Les microbes sous les loupes suisses

Bactéries, virus, parasites et autres microorganismes peuplent la terre depuis plus d’un milliard d’années. Ils sont partout. Ils vivent en symbiose avec les humains, les animaux et les plantes, tout en étant omniprésents dans les sols. Organisés en communautés, les microbiomes, ils jouent un rôle essentiel sur la santé de leur hôte: ils peuvent les protéger contre des pathogènes ou au contraire, par leur dérèglement, participer au développement de diverses maladies.

Pour explorer ce monde microscopique, le Fonds National Suisse a lancé en 2020 un Pôle de recherche national (PRN) consacré à l’étude des microbiomes. Il rassemble 23 équipes des universités de Lausanne, Berne et Zurich, des Écoles polytechniques fédérales de Zurich et de Lausanne, ainsi que du Centre hospitalier universitaire vaudois (CHUV). Toutes visent un même objectif: «Comprendre l’impact de ces assemblages de microbes sur leur hôte ou sur l’environnement qu’ils colonisent et, surtout, tenter d’intervenir sur leur composition, afin d’en maîtriser les effets néfastes», explique Jan Roelof van der Meer, professeur au Département de microbiologie fondamentale de l’Université de Lausanne (UNIL) et directeur du PRN «Microbiomes». Exemples de quelques pistes explorées. 

Flore intestinale et infections bactériennes

S’il y a un microbiome qui a déjà suscité beaucoup de recherches, c’est bien celui qui peuple nos intestins. Dans le cadre du PNR, les biologistes se sont penchés sur son rôle face à trois bactéries pathogènes qui provoquent des gastroentérites: la salmonelle (transmise par exemple par des œufs contaminés peu cuits), le Campylobacter (contracté notamment en mangeant du poulet mal cuit) et Clostridioides difficile (déjà présent dans l’intestin, mais qui se développe parfois après un traitement antibiotique ou une chimiothérapie). «Certaines personnes sont exposées aux salmonelles ou aux Campylobacter et pourtant, elles ne développent pas d’infection, constate le Pr Gilbert Greub, directeur de l’Institut de microbiologie du CHUV. On suppose qu’elles sont protégées par des bactéries de leur flore intestinale qui entrent en compétition avec les pathogènes et les empêchent de s’implanter ou de se développer.» En isolant ces microbes compétitifs, des équipes zurichoise et bernoise ont élaboré de nouvelles stratégies thérapeutiques contre ces infections, efficaces chez les souris. 

Des animaux modèles

Les animaux, eux aussi, ont leurs microbiomes dont certains sont beaucoup moins complexes que les nôtres. Alors que notre flore intestinale contient entre 200 et 1000 espèces microbiennes, «celles de la mouche et de l’abeille en abritent entre 2 et 20. Quant à celle des souris, elle peut être simplifiée expérimentalement», constate Philipp Engel, professeur associé au Département de biologie fondamentale de l’UNIL. L’étude de ces modèles animaux se révèle donc fort utile pour comprendre comment, dans notre microbiome intestinal, les microorganismes interagissent les uns avec les autres.

En outre, les communautés microbiennes vivant en symbiose avec les animaux peuvent être «manipulées»: on peut par exemple «implanter dans la flore intestinale d’une souris une ou plusieurs souches pathogènes isolées chez un patient infecté et voir si le microbiome du rongeur peut l’aider à se défendre contre les intruses», explique le chercheur. 

Comment les plantes se défendent

En matière de microbiomes, «il existe de nombreuses similarités entre le règne animal et celui des végétaux dont la santé est, elle aussi, influencée par les communautés microbiennes», souligne la Pre Julia Vorholt, directrice du laboratoire de physiologie microbienne de l’Institut de microbiologie à l’EPFZ et codirectrice du PRN «Microbiomes». Certains microorganismes comme les rhizobia (bactéries fixant l’azote) participent à la croissance des plantes, alors que d’autres, pathogènes, provoquent des maladies qui détruisent des cultures. En outre, comme la flore intestinale humaine, le microbiome des plantes joue un rôle important dans la prévention de la propagation des agents pathogènes.

«Jusqu’ici, les recherches ont essentiellement décrit la composition des communautés bactériennes présentes sur les plantes, indique la professeure. Dans le cadre du PRN, nous voulons comprendre comment ces microbes interagissent avec les végétaux et élucider les mécanismes impliqués». Son équipe travaille avec la plante modèle Arabidopsis thaliana. «En laboratoire, nous pouvons assembler les plantes et des populations microbiennes ciblées et ainsi décrypter la manière dont elles fonctionnent». 

Bactéries dépolluant les sols

La bonne santé des plantes dépend aussi de la qualité de la terre dans laquelle elles poussent et donc, une fois encore, des microbes omniprésents dans les sols. «Ceux-ci ont longtemps été considérés comme des matériaux de construction et non comme de la matière vivante que l’on peut détruire, sans penser qu’elle a ensuite du mal à se reconstruire», souligne le Pr van der Meer, dont l’équipe se focalise principalement sur la contamination des sols. «Nous essayons de trouver des espèces bactériennes qui, une fois introduites dans les sols, rendraient ceux-ci plus résistants à la contamination par des métaux lourds ou qui seraient capables d’éliminer les produits issus du pétrole, comme les produits phytosanitaires». Des bactéries dépolluantes, en quelque sorte. 

Santé humaine, animaux, plantes, environnement: le PRN «Microbiomes» réunit des équipes travaillant sur différents systèmes. C’est ce qui fait son intérêt. «Du point de vue conceptuel, nous nous posons tous des questions très similaires», remarque la professeure Vorholt. Le PNR permettra de répondre à certaines d’entre elles en comparant les microbiomes des différents types d’organismes, puisqu’il explore le monde microbien dans toute sa diversité. 

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Paru dans Le Matin Dimanche le 13/03/2022