Dans les biofilms, les différentes espèces de bactéries ne cherchent pas à s’éliminer mais à collaborer entre elles. © fotoliaxrender, Adobe Stock

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Dans le monde des bactéries, l'évolution se fait aussi par la collaboration

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Loin d'être froidement éliminées par la sélection naturelle, les bactéries les plus faibles, coexistant au sein d'une communauté de plusieurs espèces, se voient aidées par les plus résistantes afin qu'elles développent de nouvelles compétences. Une interaction complexe mais qui pourrait avoir des débouchés très importants dans les biotechnologies.

Dans la théorie de l'évolution édictée par Charles Darwin, la sélection naturelle favorise les individus ayant les caractéristiques les mieux adaptées à leur environnement ; chaque individu est donc en compétition avec les autres, les plus faibles étant éliminés sans pitié. Évidemment, ce principe n'est plus applicable à l'Homme, qui a trouvé le moyen de guérir des maladies graves et de protéger les personnes fragiles qui, autrefois, seraient mortes (et donc leurs gènes avec). Des chercheurs de l'université de Copenhague (Danemark) montrent aujourd'hui que les bactéries aussi dérogent à cette théorie implacable mais pas à la théorie de l'évolution sous sa forme modernisée.

Le mode « collaboratif » plus efficace que mode « compétitif »

Dans une étude publiée le 27 août dans la revue ISME Journal, les chercheurs ont analysé les interactions microbiennes dans des biofilms et constaté que les bactéries adoptaient un mode « collaboratif » plutôt que « compétitif » face à une menace. Pour arriver à cette conclusion, ils ont isolé des communautés de bactéries sur une petite feuille de maïs, un espace réduit où elles doivent lutter pour gagner leur place. Ils ont ensuite analysé le biofilm formé par les bactéries, reflétant leur capacité de résistance face à des stress extérieurs (antibiotiques, prédateurs...). « Lorsque les bactéries sont saines, elles produisent plus de biofilm et deviennent plus fortes et plus résistantes », précise le biologiste Johannes Sørensen, co-auteur de l'article.

La spécialisation des tâches avant Henri Ford

Au fil du temps, les chercheurs ont observé que la communauté de microbes alloue un espace réservé aux bactéries les plus faibles, afin qu'elles puissent continuer à se développer sans se faire supplanter par les bactéries les plus résistantes. Les bactéries se répartissent aussi les tâches les plus difficiles en les partageant avec leurs voisines selon leurs compétences. « Henri Ford pensait avoir trouvé une idée révolutionnaire avec la spécialisation des travailleurs sur une chaîne d'assemblage, mais les bactéries avaient trouvé l'astuce depuis des millions d'années », plaisante Johannes Sørensen. Selon le chercheur, cette collaboration permet à des bactéries d'exprimer des propriétés qu'elles n'auraient pas pu développer seules. « Quand les bactéries sont ensemble, de nouvelles compétences peuvent ainsi émerger », explique-t-il, ce qui favorise la communauté toute entière.

La collaboration entre bactéries leur permet de produire 300 fois plus de biofilm et ainsi de se protéger plus efficacement contre des agressions environnementales. © Université de Copenhague, traduction de Céline Deluzarche

Comment les bactéries communiquent entre elles

Quelque 90 % des espèces bactériennes vivent sous forme communautaire dans les biofilms, ce qui leur confère des avantages environnementaux importants comme, par exemple, le réagencement stratégique en cas d'agression extérieure. De nombreuses autres études se sont précédemment penchées sur la collaboration entre bactéries dans les biofilms. Il a notamment été montré que les microbes communiquent par le biais de molécules chimiques, un phénomène, appelé quorum sensing. Ce mécanisme contrôle l'expression des gènes en fonction de la densité cellulaire dans le biofilm, permettant une autorégulation des populations face à un stress environnemental.

Peut-on reproduire la nature en laboratoire ?

Les scientifiques sont pourtant divisés sur le type d'interactions entretenues entre les bactéries. En 2012, deux chercheurs britanniques étaient arrivés à une conclusion totalement opposée à celle de Sørensen et ses collègues, affirmant que la grande majorité des interactions entre bactéries sont négatives, c'est-à dire qu'elles sont fondées sur un rapport prédateur-proie plutôt qu'un mode collaboratif. La majorité des articles penchent cependant pour l'hypothèse collaborative. Certaines souches, comme Streptococcus oralis ou Actinomyces naeslundii, sont même incapables de se développer seules, sans la présence d'autres espèces. Il est en fait très difficile d'évaluer précisément l'équilibre microbien dans une communauté donnée. « Dans des conditions de laboratoire homogènes, la plupart des tentatives de co-culture de plusieurs espèces microbiennes n'aboutissent pas à des communautés stables, en partie à cause d'une concurrence inégale pour les nutriments entre les espèces », expliquent ainsi les auteurs d'une étude parue dans la revue PNAS en 2008. Il semble également que le nombre d'espèces de bactéries en jeu ou le type de substrat impacte le mode de collaboration.

Ce qui pourrait ressembler à un débat purement scientifique a pourtant des implications bien concrètes. « Aujourd'hui, la grande majorité des biotech se concentrent sur l'étude d'une bactérie spécifique, rapporte Johannes Sørensen. Dans la nature, au contraire, les bactéries vivent en communautés de plusieurs espèces et c'est beaucoup plus efficace ». Une piste prometteuse pour doper les traitements ou inventer de nouveaux matériaux.

  • L’organisation coopérative entre les bactéries à l’intérieur de biofilms leur permet de mieux résister aux stress environnementaux.
  • Loin d’être éliminées par la sélection naturelle, les bactéries les plus faibles se voient allouer un espace afin qu’elles puissent continuer à se développer.
  • L’étude de la cohabitation entre les bactéries pourrait aboutir à des applications biotechnologiques bien plus efficaces.
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