Des scientifiques israéliens se penchent sur les microbes responsables des gaz des vaches

Des conclusions qui apportent de nouvelles perspectives sur la manière dont ces organismes unicellulaires détectent mutuellement leurs présences et adaptent leur comportement afin de réduire les conflits et d’améliorer la productivité.

L’opinion scientifique dominante veut que « les organismes sont en concurrence permanente pour les ressources », et que « ceux qui sont les mieux adaptés survivront », déclare le professeur Itzhak Mizrahi, du département des sciences de la vie de l’université Ben Gurion, lors d’un appel vidéo avec le Times of Israel.

« Mais nous avons découvert qu’ils ont en quelque sorte la capacité de sentir leur présence mutuelle, de sentir ce que font les autres microbes », ajoute Mizrahi, qui a été responsable de cette recherche. « Ils cessent alors d’adopter des comportements similaires et ils se mettent à agir différemment. »

Dirigée par le Dr Sarah Moraïs et récemment publiée dans la revue Nature Microbiology, cette étude pourrait permettre aux scientifiques de concevoir des communautés microbiennes susceptibles d’être utilisées dans les domaines des probiotiques, de la biotechnologie et de l’agriculture durable.

L’un des domaines d’étude du laboratoire de Mizrahi concerne la réduction des émissions de méthane des bovins.

Plus de 20 % des émissions mondiales de méthane proviennent du bétail élevé pour la consommation humaine. Une grande partie de ce méthane est produite par les microbes présents dans l’estomac des bovins, méthane qui est ensuite libéré dans l’atmosphère par le biais des flatulences.

Concrètement, grâce à la compréhension des interactions entre les microbes, les scientifiques pourraient à terme modifier les micro-organismes présents dans le rumen des vaches, de manière à réduire les émissions de méthane tout en augmentant la production de lait.

Les micro-organismes, joueurs d’équipe

Une multitude de micro-organismes cohabitent dans divers écosystèmes, parmi lesquels les eaux océaniques, le sol, l’intestin humain ou encore le rumen, le compartiment le plus important de l’estomac des vaches.

« Dans cette étude spécifique, nous nous sommes demandé : ‘Comment les communautés microbiennes coexistent-elles et comment fonctionnent-elles ?' », indique Mizrahi.

Les chercheurs ont formé de petites communautés contrôlées de micro-organismes du rumen. Ils ont commencé par isoler chaque espèce bactérienne, afin d’établir une valeur de référence de son comportement et de sa production de protéines.

Ils ont fait appel à la métabolomique, une technique qui traque les déchets chimiques, ainsi qu’à l’analyse de mégadonnées et à la microscopie haute performance, pour suivre l’activité des bactéries.

Ils ont ensuite réuni deux espèces, et observé comment elles s’adaptaient ou entraient en compétition lorsqu’elles étaient contraintes de partager un espace. Ils ont finalement étendu leurs expériences à des communautés de quatre membres, ajoutant systématiquement des niveaux de complexité sociale.

« En utilisant simplement des paires, ou trois, quatre, voire cinq micro-organismes, nous avons pu voir quel type de décision un microbe est susceptible de prendre en fonction de son environnement », déclare Mizrahi.

Cette étude a mis en évidence un phénomène de « fuite face à la concurrence », explique Mizrahi à l’aide d’une analogie simple. « Si vous voyez quelqu’un manger un hamburger, vous choisissez de manger une pizza, afin de ne pas avoir à rivaliser pour les ressources. »

L’étude a également révélé que les micro-organismes présents à proximité exerçaient une influence plus forte sur la production de protéines de chaque bactérie que la source de nourriture elle-même.

« Un micro-organisme ne se définit pas uniquement par son génome, qui représente son potentiel, mais également par sa communauté“, a souligné Moraïs dans un communiqué. “Une même bactérie peut se comporter de manière très différente selon l’environnement dans lequel elle évolue.“

Selon David Zeevi, chercheur à l’Institut Weizmann des sciences, « les micro-organismes dirigent le monde en silence : ils produisent de l’oxygène, ils recyclent les nutriments, ils décomposent la matière organique morte, et beaucoup plus encore. »

Zeevi, qui n’a pas participé à l’étude, a affirmé au Times of Israel que ces recherches indiquaient que chaque espèce « évalue son environnement ‘social’ et adapte son métabolisme pour éviter de reproduire ce que ses voisins font déjà. De plus, elle définit également le comportement de la communauté dans son ensemble. »

Pour Zeevi, les implications de ces recherches vont bien au-delà du simple contrôle des émissions de méthane des vaches.

« Nous comprenons désormais que la présence de pairs façonne les choix de chacun », a déclaré Mizrahi. « C’est en quelque sorte une vérité émergente, que l’on peut appliquer à tout endroit où se trouvent des communautés de micro-organismes. »