Le microbiome altéré des mouches des fruits peut entraîner un changement évolutif

L'expression « vous êtes ce que vous mangez » a pris un nouveau sens. Dans une expérience sur les mouches des fruits, ou Drosophila melanogaster, des chercheurs de l'Université de Pennsylvanie ont découvert que l'ajout de différentes espèces de microbes à la nourriture des mouches entraînait une divergence génétique des populations, accumulant des changements génomiques significatifs en seulement cinq générations.

"Notre travail est très suggestif que la composition de la communauté microbienne entraîne, au moins en partie, comment évoluent les organismes dans lesquels ils vivent, " dit Paul Schmidt, un biologiste à Penn et auteur principal sur le travail, qui paraît dans le journal PNAS . "Le fait que nous puissions voir cet effet dans des expériences menées sur une si courte échelle de temps suggère que l'ampleur des effets de remise en forme des microbes est incroyable."

Contrairement à une expérience de laboratoire, où chaque aspect possible de l'environnement est contrôlé, de la génétique des mouches elles-mêmes à la température et à l'alimentation, afin d'amplifier les différences entre les traitements, cette série d'expériences s'est déroulée en extérieur, à Pennovation Works sur le campus de Penn. Le cadre est plus proche de la nature, soumis aux intempéries, changements de saison, même l'étrange araignée ou tache de saleté pénétrant dans les enclos.

Le fait que, malgré les influences potentielles de ces facteurs extérieurs, les chercheurs ont toujours découvert que les changements du microbiome avaient un effet significatif sur les génomes des populations de mouches, rend la découverte encore plus convaincante, dit Schmidt.

Je pense qu'il est juste de dire que nous avons préservé autant de réalisme écologique que nous le pouvions au détriment de la détection d'effets importants. Nous venons de changer l'abondance relative de ces microbes dans l'alimentation des mouches, et c'était suffisant pour voir un effet."

Paul Schmidt, Penn biologiste

Schmidt et le boursier postdoctoral Seth Rudman, l'auteur principal de l'article, a profité du fait que les mouches ont des communautés de microbiome relativement simples par rapport à d'autres organismes, comme les humains.

"Si vous faites une enquête sur un microbiome de mammifère, la plupart des bactéries que vous trouvez dans l'intestin sont inconnues, " dit Rudman. " Mais ce n'est pas le cas avec les mouches. Il se trouve que la drosophile n'a qu'une centaine d'espèces dans sa communauté de microbiome."

D'autres avantages des mouches des fruits pour ce type d'étude incluent leur courte durée de génération - on peut étudier plusieurs générations en quelques mois - et le fait qu'elles peuvent être élevées jusqu'à des tailles de population extrêmement élevées. Dans ce cas, cela signifiait des centaines de milliers de mouches dans chaque expérience.

D'après des travaux antérieurs, les scientifiques avaient une idée que le microbiome était lié à des changements dans la forme physique de la mouche. Les mouches des latitudes plus septentrionales ont tendance à avoir plus de bactéries Lactobacillus dans leur microbiome, et aussi vivre plus longtemps, ont moins d'œufs et sont plus tolérants au stress. Des populations plus méridionales, d'autre part, qui ont tendance à avoir plus de bactéries Acetobacter, avait une durée de vie plus courte, plus d'oeufs, et étaient moins tolérants au stress. Les travaux en laboratoire ont montré que l'exposition des mouches à ces deux types de bactéries provoquait les mêmes caractéristiques.

Mais les microbes pourraient-ils conduire l'évolution de populations entières de mouches ? Pour tester ça, Schmidt, Rudman, et ses collègues ont conçu une configuration expérimentale pour manipuler les microbiomes des mouches. Ils ont introduit un millier de mouches dans chacun des nombreux enclos grillagés extérieurs, 2 mètres cubes et orné de couvre-sol et d'un pêcher. Ils ont varié la nourriture dans certains des enclos, en le complétant avec Acetobacter ou Lactobacillus.

Les chercheurs ont confirmé que l'alimentation modifiait les microbiomes des mouches, bien que légèrement. C'était assez, cependant, d'affecter leurs gènes. Comparant les génomes des mouches au début de l'étude à la conclusion, après cinq générations, l'équipe a pu repérer des changements distincts dans la fréquence de certains allèles - une variante d'un gène - qui étaient cohérents avec ce qui a été observé dans les populations naturelles de mouches.

"Nous avons découvert que l'allèle le plus courant dans les cages en solution de Lactobacillus était également l'allèle le plus courant dans le nord, où Lactobacillus lui-même est plus fréquent, " dit Rudman. " Et l'allèle qui était le plus commun dans les cages Acetobacter était aussi l'allèle qui est plus commun dans le sud, où Acetobacter est plus commun."

Aux chercheurs, cette découverte a mis en évidence l'importance de l'influence des microbes.

"L'essentiel est, les microbes entraînent une adaptation rapide, " dit Schmidt.

Que cet effet se traduise chez les humains et les autres animaux doit faire l'objet d'une étude plus approfondie, les auteurs disent, mais de nombreuses études ont souligné l'effet puissant du microbiome.

Dans les travaux futurs, les chercheurs retourneront le script, des tests pour voir si les changements dans les profils génétiques des mouches influencent quels microbes peuvent prendre pied dans leurs microbiomes. Et ils vont également sonder plus profondément pour déterminer précisément comment le microbiome changeant affecte son hôte.

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