Des chercheurs découvrent le rôle central du sexe bactérien dans l'évolution du microbiome des mammifères

Dans une étude pionnière maintenant publiée dans Proceedings of the National Academy of Science - USA, l'équipe de recherche dirigée par Isabel Gordo, de l'Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC) (Portugal), en collaboration avec le chercheur Michael Lässig de l'Université de Cologne (Allemagne), ont utilisé des souris saines pour étudier la colonisation intestinale en temps réel et ont découvert un rôle central du sexe bactérien dans l'évolution du microbiome des mammifères. Cette découverte constitue un changement de paradigme et ouvre la possibilité de concevoir des thérapies ciblées sur les phages capables de faire face aux séquelles de l'infection et de l'utilisation d'antibiotiques, ainsi que des bactéries résistantes aux antibiotiques.

La plupart de ce que nous savons sur la colonisation bactérienne de l'intestin provient d'études avec des bactéries pathogènes dans des modèles de laboratoire hautement artificiels ou dans des contextes pathologiques. Modèles expérimentaux standards, qui se concentrent sur les infections par des bactéries pathogènes et le traitement antibiotique continu, n'ont pas détecté de transfert horizontal de gènes induit par les phages (HGT) et suggèrent que les bactéries colonisant l'intestin évoluent principalement par accumulation de mutations. Dans une découverte surprenante, les travaux des chercheurs de l'IGC montrent désormais que HGT, pas de mutations, est le premier mécanisme évolutif qui détermine le rythme et l'issue de l'évolution bactérienne dans un intestin sain.

Escherichia coli est un colonisateur commun de l'intestin humain ainsi qu'un agent pathogène potentiel. L'issue de la colonisation est fortement influencée par les différentes vitesses et modes d'évolution de cette bactérie opportuniste. E. coli peut évoluer par mutations, qui sont ensuite héritées par les cellules filles, ou par un processus de recombinaison, c'est-à-dire le sexe bactérien, dans lequel le matériel génétique est partagé entre des individus non apparentés. Dans l'intestin de la souris et de l'homme, ce transfert de matériel génétique fait intervenir des bactériophages tempérés (phages), des virus qui infectent les bactéries et s'intègrent dans le chromosome bactérien sous forme de prophages, un processus appelé lysogénie. Les prophages peuvent ensuite s'extirper (ainsi que leurs informations génétiques) de l'ADN bactérien et infecter d'autres bactéries du microbiome intestinal.

Nelson Frazão, chercheur post-doctoral dans le laboratoire d'Isabel Gordo et auteur junior de l'étude, dit:"les phages souvent classés comme particules égoïstes révèlent leur côté altruiste dans l'intestin, fournissant un avantage métabolique à leur hôte bactérien pour conquérir et coloniser l'intestin". Le matériel génétique du phage qui est transféré permet aux bactéries d'accéder à des sources de carbone spécifiques présentes dans l'intestin, qui fournit un avantage de fitness aux bactéries envahissantes porteuses de phages (lysogènes).

Nous avons constaté que le modèle d'évolution classique ne s'applique pas, et en fait, le transfert horizontal de gènes l'emporte largement sur la contribution de l'évolution par l'accumulation de mutations dans l'intestin d'une souris en bonne santé."

Isabelle Gordo, enquêteur

"Avec ce travail, on comprend mieux maintenant comment fonctionne l'évolution en temps normal, hôtes sains", dit Nelson Frazão, auteur junior de la publication.

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