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Posté par Adrien le Mardi 10/07/2018 à 00:32
Evolution de la symbiose entre Lactobacillus plantarum et la drosophile
Les symbioses facultatives entre animaux et micro-organismes jouent un rôle fondamental dans la santé des écosystèmes et des organismes. Les chercheurs de l'Institut de Génomique Fonctionnelle de Lyon, utilisant le modèle expérimental drosophile/Lactobacillus plantarum, ont mis en évidence le rôle prépondérant de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...) nutritionnel comme premier facteur déterminant de cette symbiose (La symbiose est une association intime et durable entre deux organismes hétérospécifiques (espèces différentes), parfois plus. Les organismes sont qualifiés de symbiotes, ou, plus rarement symbiontes ; le plus...). Cette étude, publiée le 28 Juin 2018 dans Cell Host and Microbe, participe à une meilleure compréhension de l'évolution des symbioses bactéries-animaux.


Figure: L'adaptation génétique de la bactérie (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart...) à la nutrition (La nutrition (du latin nutrire : nourrir) désigne les processus par lesquels un être vivant transforme des aliments pour assurer son fonctionnement. La nutrition...) de son hôte, plutôt qu'à celui-ci directement, est une première étape importante dans l'évolution de la symbiose facultative entre la drosophile et Lactobacillus plantarum.
© ME. Martino (Martino est un prénom, un nom de famille et un élément de nom de lieu.) & F. Leulier, licence Creative commons.

Les symbioses entre animaux et bactéries sont ubiquitaires et leur nature très diverse. Par opposition aux interactions pathogéniques délétères pour l'hôte, les relations mutualistiques sont bénéfiques pour l'animal (Un animal (du latin animus, esprit, ou principe vital) est, selon la classification classique, un être vivant hétérotrophe,...). Elles sont très répandues dans le règne vivant, en particulier les mutualismes facultatifs, où animaux et bactéries ne sont pas dépendant l'un de l'autre pour leur survie mais ces partenaires en association partagent des bénéfices cruciaux. Toutefois la nature très flexible de leurs interactions suggère un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une préparation aussi appelée...) complexe de coûts et bénéfices associés au maintien de cette symbiose. Ainsi les pressions de sélection qui gouvernent l'évolution des bénéfices conférés par les symbiontes facultatif à leurs hôtes animaux restent largement incomprises.

Les chercheurs utilisent l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en...) entre la drosophile et sa bactérie commensale Lactobacillus plantarum comme modèle expérimental de symbiose facultative et avaient précédemment démontré que cette association est un prototype de mutualisme facultatif nutritionnel, où les deux partenaires bénéficient de leur association: la drosophile par l'optimisation de sa croissance juvénile et de sa digestion (La digestion est le processus au cours duquel un organisme vivant reçoit du milieu extérieur des aliments (eau, molécules organiques et minéraux), les modifie...) grâce à l'action du commensal et le commensal par l'action de composés sécrétés par la drosophile assurant leur meilleure persistance ( Persistance (statistiques) Persistance (informatique) en peinture : La Persistance de la mémoire (1931) en médecine : la persistance du canal...) dans la niche nutritionnelle.

Utilisant ce modèle expérimental, ils ont voulu définir quelles étaient les mécanismes guidant l'évolution de cette symbiose. Pour aborder cette question, ils ont appliqué une approche d'évolution expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes dominants tant sur le plan formel, esthétique, que sur le plan culturel et politique. En science, il s'agit d'approches de...) à une souche de Lactobacillus plantarum qui n'avait jamais été associée à la drosophile et qui présente une influence modérée sur la physiologie (La physiologie (du grec φύσις, phusis, la nature, et λόγος, logos, l'étude, la science) étudie...) de celle-ci. Cette souche a donc été associée avec des larves de drosophiles axéniques puis seules les quelques premières drosophiles émergeantes ont été sélectionnées comme fondatrice de la génération suivante, et ce pendant 20 générations. Au cours de ce protocole, les chercheurs ont identifié rapidement, de manière répétée et indépendante, des mutations dans le locus de l'acetate kinaseA (ackA) qui ont été rapidement fixées dans la population bactérienne.

Cette mutation confère un avantage compétitif pour les souches porteuses de ces mutations par rapport à la souche ancestrale mais, de manière inattendue, ces mutations ont aussi été fixées dans des protocoles d'évolution expérimentale effectués en absence de la drosophile, suggérant que la fixation de cette mutation est une adaptation bactérienne à l'environnement nutritionnel de la drosophile et non à une adaptation à la drosophile elle-même. Toutefois, les souches évoluées en absence de la drosophile et porteuse (Une porteuse est un signal sinusoïdal de fréquence et amplitude constantes. Elle est modulée par le signal utile (audio, vidéo, données) en vue, soit de sa diffusion au moyen d’un émetteur, soit de son...) de mutations du locus ackA confèrent, lors de leur association à des larves axéniques de drosophile, un bénéfice bien plus fort que la souche ancestrale. Cela semble indiquer que cette adaptation à l'environnement nutritionnel par fixation de mutations au locus ackA est, par ricochet, bénéfique à la physiologie de la drosophile.

Les chercheurs ont alors exploré les bases mécanistiques de ce bénéfice accru et ont montré que les mutations au locus ackA provoquent une augmentation de la production d'acides aminés N-acétylés par les bactéries, en particulier la N-acétyl-Glutamine qui a démontré une action bénéfique sur des larves associées à la souche bactérienne ancestrale (non muté au locus ackA). Cela explique l'effet bénéfique des souches évoluées (porteuses des mutations).

L'évolution de la symbiose facultative entre la drosophile et son partenaire Lactobacillus plantarum est donc façonnée premièrement par l'environnement nutritionnel de l'hôte et l'adaptation rapide du symbionte à celui-ci. Ces résultats illustrent un exemple clair de mutualisme facultatif où la physiologie de l'hôte bénéficie d'un produit de l'adaptation génétique du symbionte à son nouvel environnement nutritionnel. Un mécanisme probablement conservé dans de multiples symbioses nutritionnelles dont celle que nous établissons avec nos communautés microbiennes intestinales suggérant ainsi que nous et nos symbiontes sommes façonnés par notre nutrition.

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Source: CNRS-INSB
 
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