Dans un essai récent publié dans PLOS Biology , une équipe de chercheurs de l'Université d'Umeå décrivent comment les modèles mathématiques peuvent faire progresser la recherche sur l'endosymbiose.

Les endosymbiontes sont partout :dans nos cellules, les mitochondries génèrent la majeure partie de notre énergie, les plantes dépendent des chloroplastes pour la photosynthèse et de nombreux insectes ne peuvent pas se reproduire sans leurs endosymbiontes. Ce n'est cependant que la pointe de l'iceberg en matière d'endosymbioses.

"Les relations endosymbiotiques sont incroyablement diverses et complexes. Par exemple, de nouvelles recherches ont révélé que les endosymbiontes peuvent déterminer si les embryons peuvent être formés avec succès et même guider le développement embryonnaire", explique Lucas Santana Souza, chercheur postdoctoral à l'Université d'Umeå et co-auteur de l'étude. article dans PLOS Biologie .

Malgré leur omniprésence, les endosymbioses peuvent être difficiles à étudier.

"Considérez l'origine des mitochondries dans nos cellules. C'était autrefois un organisme distinct, mais grâce à une endosymbiose survenue il y a des centaines de millions d'années, elle est devenue un élément crucial de toute vie complexe. Cependant, nous ne pouvons pas étudier cet ancien et événement rare en le reproduisant en laboratoire ou en remontant dans le temps :nous avons besoin d'autres moyens et les modèles mathématiques sont un excellent outil", déclare Eric Libby, professeur agrégé au Département de mathématiques et de statistiques mathématiques.

Les modèles mathématiques peuvent nous aider à comprendre comment différents facteurs affectent les interactions entre les endosymbiotes et leurs hôtes. Dans cet essai, les auteurs montrent comment ces modèles peuvent générer des idées et compléter la recherche réelle. Ils soulignent également des questions importantes nécessitant une enquête plus approfondie.

Un tel exemple est lié aux coraux et à leurs endosymbiontes, qui revêtent une importance particulière à l’heure actuelle alors que les phénomènes de blanchissement des coraux augmentent dans le monde en raison de l’augmentation des vagues de chaleur. Lors du blanchissement du corail, le corail expulse ses endosymbiontes et perd sa capacité à générer de la nourriture, ce qui peut entraîner sa mort.

Il est intéressant de noter que les coraux peuvent remplacer leurs endosymbiontes par ceux qui améliorent leur capacité à résister aux vagues de chaleur. C'est l'un des domaines de recherche qui intéresse le plus le co-auteur de l'étude, Adriano Bonforti, chercheur postdoctoral à l'Université d'Umeå.

"Le casse-tête consiste à comprendre quand les coraux doivent modifier leur communauté endosymbiotique afin qu'un type d'endosymbiote devienne dominant sur les autres, modifiant ainsi la réponse du corail aux effecteurs de stress. Les modèles mathématiques peuvent suggérer des raisons probables pour lesquelles et comment les coraux devraient changer. Les résultats Certaines de ces approches théoriques peuvent ensuite aider à orienter les futures recherches expérimentales", dit-il.

Les auteurs plaident également en faveur d’une collaboration accrue entre les chercheurs en endosymbiose. Ils établissent des parallèles entre les relations endosymbiotiques et l’interaction entre modélisateurs mathématiques et expérimentateurs. Tous deux ont des approches et des parcours différents, mais le résultat de leur collaboration peut être extrêmement fructueux, selon eux.

"Considérez les modélisateurs comme des partenaires bénéfiques, s'inspirant et posant des questions intrigantes à partir des riches découvertes empiriques. Dans ce contexte, les modélisateurs contribuent en simplifiant des concepts complexes, en découvrant des processus fondamentaux et en ouvrant de nouvelles voies d'exploration. Avec cet essai, nous espérons construire un pont plus fort entre les deux domaines et pour indiquer des orientations fructueuses pour la recherche endosymbiotique", déclare Lucas Santana Souza.