Les bactéries contribuent à la modulation du comportement animal
L'équipe de recherche utilise l'exemple du polype d'eau douce Hydra pour montrer comment les cellules nerveuses et les micro-organismes coopèrent pour contrôler le comportement alimentaire des animaux
L'étude de la coexistence symbiotique des animaux, des plantes et des humains avec leurs populations microbiennes spécifiques est un domaine de travail de plus en plus important dans les sciences de la vie modernes. Ces dernières années, les chercheurs ont accumulé de plus en plus de preuves que la composition et l'équilibre du microbiome jouent un rôle décisif dans la fonction et la santé de l'organisme dans son ensemble. Ils ont identifié un aspect fondamental de ces relations fonctionnelles dans la communication entre les cellules nerveuses de l'hôte et son microbiome, qui s'est établie très tôt dans l'évolution. L'importance de cette coopération et la manière dont ces interactions affectent le comportement sont encore largement inconnues. Dans une étude récente, une équipe de recherche du Centre de recherche collaborative (CRC) 1182 "Origine et fonction des méta-organismes" de l'université de Kiel a acquis de nouvelles connaissances sur la coopération entre le système nerveux et le microbiome. En prenant l'exemple du polype d'eau douce Hydra, les chercheurs de Kiel ont étudié la base neuronale de son comportement alimentaire et ont cherché à savoir si et de quelle manière le microbiome intervient dans ce comportement. Ils ont ainsi pu prouver mécaniquement pour la première fois qu'un microbiome à diversité réduite affecte la fonction de certaines cellules nerveuses et modifie ainsi le comportement alimentaire.
La coopération complexe des cellules nerveuses contrôle le comportement alimentaire de l'hydre
Le polype d'eau douce Hydra est un cnidaire d'environ un centimètre qui vit dans les eaux peu profondes des lacs, attaché à des plantes aquatiques, et qui se nourrit, entre autres, de crustacés microscopiques. Pour attraper ses proies, l'hydre exécute un programme comportemental coordonné et relativement rapide. "Ce comportement peut être bien étudié expérimentalement, car il peut être déclenché non seulement par la proie vivante, mais aussi par le peptide glutathion, qui peut être donné aux animaux dans les boîtes de culture", explique Christoph Giez, membre du CRC 1182 et doctorant dans le groupe de biologie cellulaire et développementale de l'Institut zoologique. "Le comportement alimentaire est sous-tendu par un contrôle neuronal beaucoup plus complexe que ne le laissait supposer le simple réseau nerveux de l'hydre", poursuit M. Giez. En utilisant une méthode de visualisation basée sur le calcium, l'équipe de recherche a pu observer en temps réel les populations nerveuses impliquées dans le comportement alimentaire chez l'animal vivant et ainsi identifier le circuit neuronal impliqué.
La composition du microbiome influence le comportement alimentaire naturel
Afin de vérifier le lien entre le microbiome et le comportement alimentaire, les scientifiques ont d'abord examiné des animaux artificiellement dépourvus de germes : les hydres dépourvues de microbiome présentaient un schéma comportemental clairement modifié, qui se traduisait principalement par une durée d'ouverture de la bouche plus courte. "En ajoutant à nouveau le microbiome, le comportement alimentaire normal a été rétabli chez ces animaux. Cela nous a permis de prouver l'influence directe du microbiome", souligne M. Giez.
Afin de déterminer quelles bactéries ont une influence particulièrement importante, les chercheurs de Kiel ont d'abord colonisé des animaux exempts de germes avec une espèce bactérienne définie dans l'étape suivante. "Un effet particulièrement intéressant a été observé lors de la colonisation avec la bactérie Curvibacter. Le comportement alimentaire des animaux colonisés uniquement avec Curvibacter est très fortement altéré : Ces animaux ne peuvent ouvrir la bouche que de manière très limitée", poursuit M. Giez.
D'autres études ont montré que Curvibacter produisait un acide aminé, le glutamate, qui joue également un rôle important dans le métabolisme humain. Lorsque la composition du microbiome est fortement réduite et que seul Curvibacter est présent, le glutamate s'accumule, se lie aux neurones et entraîne un blocage de l'ouverture de la bouche. L'effet inhibiteur des bactéries Curvibacter est inversé dès que les autres membres du microbiome sont réintroduits dans le tissu.
"Dans l'ensemble, nous avons pu prouver que même chez les animaux phylogénétiquement anciens, un microbiome diversifié est nécessaire pour un comportement alimentaire normal. Si la composition de ce microbiome est gravement perturbée, des changements significatifs de comportement se produisent", résume le professeur Thomas Bosch, chef du groupe de biologie cellulaire et développementale. Les chercheurs ont rassemblé des preuves que cela est dû aux interactions entre les différents membres du microbiome. En présence d'un microbiome "normal" riche en espèces, le glutamate produit est absorbé et utilisé par d'autres espèces bactériennes et le circuit neuronal responsable du comportement alimentaire n'est pas perturbé.
Hydra ouvre de nouvelles perspectives de recherche
Les nouveaux résultats de recherche de l'équipe du CRC 1182, qui démontrent de manière mécaniste la collaboration entre le microbiome et le système nerveux, offrent de nouvelles approches importantes pour des recherches approfondies. "Notre étude ouvre la voie à d'autres recherches sur les effets de l'interaction entre le microbiome et le système nerveux sur les fonctions de l'organisme tout entier. Nous voulons notamment découvrir à l'avenir si et comment les micro-organismes sont déjà impliqués dans la formation du système nerveux au cours du développement embryonnaire et quel rôle joue le microbiome dans la production de neurotransmetteurs", souligne M. Bosch.
À long terme, l'élucidation de ces différents éléments constitutifs débouchera sur diverses perspectives de recherche fascinantes qui visent également à améliorer la santé humaine. "Une meilleure compréhension des interactions entre les cellules nerveuses et les bactéries chez l'animal modèle Hydra nous permettra peut-être d'étudier les mécanismes qui peuvent conduire à des maladies neurologiques et neurodégénératives chez l'homme. Bien que l'incidence de ces maladies soit très élevée dans le monde entier, les mécanismes de leur pathogenèse ne sont pas encore compris ", déclare M. Bosch, porte-parole du CRC 1182.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Autres actualités du département science
Recevez les dernières actualités du secteur des sciences de la vie
Ne manquez plus aucune actualité : notre newsletter consacrée aux biotechnologies, au secteur pharmaceutique et aux sciences de la vie vous informe tous les mardis et jeudis. Les dernières nouvelles du secteur, les produits phares et les innovations - de manière compacte et compréhensible dans votre boîte de réception. Recherché par nos soins, pour que vous n'ayez pas à le faire.
