interactions avec un membre, P. koreensis. Les résultats ont été médiatisés par la présence de l'antibiotique koreenceine - le marteau métaphorique de THOR. Cette molécule unique semble affecter l'expression et l'interaction de milliers de gènes à travers les réseaux communautaires. Selon les chercheurs, déterminer comment la koreenceine régule les gènes de la communauté sera une piste fructueuse pour une enquête plus approfondie.

L'étude valide l'idée initiale de Handelsman selon laquelle les communautés valent la peine d'être étudiées, car l'activité au sein de la communauté n'est pas seulement la somme des membres, mais reflète les propriétés de la communauté.

"Traditionnellement, les gens ne regardent qu'un seul organisme. Ce qui rend notre étude différente, c'est que nous avons regardé la communauté", explique Chevrette. "Les communautés sont différentes. Il y a quelque chose d'intrinsèquement unique à une communauté qui la rend différente de la somme de ses parties. L'utilisation de la simplicité des microbiomes modèles peut nous aider à relever le défi de comprendre les microbes dans des communautés complexes et comment ils peuvent être modifiés pour améliorer la santé humaine, environnementale et agricole. + Explorer plus loin

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