Les acoels, vers marins uniques qui régénèrent leur corps après une blessure, peuvent nouer des relations symbiotiques avec les algues photosynthétiques qui vivent à l'intérieur. Ces collections d'organismes symbiotiques sont appelées holobiontes, et la façon dont ils « parlent » entre eux est quelque chose que les scientifiques tentent de comprendre, surtout lorsque les espèces en question sont un animal et un microbe alimenté par l'énergie solaire.

Bo Wang, professeur adjoint de bio-ingénierie aux écoles d'ingénierie et de médecine de Stanford, a commencé à trouver des réponses. Son laboratoire, en collaboration avec l'Université de San Francisco, étudie Convolutriloba longifissura, une espèce d'acoel qui héberge l'algue symbiotique Tetraselmis.

Selon une nouvelle étude publiée dans Nature Communications , les chercheurs ont découvert que, lorsque C. longifissura se régénère, un facteur génétique qui participe à la régénération de l'acoel contrôle également la façon dont les algues à l'intérieur réagissent.

"Nous ne savons pas encore comment ces espèces communiquent entre elles ni quels sont les messagers. Mais cela montre que leurs réseaux génétiques sont connectés", a déclaré Wang, auteur principal de l'article.

Diviser les vers

L’holobionte étant un concept relativement nouveau, les scientifiques ne savent toujours pas exactement quelle est la nature de certaines relations. Le nom étrange « acoel » vient du grec et signifie « pas d'intestin », car les vers n'ont pas d'estomac à proprement parler. Au lieu de cela, tout ce qu’ils mangent va directement dans leurs tissus internes, où les algues flottent et photosynthétisent à l’intérieur de leur corps. Cette relation fournit une zone de sécurité pour les algues et une énergie supplémentaire de la photosynthèse à l'acoel.

"Il n'y avait aucune garantie qu'il y ait communication car les algues ne se trouvent pas dans les cellules de l'acoel, elles flottent autour d'elles", explique James Sikes, chercheur à l'Université de San Francisco et co-auteur principal de l'article. Sikes travaille avec les acoels depuis environ 20 ans, et leur relation symbiotique les différencie des autres animaux qui se régénèrent, comme les vers plats planaires et les axolotls.

Lorsque ces acoels se reproduisent de manière asexuée, ils se divisent d’abord en deux. La région de la tête développe une queue et devient un nouvel acœl. La queue, cependant, agit comme l'Hydre mythologique et fait pousser deux nouvelles têtes, qui se divisent ensuite en deux animaux distincts.

La régénération animale nécessite une communication entre de nombreux types de cellules différents, mais dans ce cas, elle peut également impliquer un tout autre organisme.

Les chercheurs étaient curieux de savoir comment les colonies d’algues à l’intérieur réagissaient à ce processus, en particulier si elles continuaient à photosynthétiser normalement et, dans le cas contraire, qu’est-ce qui contrôlait cela ? C'était particulièrement déroutant car l'équipe a découvert que la photosynthèse n'était pas nécessaire pour que les acoels se régénèrent :ils pouvaient le faire dans l'obscurité. Mais il doit y avoir une conversation entre les espèces pour leur survie à long terme.

"Tester si la photosynthèse était affectée était une aventure. Aucun de nous ne savait ce que nous faisions", explique Dania Nanes Sarfati, auteur principal de l'article, doctorante dans le laboratoire de Wang et boursière Stanford Bio-X Bowes. "L'une des choses les plus excitantes était que nous pouvions réellement mesurer la photosynthèse des algues se produisant à l'intérieur de l'animal."

De plus, grâce au séquençage, l’équipe a pu différencier les gènes des deux espèces et déterminer quelles voies réagissaient aux blessures. Ces mesures les ont aidés à réaliser que les algues à l'intérieur subissaient une reconstruction majeure de leur machinerie photosynthétique pendant la régénération, mais le processus par lequel elle était contrôlée était choquant.

Le rôle de 'avorton'

Lorsque les résultats sont arrivés, Wang a déclaré que l'imprévisible s'était produit. Au cours de la régénération, la repousse des acoels et la photosynthèse des algues semblaient être contrôlées par un facteur de transcription commun aux acoels appelé « runt ».

Au début, juste après la blessure, le « runt » est activé, déclenchant le processus de régénération. Pendant ce temps, la photosynthèse des algues diminue, mais il y a une régulation positive des gènes des algues associés à la photosynthèse, susceptible de compenser la perte de photosynthèse due à la division. Cependant, lorsque les chercheurs ont éliminé le « runt », cela a stoppé à la fois la régénération et la réponse des algues.

La particularité de l'avorton est qu'il est hautement conservé, ce qui signifie que le même facteur est responsable de la régénération dans de nombreux organismes différents, y compris les acoels non symbiotiques. Mais il est désormais clair qu'au lieu de simplement contrôler le processus de régénération de l'acoel, il contrôle également la communication avec une autre espèce.

Comment les holobiontes communiquent

Comprendre comment les partenaires dans les relations symbiotiques communiquent au niveau moléculaire ouvre de nombreuses nouvelles questions pour ce domaine de recherche. « Existe-t-il des règles de symbiose ? Existe-t-il ? dit Nanes Sarfati. "Cette recherche suscite ce genre de questions, que nous pouvons relier à d'autres organismes."

Wang pense que cela introduit davantage de moyens d'étudier la manière dont les espèces symbiotiques interagissent et se couplent pour former des holobiontes. Certaines de ces interactions pourraient être potentiellement provoquées par des produits chimiques, des protéines ou des facteurs environnementaux. Mais plus inquiétant encore, ces interactions deviennent désormais des points vulnérables face au défi du changement climatique, provoquant la séparation des partenaires symbiotiques.

Sikes a souligné que lui, Wang et Nanes Sarfati sont tous partis du côté animal de la relation symbiotique, mais ont réalisé que les algues réagissent également aux blessures de l'hôte, suscitant potentiellement des questions similaires dans d'autres systèmes.

"Nous pensons souvent que nous en savons beaucoup, mais nous sommes honorés lorsque nous examinons différentes espèces", a déclaré Wang. "Ils peuvent faire des choses de manière complètement inattendue, ce qui souligne la nécessité d'étudier davantage d'organismes et cela devient possible grâce à la technologie."