Le microbiote intestinal est le "couteau suisse" de la nutrition chez la drosophile

Publié par Adrien le 27/03/2020 à 09:00
Source: CNRS INSB
Une croissance juvénile optimale repose sur une alimentation diversifiée et des études récentes démontrent le rôle important du microbiote intestinal dans ce processus. Une étude publiée dans la revue PLoS Biology, utilisant la drosophile, deux de ses partenaires bactériens majeurs et des milieux nutritionnels chimiquement définis, met en évidence comment des bactéries du microbiote (Le microbiote est une nouvelle dénomination de la microflore.) intestinal maintiennent une croissance saine de leur partenaire animal (Un animal (du latin animus, esprit, ou principe vital) est, selon la classification classique, un être vivant hétérotrophe, c’est-à-dire qu’il se nourrit de substances organiques. On réserve...) malgré l'absence de nutriments normalement essentiels à sa croissance.


Les scientifiques ont testé les capacités de développement de larves de drosophile sur 39 milieux nutritionnels, chacun manquant un nutriment, dans trois conditions: axénique (en haut), association avec la bactérie (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart...) commensale Acetobacter pomorum (au milieu), association avec la bactérie commensale Lactobacillus plantarum (en bas). Quand les larves sont auxotrophes au nutriment manquant, elles ne parviennent pas à se développer et restent au stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) larvaire. Quand elles ne sont pas auxotrophes, ou que les bactéries compensent la carence, elle se développent jusqu'au stade adulte.
© Jessika Consuegra, Freepik, Darius Dan & Mélisandre Tefit.

La croissance juvénile, définie comme la prise de poids (La prise de poids est une modification de la masse corporelle, qui se traduit par une augmentation de l'Indice de masse corporelle.) et de taille lors de la période pré-pubère, est fortement impactée par l'alimentation. Des carences nutritionnelles durant cette période peuvent provoquer de graves retards de développement chez l'animal et chez l'Homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme prépubère est appelé un...). Des études récentes ont montré que les bactéries du microbiote intestinal jouent un rôle important dans ce lien entre nutrition (La nutrition (du latin nutrire : nourrir) désigne les processus par lesquels un être vivant transforme des aliments pour assurer son fonctionnement. La...) et développement, mais ce rôle est encore mal compris.

Les scientifiques ont utilisé un modèle simple d'interactions entre un hôte animal, la drosophile, son microbiote et sa nutrition. Ce modèle permet le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) du microbiote par l'utilisation de larves de drosophiles gnotobiotiques (c.a.d. avec un microbiote connu et contrôlé): des larves axéniques, (c.a.d. dépourvues de microbiote) que les chercheurs ont associées avec deux espèces bactériennes commensales de la mouche (Mouche est un nom vernaculaire ambigu en français. Le terme mouche (/muʃ/) provient du mot italien musca, qui désigne de nos jours principalement un genre (Musca) comprenant la mouche domestique. Il désigne...): Acetobacter pomorum (Ap) et Lactobacillus plantarum (Lp). Ce modèle expérimental permet également un contrôle fin de la nutrition en élevant ces larves gnotobiotiques sur des milieux nutritifs chimiquement définis contenant 39 nutriments purifiés (vitamines, lipides, acides aminés, sels minéraux...).

Grace à ce model expérimental, les scientifiques ont testé de manière systématique (En sciences de la vie et en histoire naturelle, la systématique est la science qui a pour objet de dénombrer et de classer les taxons dans un certain ordre,...) l'importance de chacun de ces 39 nutriments pour la croissance juvénile de la drosophile, en les retirant un par un du milieu et en observant la capacité des larves à se développer sur ce milieu carencé. Les larves axéniques se sont révélées incapables de se développer en l'absence de 22 de ces 39 nutriments. Ces 22 nutriments sont donc essentiels à la croissance des larves. Cependant, ils ont observé que les larves associées aux bactéries commensales sont capables de se développer même en l'absence de ces nutriments essentiels: Lp permet de compenser 12 des 22 besoins nutritionnels et Ap permet d'en compenser 19.

Les scientifiques ont ensuite étudié comment Ap et Lp compensaient les besoins nutritionnels de leur hôte. Ils ont cherché si Ap et Lp étaient capables de produire les nutriments en question par trois approches parallèles. Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) d'abord, une approche bioinformatique a permis de déterminer si Ap et Lp possédaient, codées dans leur génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une espèce codé dans son ADN (à l'exception de certains virus dont le...), les capacités à synthétiser ces composés. Une deuxième approche a consisté à tester l'auxotrophie de Ap et Lp à ces composés: les bactéries sont-elles capables de pousser en leur absence ? Enfin, une approche biochimique a permis de quantifier la présence de ces composés dans des cultures de Ap et Lp.

Ces trois approches ont permis de mettre en évidence que dans certains cas (principalement pour les acides aminés), Ap et Lp peuvent fournir directement les nutriments manquants à leur hôte. Dans d'autres cas (principalement des vitamines), Ap et Lp fournissent des molécules chimiquement proches, que la larve (La larve est le premier stade de développement de l'individu après l'éclosion de l'œuf ou la naissance chez un grand nombre d'espèces animales, ayant un...) peut ensuite utiliser en remplacement du nutriment manquant. Enfin, Ap et Lp peuvent compenser l'absence de zinc (Le zinc (prononciation /zɛ̃k/ ou /zɛ̃ɡ/) est un élément chimique, de symbole Zn et de numéro atomique 30.), un métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des...) qui ne peut être produit par les bactéries. Les chercheurs font l'hypothèse que les bactéries absorbent des traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la responsabilité de la Commission européenne dans...) contaminantes de zinc présentes dans 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...), les concentrent et les délivrent à leur hôte.

Ainsi, par ces différents mécanismes, Ap et Lp permettent à leur hôte animal de maintenir une croissance saine malgré l'absence de nutriments normalement essentiels à sa croissance. Ce travail établit les bases d'études futures visant à disséquer précisément les interactions entre la drosophile, ses bactéries commensales et sa nutrition et son métabolisme (Le métabolisme est l'ensemble des transformations moléculaires et énergétiques qui se déroulent de manière ininterrompue dans la cellule ou l'organisme vivant. C'est un processus ordonné, qui fait intervenir des...) et souligne l'importance du microbiote intestinal comme "couteau suisse (Un couteau suisse présente des outils ingénieusement assemblés à un couteau pour tenir dans une poche et répondant à de multiples fonctions.)" de la nutrition des animaux.

Pour en savoir plus:
Drosophila-associated bacteria (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes (caractérisées par une absence de noyau et d'organites).) differentially shape the nutritional requirements of their host during juvenile growth.
Consuegra J, Grenier (Le grenier (latin granarium) est un local hors-sol destiné au stockage du grain. Il peut être intégré à un bâtiment, ou constituer une petite construction indépendante (grenier à...) T, Baa-Puyoulet P, Rahioui I, Akherraz H, Gervais H, Parisot N, da Silva P, Charles H, Calevro F, Leulier F.
PLoS Biol. 2020 Mar 20;18(3):e3000681. doi: 10.1371/journal.pbio.3000681.

Laboratoire
Institut de Génomique (La génomique est une discipline de la biologie moderne. Elle étudie le fonctionnement d'un organisme, d'un organe, d'un cancer, etc. à l'échelle du...) Fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui en prennent d'autres...) de Lyon (IGFL) - (CNRS/Ecole Normale Supérieure de Lyon/ Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) Claude Bernard (Claude Bernard, né le 12 juillet 1813 à Saint-Julien (Rhône) et mort le 10 février 1878 à Paris, est un...) Lyon-1)
46 Allée d'Italie 69364 Lyon Cedex 07.
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