Des chercheurs ont découvert que la structure d’une éponge imite celle du sol pour produire un environnement plus accueillant pour la diversité microbienne que la plupart des équipements de laboratoire.
La structure de l’environnement affecte les interactions entre les espèces microbiennes, faisant de l’éponge de cuisine commune un meilleur incubateur pour la diversité bactérienne qu’une boîte de Pétri de laboratoire.
Des chercheurs de l’université de Duke ont découvert un fait élémentaire mais surprenant : votre éponge de cuisine est un meilleur incubateur pour diverses communautés bactériennes qu’une boîte de Pétri de laboratoire. Mais ce ne sont pas seulement les restes piégés qui rendent la corne d’abondance de microbes grouillants si heureux et productifs, c’est aussi la structure de l’éponge elle-même.
Dans une série d’expériences, les scientifiques ont montré comment diverses espèces microbiennes peuvent affecter la dynamique des populations les unes des autres en fonction de facteurs de leur environnement structurel tels que la complexité et la taille. Certaines bactéries s’épanouissent dans une communauté diversifiée tandis que d’autres préfèrent une existence solitaire. Et un environnement physique qui permet à ces deux types de bactéries de vivre au mieux mène aux niveaux les plus élevés de biodiversité.
Le sol offre ce type d’environnement mixte optimal, tout comme l’éponge de votre cuisine.
Les ingénieurs biomédicaux de Duke affirment que leurs résultats suggèrent que les environnements structurels devraient être pris en compte par les industries qui utilisent des bactéries pour accomplir des tâches telles que le nettoyage de la pollution ou la production de produits commerciaux.
Les résultats ont été publiés en ligne le 9 février 2022 dans la revue Nature Chemical Biology.
Ces différentes espèces de bactéries – chacune conçue pour briller d’une couleur différente afin que les chercheurs puissent suivre leur croissance – prospèrent en harmonie les unes avec les autres grâce à leur environnement structuré. Crédit : Andrea Weiss, Zach Holmes et Yuanchi Ha, Université de Duke.
Les bactéries sont comme les personnes qui vivent la pandémie : certaines ont du mal à être isolées tandis que d’autres prospèrent “, a déclaré Lingchong You, professeur d’ingénierie biomédicale à Duke. “Nous avons démontré que dans une communauté complexe qui présente des interactions positives et négatives entre les espèces, il existe une quantité intermédiaire d’intégration qui maximisera sa coexistence globale.”
Les communautés microbiennes se mélangent à des degrés divers dans la nature. Le sol offre de nombreux coins et recoins où différentes populations peuvent se développer sans trop d’interaction avec leurs voisins. On peut dire la même chose des gouttelettes d’eau individuelles sur le sommet des feuilles.
Mais lorsque les humains rassemblent de nombreuses espèces bactériennes dans une bouillie sans structure pour produire des produits comme l’alcool, le biocarburant et les médicaments, c’est généralement sur une assiette ou même dans une grande cuve. Dans leurs expériences, You et son laboratoire montrent pourquoi il serait sage que ces efforts industriels commencent à adopter une approche structurelle de leurs efforts de fabrication.
Ces différentes espèces de bactéries – chacune conçue pour briller d’une couleur différente afin que les chercheurs puissent suivre leur croissance – prospèrent en harmonie les unes avec les autres grâce à leur environnement structuré. Crédit : Andrea Weiss, Zach Holmes et Yuanchi Ha, Université de Duke.
Les chercheurs ont attribué un code-barres à environ 80 souches différentes d’organismes vivants. E. coli afin de pouvoir suivre la croissance de leur population. Ils ont ensuite mélangé les bactéries selon diverses combinaisons sur des plaques de croissance de laboratoire présentant une grande variété d’espaces de vie potentiels, allant de six grands puits à 1 536 petits puits. Les grands puits représentent des environnements dans lesquels les espèces microbiennes peuvent se mélanger librement, tandis que les petits puits imitent les espaces où les espèces peuvent rester entre elles.
Quelle que soit la taille de l’habitat, les résultats sont les mêmes. Les petits puits qui ont commencé avec une poignée d’espèces ont fini par évoluer vers une communauté où seules une ou deux souches ont survécu. De même, les grands puits qui ont commencé avec un large éventail de biodiversité ont également terminé l’expérience avec seulement une ou deux espèces restantes.
“Le petit portionnement a vraiment nui aux espèces qui dépendent des interactions avec d’autres espèces pour survivre, tandis que le grand portionnement a éliminé les membres qui souffrent de ces interactions (les solitaires)”, a déclaré You. “Mais le portionnement intermédiaire a permis une diversité maximale de survivants dans la communauté microbienne”.
Les résultats, dit You, créent un cadre pour les chercheurs qui travaillent avec diverses communautés bactériennes pour commencer à tester quels environnements structurels pourraient fonctionner le mieux pour leurs poursuites. Ils indiquent également quepourquoi une éponge de cuisine est un habitat si utile pour les microbes. Elle imite les différents degrés de séparation que l’on trouve dans un sol sain, en fournissant différentes couches de séparation combinées à différentes tailles d’espaces communs.
Pour prouver ce point, les chercheurs ont également mené leur expérience avec une bande d’éponge domestique ordinaire. Les résultats ont montré qu’il s’agissait d’un meilleur incubateur de la diversité microbienne que tous les équipements de laboratoire testés.
“Il s’avère qu’une éponge est un moyen très simple de mettre en œuvre un portionnement à plusieurs niveaux pour améliorer la communauté microbienne globale”, a déclaré You. “Peut-être que c’est la raison pour laquelle c’est une chose vraiment sale – la structure d’une éponge fait simplement un foyer parfait pour les microbes”.
Référence : “Modulation de la dynamique des communautés microbiennes par le partitionnement spatial” par Feilun Wu, Yuanchi Ha, Andrea Weiss, Meidi Wang, Jeffrey Letourneau, Shangying Wang, Nan Luo, Shuquan Huang, Charlotte T. Lee, Lawrence A. David et Lingchong You, 10 février 2022, Nature Chemical Biology.
DOI: 10.1038/s41589-021-00961-w
Cette recherche a été soutenue par les National Institutes of Health (R01GM098642, R01GM110494), la National Science Foundation (MCB-1412459, MCB-1937259 ; DEB 1257882), l’Office of Naval Research (N00014-12-1-0631) et l’Army Research Office (W911NF-14-1-0490).
