Microbiomes, communautés d'organismes unicellulaires, sont partout dans la nature. Ils jouent un rôle important dans la santé et l'agriculture, pourtant, nous en savons étonnamment peu à leur sujet. Les nanosciences pourraient aider.
Dans une discussion de grande envergure, deux chercheurs de haut niveau se sont entretenus avec la Fondation Kavli sur la façon dont les nanosciences peuvent nous aider à comprendre et à manipuler les microbiomes naturels.
Les microbiomes sont des communautés de bactéries, champignons, protozoaires, algues, d'autres microbes unicellulaires, et les virus qui interagissent les uns avec les autres de manière complexe. Ces écosystèmes sont extrêmement complexes. Quelques grammes de sol ou de sédiments marins peuvent contenir jusqu'à plusieurs centaines de milliers d'espèces différentes de microbes.
"Il y a toutes ces chimies étonnantes que les microbes effectuent qui peuvent faire des choses vraiment merveilleuses pour l'humanité, comme fournir de nouveaux antibiotiques et nutriments pour les cultures. C'est à peu près une ressource illimitée de nouveauté et de chimie - si nous pouvons développer des outils améliorés pour l'exploiter, " dit Eoin Brodie, un scientifique du département d'écologie du Lawrence Berkeley National Laboratory.
Autrefois, les chercheurs ont cherché à comprendre ces communautés en cultivant différents microbes dans les cultures et en observant leurs comportements. Pourtant, seule une petite fraction de ces micro-organismes se développe dans des cultures pures.
Les nanosciences pourraient fournir de nouvelles façons de démêler ces écosystèmes complexes, selon Jack Gilbert, chercheur principal à la division des biosciences du Laboratoire national d'Argonne.
Une façon d'avoir un aperçu des microbiomes est de marquer un acide aminé ou une particule alimentaire avec des points quantiques et de les irradier pour qu'ils brillent. Cela montrerait quels microbes étaient actifs et comment ils réagissent aux différents stimuli environnementaux au fil du temps, expliqua Gilbert.
Les nanosciences pourraient également aider les chercheurs à « éliminer » les espèces du microbiome de la même manière que nous éliminons les gènes de l'ADN. Cela permettrait aux scientifiques d'étudier ce que les souches individuelles contribuent à la communauté.
Brodie pense que nous pourrions utiliser des capteurs à l'échelle nanométrique similaires à ceux en cours de développement pour étudier le cerveau afin d'étudier le sol. Ces appareils de la taille d'une puce seraient peu coûteux et alimentés par des ondes radio, ils n'auraient donc pas besoin de piles pour prendre des lectures et transmettre des données. Les chercheurs pourraient ensemencer le sol avec des dizaines de milliers de ces capteurs et observer comment le microbiome change à mesure que les racines des plantes pénètrent dans le sol.
Des capteurs similaires pourraient nous aider à comprendre comment les bactéries développent une résistance aux antibiotiques et forment des réservoirs de maladies dans les hôpitaux, dit Gilbert, qui étudie l'évolution des microbiomes dans les établissements médicaux.
Brodie et Gilbert pensent tous deux que nous pourrions obtenir des résultats importants en manipulant les microbiomes.
Brodie, pour des exemples, estime qu'en modifiant les colonies bactériennes qui transforment l'azote atmosphérique en engrais et qui vivent déjà sur de nombreuses plantes, nous pourrions réduire ou éliminer le besoin de fertilisation.
Gilbert pense que les microbiomes pourraient améliorer la santé. Un nombre croissant de recherches relie des troubles inflammatoires tels que l'asthme et l'eczéma à la santé du microbiome personnel. Gilbert essaie de créer des habitats idéaux pour des microbiomes sains dans nos maisons, Immeubles de bureaux, et les espaces publics. Ces habitats exposeraient les gens, surtout les nourrissons, aux microbes dont ils ont besoin pour renforcer leur système immunitaire.
Gilbert appelle la confluence de la nanoscience et de la recherche sur le microbiome un domaine naissant.
Brodie est d'accord :« Nous devons clairement travailler dans plusieurs disciplines et continuer à étendre nos réseaux de chercheurs. Nous devons continuer à tendre la main.
