Figure: L'adaptation génétique de la bactérie à 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 & F. Leulier, licence Creative commons.
Les chercheurs utilisent l’interaction 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 grâce à l'action du commensal et le commensal par l'action de composés sécrétés par la drosophile assurant leur meilleure persistance 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 à une souche de Lactobacillus plantarum qui n'avait jamais été associée à la drosophile et qui présente une influence modérée sur la physiologie 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 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.
Source: CNRS-INSB
