De nombreuses fonctions vitales, telles que l'absorption des nutriments, la régulation du système immunitaire ou les processus neurologiques, résultent des interactions entre l'organisme hôte et les symbiotes microbiens. La coopération fonctionnelle entre l'hôte et les micro-organismes, que les scientifiques appellent un métaorganisme, est étudiée en détail à l'Université de Kiel au Centre de recherche collaborative (CRC) 1182 Origine et fonction des métaorganismes.

Les scientifiques soupçonnent que le microbiome peut contribuer de manière significative à l’adaptation environnementale et à la condition physique d’un organisme dans son ensemble. Ils voient une raison à cela dans la capacité d'adaptation rapide des micro-organismes, qui peuvent réagir beaucoup plus rapidement aux conditions environnementales changeantes que les organismes hôtes à évolution généralement plus lente.

La façon dont la colonisation et la composition du microbiome s'établissent au cours du développement individuel de l'organisme hôte fait l'objet de recherches actuelles.

Une équipe du groupe de recherche sur l'écologie évolutive et la génétique dirigée par le professeur Hinrich Schulenburg de l'institut zoologique de l'université de Kiel, en collaboration avec d'autres groupes de recherche du CRC 1182 de différentes facultés et de l'institut Max Planck de biologie évolutive de Plön, a étudié la question. dynamique de la colonisation du microbiome.

Ils ont découvert que le microbiome de l'organisme hôte du nématode n'a pas une composition aléatoire sur une longue période de sa vie, ce qui suggère que la communauté microbienne est le résultat de processus de sélection dirigés. L'étude est publiée dans mBio .

Cette hypothèse est étayée par l’analyse du génome des espèces microbiennes du microbiome du ver. De nombreux gènes ont été découverts, responsables de certaines fonctions métaboliques importantes pour l'organisme hôte et également pertinentes dans d'autres organismes.

Avec ces résultats, les chercheurs de Kiel montrent une fois de plus que l'ascaris Caenorhabditis elegans est particulièrement bien adapté comme organisme modèle informatif pour la recherche sur le microbiome intestinal.

Dynamique de la composition du microbiome tout au long de la vie du nématode

Afin d'étudier l'évolution de la composition du microbiome chez C. elegans au fil du temps, la Dre Agnes Piecyk, ancienne chercheuse du groupe Écologie évolutive et génétique, qui a planifié et dirigé les expériences, a utilisé une communauté caractéristique de 43 espèces bactériennes différentes qui sont On le trouve généralement chez le nématode dans la nature.

Elle a introduit cette communauté microbienne chez des animaux auparavant exempts de germes et les a colonisés sur un milieu de culture à proximité directe des vers et dans des boîtes de Pétri séparées sans aucun contact avec les animaux. Les chercheurs ont ensuite analysé comment la composition de cette communauté microbienne expérimentale a changé dans diverses conditions au cours d'une semaine environ à six moments différents, ce qui correspond à la durée de vie moyenne des vers filiformes.

Au cours de l’expérience, il est devenu évident que le temps ne jouait un rôle important que dans les communautés microbiennes associées à l’hôte, c’est-à-dire les bactéries vivant dans les vers. "Leur composition a changé de telle manière que certaines espèces bactériennes spécifiques sont apparues plus fréquemment", explique le Dr Johannes Zimmermann, également chercheur au sein du groupe de travail Écologie évolutive et génétique, qui a analysé les données.

Par exemple, les bactéries Ochrobactrum et Enterobacter s'accumulent dans l'intestin du ver. "Ces dynamiques ne peuvent pas être expliquées de manière convaincante par des processus stochastiques, c'est-à-dire en principe aléatoires. Nous voulions donc savoir s'il pouvait y avoir des processus dirigés impliqués dans le changement dynamique du microbiome du ver au fil du temps", explique Zimmermann.

L'analyse du génome indique la sélection de certaines fonctions métaboliques utiles

Dans l’étape suivante, l’équipe de recherche a analysé les génomes des micro-organismes du microbiome du ver contenant toutes les informations génétiques des communautés bactériennes au cours de la durée de vie des vers. Il est intéressant de noter que les chercheurs ont découvert des similitudes frappantes entre les communautés microbiennes associées à l'hôte et les gènes connus grâce à la recherche sur le microbiome humain.

"Nous émettons l'hypothèse que cela n'est pas dû au hasard mais est dû à des interactions spécifiques entre l'hôte et le microbiome qui affectent la composition du microbiome à certains moments de la vie de l'hôte.

"Une explication très plausible de l'accumulation de certaines espèces bactériennes chez les vers par rapport aux groupes témoins pourrait donc être que l'hôte sélectionne spécifiquement certaines bactéries et les fonctions qui leur sont associées, ce qui serait avantageux pour l'organisme hôte", souligne Zimmermann. .

Cette hypothèse est renforcée par le fait que les fonctions microbiennes favorables sont universelles et vont au-delà de C. elegans, par exemple la production d'acides gras à chaîne courte, de vitamine B12 ou d'autres substances vitales.

Organisme modèle pour la recherche sur le microbiome intestinal

Dans l’ensemble, les chercheurs concluent qu’en raison de la dynamique de la composition du microbiome au cours de la vie du ver, les espèces bactériennes associées ont développé certaines stratégies compétitives et que, en particulier, les espèces qui assurent certaines fonctions utiles à l’hôte sont favorisées. En conclusion, les micro-organismes colonisateurs semblent donc être bénéfiques à l'organisme hôte dans son ensemble et l'aider ainsi à s'adapter à son environnement.

"Avec nos nouveaux travaux, nous fournissons d'importantes bases conceptuelles qui élargissent notre compréhension de la composition et de la fonction du microbiome et de la manière dont l'organisme hôte influence sa composition", explique Schulenburg.

"Notre étude basée sur la communauté microbienne expérimentale montre également une fois de plus que C. elegans nous fournit un système modèle précieux qui est également pertinent pour comprendre les processus fondamentaux du microbiome intestinal humain et leurs conséquences sur la santé et la maladie", conclut Schulenburg.