Actualité de l'ENS de Lyon

Une étude publiée par l'équipe de François Leulier à l’Institut de Génomique Fonctionnelle de Lyon 

Les relations symbiotiques entre animaux et bactéries sont classiquement étudiées sous l'angle des bénéfices physiologiques apportés par les bactéries intestinales à leur hôte. Une étude publiée, publiée le 26 décembre 2017 dans Cell Metabolism par l'équipe de François Leulier à l’Institut de Génomique Fonctionnelle de Lyon, utilisant le modèle expérimental de symbiose entre la drosophile et sa bactérie commensale Lactobacillus plantarum, met en évidence un élégant mécanisme par lequel la drosophile favorise le maintien de cette association hôte/bactérie dans la durée. Cette symbiose est un prototype de mutualisme nutritionnel dont les mécanismes pourraient être conservés chez les organismes plus complexes.

Notre compréhension des symbioses entre les animaux et leurs bactéries commensales a connu un vrai bouleversement ces dernières années, notamment grâce à la caractérisation des facteurs bactériens influençant la physiologie animale. Mais, alors que le dogme veut seulement que la bactérie symbiotique bénéficie « du gîte et du couvert », les bénéfices qu’elle en retire sont rarement évalués. En d’autres termes, si la bactérie bénéficie à son partenaire animal, en tire-t-elle un avantage concret ?
L'équipe de François Leulier utilise l’interaction entre la drosophile et sa bactérie commensale Lactobacillus plantarum comme modèle expérimental de symbiose fonctionnelle et avait précédemment démontré que la présence de ce lactobacille maximise la digestion des protéines ingérées dans l’intestin de la larve de drosophile, lui permettant de croître plus rapidement dans un contexte de sous-nutrition chronique. Utilisant ce modèle, les chercheurs ont maintenant voulu définir si cette symbiose fonctionnelle est bien un cas de mutualisme, à savoir une interaction mutuellement bénéfique et, si oui, comment le bénéfice se matérialise pour la bactérie.

Dans un premier temps, il fallait définir si la bactérie bénéficiait d’une « niche », et résidait au long terme dans l’intestin. Les résultats démontrent que les bactéries transitent avec le bol alimentaire, et 90% d’entre elles sont inactivées dans une zone de l'intestin de la drosophile analogue à l’estomac. Seules 10% des bactéries initialement ingérées sont excrétés vivantes, une quantité toutefois suffisante pour repeupler l’environnement nutritionnel des larves et ainsi maintenir cette symbiose dans la durée par constante ré-ingestion. Pour évaluer les conséquences, dans la durée, de cette élimination de 90% de la population bactérienne, les chercheurs ont suivi la prolifération du lactobacille dans le milieu lorsqu’il est inoculé seul ou en présence de larves. Inoculé seul, la population de lactobacille prolifère pendant deux à trois jours avant que son titre ne s’effondre brutalement. Différentes expériences, dont une analyse métabolomique du substrat, indiquent que cette chute est due à l’épuisement des ressources nutritives du milieu. Co-inoculé avec des larves, le lactobacille connaît aussi une courte phase de prolifération, mais de façon surprenante son titre reste constant sur une douzaine de jours au lieu de s’effondrer. La symbiose avec la larve de drosophile a donc finalement un impact globalement positif sur la persistance du lactobacille et lui permet de surmonter l’épuisement des ressources nutritives du milieu, et ce en dépit de la forte baisse du titre du lactobacille lors de son transit dans l'intestin.

Comment la larve de drosophile favorise-t-elle la persistance de sa bactérie commensale? Il se trouve que les larves excrètent dans le milieu des composés favorisant la persistance bactérienne. La co-inoculation du lactobacille avec des excrétats intestinaux de larves favorise sa persistance, validant l’existence de «facteurs de maintenance» secrétés par l’intestin de la drosophile. L’analyse métabolomique de ces excrétats a permis l’identification de 116 composés, potentiels candidats «facteurs de maintenance». Les chercheurs ont testé l’aptitude d’une vingtaine de ces composés à promouvoir la persistance bactérienne en les ajoutant individuellement aux substrats nutritifs. Parmi les composés testés, la N-acétylglucosamine seule favorise la persistance bactérienne, mais à des concentrations bien supérieures à celles trouvées dans l’excrétat des larves. Ainsi, l’effet de l’excrétat larvaire pourrait s’expliquer par l'action d'un bouquet de facteurs de maintenance, parmi lesquels la N-acétylglucosamine, qui agiraient en synergie pour promouvoir la persistance des bactéries symbiotiques.

La symbiose entre la drosophile et le lactobacille s'avère donc être un prototype de mutualisme nutritionnel, les deux partenaires bénéficiant de leur association, la drosophile par l'optimisation de sa digestion grâce à l'action du commensal et le commensal par l'action de ces composé sécrétés par la larve assurant leur meilleure persistance dans la niche nutritionnelle. Si un tel mécanisme est conservé chez les organismes plus complexes notamment chez l’homme, cela pose la question de la manière dont nous « cultivons » notre microbiote, essentiel à notre bien-être et notre bonne santé.

En savoir plus

•     Drosophila Perpetuates Nutritional Mutualism by Promoting the Fitness of Its Intestinal Symbiont Lactobacillus plantarum.
•     Storelli G, Strigini M, Grenier T, Bozonnet L, Schwarzer M, Daniel C, Matos R, Leulier F. Cell Metab. 2017 Dec 26. pii: S1550-4131(17)30679-4. doi: 10.1016/j.cmet.2017.11.011.