comprendre comment ils interagissent peut améliorer notre santé

Les microbes sont partout : des profondeurs de l’océan jusqu’à l’intérieur de notre corps. Ce sont des organismes minuscules, mais incroyablement abondants et diversifiés. Dans un seul gramme de sol, il peut y avoir jusqu’à un milliard de bactéries appartenant à des milliers d’espèces différentes. Malgré leur taille, ils jouent des rôles fondamentaux dans les écosystèmes : ils recyclent les nutriments, dégradent les composés toxiques et contribuent à l’équilibre de la vie sur Terre.

Comprendre comment leurs communautés se forment et évoluent est essentiel pour résoudre des problèmes tels que le changement climatique, la résistance aux antibiotiques et la dégradation des écosystèmes. Récemment nous avons publié une étude ce qui montre que ces populations, loin de trouver un équilibre, sont en constante évolution. Cela remet en question certaines des hypothèses les plus répandues sur sa dynamique.

Qu’est-ce qui façonne les communautés microbiennes ?

Les scientifiques ont étudié quels facteurs influencent l’abondance et la diversité des microbes. Deux forces principales sont en jeu :

1. Forces biotiques. Ce sont les interactions entre les différentes espèces de microbes présentes dans un environnement. Par exemple, comment ils rivalisent ou collaborent les uns avec les autres pour accéder à des ressources limitées telles que les nutriments et l’espace. Ces interactions peuvent donner lieu à des relations complexes de concurrence, de mutualisme ou de parasitisme.

2. Forces abiotiques. Ce sont des facteurs environnementaux, tels que la disponibilité des éléments nutritifs, la température et le pH, qui affectent toutes les espèces d’une communauté. Un changement dans l’une de ces conditions peut radicalement modifier la composition microbienne.

Dans notre étude, nous analysons mathématiquement et simultanément comment ces forces biotiques et abiotiques influencent les communautés microbiennes. Après avoir comparé notre modèle avec des données expérimentales, nous avons constaté que les communautés microbiennes ne sont généralement pas en équilibre.

Cela signifie qu’ils changent constamment, avec de l’énergie et de la matière qui les traversent, dans un système dans lequel les forces biotiques et abiotiques ne s’équilibrent pas. Cette découverte souligne l’importance de considérer les communautés microbiennes comme des systèmes dynamiques et non comme des entités statiques.

L’importance d’étudier les communautés dynamiques

La découverte selon laquelle ces communautés ne sont pas en équilibre a des implications importantes. Pendant des années, de nombreux modèles ont supposé que les communautés microbiennes évoluent vers un état stable dans lequel les conditions restent constantes. Cependant, nos preuves suggèrent que ces communautés sont plus dynamiques et réagissent continuellement aux changements environnementaux et aux interactions entre espèces.

Pourquoi est-il important de connaître ces dynamiques ? Premièrement, les microbes sont essentiels aux écosystèmes. Par exemple, les micro-organismes du sol sont responsables de la fixation de l’azote atmosphérique, un processus clé pour une agriculture durable. D’un autre côté, dans le corps humain, une communauté microbienne déséquilibrée peut être à l’origine de maladies telles que des infections récurrentes, l’obésité et des troubles digestifs.

Savoir comment fonctionnent ces communautés hors équilibre peut ouvrir de nouvelles voies pour concevoir des interventions. Par exemple, si nous comprenons comment une communauté microbienne réagit à certains changements dans son environnement, nous pourrions concevoir des stratégies plus précises pour restaurer la dynamique souhaitée, que ce soit dans un écosystème naturel ou dans le corps humain.

Un nouveau modèle macroécologique

L’appel « La loi de Taylor » est un principe écologique selon lequel la variabilité de l’abondance d’une espèce est liée de manière prévisible à son abondance moyenne. En termes simples : si nous savons combien d’individus il y a en moyenne, nous pouvons prédire à quel point ce nombre variera dans le temps.

Cependant, nos travaux ont montré que cette loi ne s’applique pas parfaitement aux communautés microbiennes réelles. Bien que la loi de Taylor constitue un cadre solide en macroécologie, nos résultats montrent qu’elle est insuffisante pour saisir la complexité des communautés microbiennes. Nous avons constaté qu’il existe une variation significative qui ne peut être expliquée si l’on ignore les interactions entre les espèces.

Nous avons également identifié un nouveau modèle universel : les fluctuations de l’abondance des espèces suivent une distribution cohérente dans différents environnements. Cela suggère qu’il existe des principes fondamentaux qui régissent la manière dont les populations microbiennes varient, quel que soit l’endroit où elles se trouvent. Cette tendance a été observée dans des données provenant d’environnements aussi divers que les glaciers, les sols, les rivières, l’eau de mer, la flore gastro-intestinale et la flore buccale, soulignant son universalité.

Une analogie avec la physique : le mouvement brownien

Pour mieux comprendre les résultats, nous pouvons les comparer avec un phénomène physique connu : Mouvement brownien. Il s’agit du mouvement aléatoire que subissent de minuscules particules, comme le pollen dans l’eau, en raison de collisions avec des molécules en mouvement.

Tout comme les particules se déplacent en raison de l’énergie de l’environnement, les populations microbiennes fluctuent en réponse aux changements dans les ressources et les conditions environnementales selon des schémas bien définis. Cette analogie permet de mieux comprendre les fluctuations observées et de les relier aux principes physiques universels.

Des données métagénomiques aux modèles universels

Ce travail a été possible grâce aux progrès de la métagénomique, qui permet l’étude du matériel génétique obtenu directement à partir d’échantillons environnementaux. En identifiant un nouveau modèle de fluctuations d’abondance, des études comme celle-ci approfondissent la façon dont les microbes interagissent entre eux et avec leur environnement.

Comprendre les principes fondamentaux derrière l’organisation et les fluctuations des communautés microbiennes sera pertinent dans des domaines tels que :

• Santé humaine. Par exemple, développer des thérapies personnalisées qui rétablissent l’équilibre du microbiote intestinal.

• Agriculture durable. Cela permettrait d’optimiser l’utilisation des micro-organismes pour améliorer la fertilité des sols et lutter contre les ravageurs, en passant d’un paradigme basé sur l’idée de travailler la terre à celui de travailler la terre. escroquer la terre.

• Assainissement de l’environnement. De cette manière, des stratégies plus efficaces pourraient être conçues pour nettoyer les sols et les eaux contaminés.

Enfin, tout comme le mouvement brownien a élargi notre compréhension des phénomènes physiques fondamentaux, l’observation selon laquelle des principes similaires pourraient régir les communautés microbiennes nous rapproche d’une compréhension plus rationnelle et quantitative de leur dynamique.

Ces connaissances de base élargissent non seulement notre compréhension scientifique, mais contribuent également à établir les bases sur lesquelles développer de futures applications.