"Quand un médecin prescrit des antibiotiques, il met en place une expérience à multiples facettes dans votre système gastro-intestinal, " explique Will Ludington de Carnegie " Qu'est-ce que cela peut nous apprendre sur les principes moléculaires des interactions entre espèces dans la nature ? "
De nouveaux travaux dirigés par Ludington et le K.C. de l'Université de Stanford. Huang a tenté de répondre à cette question difficile et a découvert une nouvelle forme de tolérance aux antibiotiques. Leurs découvertes, qui ont des implications importantes pour la santé, sont publiés par eLife .
C'est l'un des nombreux fronts de recherche sur lesquels Ludington utilise le microbiome de la mouche des fruits pour comprendre les interactions entre les espèces dans une communauté bactérienne. Il constitue un environnement idéal pour sonder à la fois les populations bactériennes naturelles et le microbiome humain.
Le microbiome humain est un écosystème de centaines à des milliers d'espèces microbiennes vivant dans nos intestins. Cela affecte notre santé et même notre longévité. Mais il est difficile d'élucider les innombrables façons dont les différentes espèces qui composent notre microbiome interagissent et s'influencent mutuellement, même dans des conditions normales. Une fois les antibiotiques introduits, on comprend mal comment ces communautés vitales sont impactées au niveau biochimique.
C'est pourquoi la mouche des fruits est un excellent modèle. Contrairement au microbiome humain, il ne se compose que d'une poignée d'espèces bactériennes.
Nous voulions vraiment comprendre comment le ciblage d'un antibiotique sur des processus physiologiques spécifiques affecte les interactions métaboliques et le partage des ressources qui se produisent entre les espèces bactériennes au sein d'une communauté. Ceci est particulièrement important parce que dans la nature, les bactéries vivent dans diverses communautés. »
Andrés Aranda-Díaz, auteur principal de l'Université de Stanford
La simplicité du microbiome de la mouche des fruits en fait le véhicule idéal pour révéler comment cette interaction biochimique multi-espèces est altérée par l'introduction d'antibiotiques.
"Nous avons découvert que les interactions entre les espèces de l'écosystème du microbiome intestinal influencent l'efficacité des antibiotiques pour tuer une espèce individuelle au sein de cette communauté, ainsi que le métabolisme de toute la communauté, " dit Huang.
Les chercheurs ont démontré que lorsqu'un type de bactérie du microbiome de la mouche des fruits, appelé Lactobacillus - que l'on trouve également dans le yaourt - est cultivé avec une bactérie mouche productrice de vinaigre appelée Acetobacter, il est moins susceptible de mourir par antibiotiques.
Il s'agit d'une nouvelle catégorie d'un phénomène appelé tolérance aux antibiotiques, ce qui signifie que les cellules meurent beaucoup plus lentement lorsqu'elles sont trouvées ensemble qu'elles ne le feraient seules. La tolérance peut être dangereuse, car ce délai augmente le risque d'évolution d'une résistance totale à l'antibiotique.
"Normalement, la tolérance se produit lorsqu'une cellule ralentit son métabolisme en réponse à une exposition aux antibiotiques, " expliqua Ludington. " Mais dans ce cas, la tolérance est en fait associée à une augmentation du métabolisme."
Il s'avère que les Acetobacters consomment l'acide lactique qui est excrété comme déchet par les Lactobacillus voisins, fournissant un avantage de fitness aux deux espèces et déclenchant la tolérance découverte par l'équipe.
"Nous ne savons pas encore exactement comment cela se passe, mais nous pensons que les deux espèces bactériennes "savent" quand l'autre type de cellule est là et réagissent de manière appropriée, " a déclaré Benjamin Obadia de l'UC Berkeley. " Ces mécanismes sont probablement le fruit du vivre ensemble, et nous ne les aurions pas vus si nous avions étudié les deux espèces isolément. »
Les travaux de l'équipe montrent que le microbiome peut être un outil important pour comprendre les relations au sein des communautés de bactéries dans le monde naturel au niveau biochimique.
"Cela illustre également que la santé du microbiome intestinal doit être prise en compte chaque fois que des antibiotiques sont prescrits, " ajouta Ludington.
L'étude des principes régissant les interactions espèces-espèces est essentielle pour bien comprendre les écosystèmes, grands et petits, et le microbiome est un outil essentiel pour explorer ces questions.
Une autre collaboration récemment publiée entre Ludington, Huang, et un autre chercheur de Stanford - la biologiste Lucy O'Brien - a développé une nouvelle technologie pour visualiser les entrailles des mouches des fruits vivantes. Appelé Bellymount, cela leur a permis d'observer pour la première fois des cellules bactériennes individuelles dans l'intestin d'une mouche des fruits vivante.
"En observant le microbiome en temps réel, nous avons pu mesurer sa dynamique, " a déclaré Ludington de leur papier, paru dans PLOS Biology.
L'équipe de recherche a découvert que des régions spécifiques de l'intestin ont une stabilité élevée du microbiome et que d'autres ont un renouvellement continu. Cela indique qu'il existe des structures dans l'intestin des mouches des fruits qui maintiennent la colonisation et ouvre la porte à la possibilité que les mouches des fruits aient développé ces structures pour conserver leurs microbiomes.
« Maintenant, nous avons le pouvoir d'écouter réellement les « conversations » se produisant entre les bactéries du microbiome, et les cellules intestinales dans leur environnement, " dit Huang
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