Des bactéries et des fourmis

Alain Lenoir mis à jour 15-Mai-2018

Les idées sur l'évolution sont en pleine mutation, en effet tout individu (animal, plante) est en fait un véritable écosystème et il comprend toute une série d'organismes symbiotiques comme des bactéries, champignons et micro-algues et l'évolution agit sur cet ensemble. A voir le très beau documentaire d'Arte : Ces microbes qui nous gouvernent. On y parle de l'homme bien sûr, des hyènes, des souris, de guêpes, de seiches... Les billets de banque sont toujours "sales" selon Barthélémy (2016) puisqu'ils portent de très nombreuses bactéries. Les activités humaines transforment radicalement la circulation des micro-organismes (bactéries, champignons, micro-algues) sur la planète, avec des répercussions probables sur les écosystèmes et les populations. On trouve par exemple une dispersion considérable de l'interféron de classe 1 qui favorise la résistance aux antibiotiques (Zhu et al 2017, voir Luk 2018). La médecine légale s'intéresse de plus en plus aux bactéries qui signent le passage d'une personne (Cabut et Herzberg 2017). Wilson, dans son livre de souvenirs en 1994 parlait déjà de la formidable biodiversité des bactéries (pdf).
Pascal Picq (2013) dit : « Ainsi, les pires atteintes à la biodiversité susceptibles de mettre en danger l’avenir de l’humanité ne viendront pas de l’extinction des tigres ou des gorilles, mais de la disparition de ces multitudes de micro-organismes qui sont des partenaires silencieux de notre évolution. La course à l’asepsie est devenue une ineptie anti-évolutionniste dont les maladies nosocomiales ne donnent qu’un petit aperçu. Réapprenons à vivre avec les micro-organismes ! »

Voir "Le charme discret de l'intestin" de Giulia Enders. On découvre tous les jours un peu plus le rôle des microbes. J'ai commencé à m'y intéresser quand, avec mon étudiant Danival Souza, on a découvert des bactéries symbiotiques chez les fourmis Camponotus. Depuis on s'aperçoit que les microbes font partie de notre organisme. Il faut repenser l'évolution non pas en terme d'individu mais d'écosystème complexe : il y a création d’entités entre un hôte et ses bactéries que l'on peut assimiler à un nouvel organisme, un superorganisme, ce que l'on peut qualifier de transition majeure (Kiers and West 2015). On a même créé la théorie de l'hologénome qui me semble excellente (Zilberg-Rosenberg and Rosenberg 2008). Giulia Enders reprend cette idée en disant "Depuis peu, la science considère l'être humain comme un véritable écosystème" (Enders p. 191).

De nombreuses espèces de bactéries sont symbiotes d'insectes. Chez les abeilles, fourmis et guêpes on trouve 197 espèces d'actinobactéries symbiotes, essentiellement des Streptomyces et quelques Pseudonocardia et Amycolatopsis (Matarrita-Carranza et al 2017).

Les fourmis ne sont pas en reste puisque l'on y trouve de nombreuse bactéries.

- Chez Camponotus les bactéries symbiotes Blochmania ont été découvertes depuis plus d'un siècle mais leur rôle vient seulement d'être compris. En effet il est impossible de les élever comme des bactéries "normales". Chez C. fellah, on les touve dans le tube digestif dans des cellules spécialisées appelées bactériocytes. Danival Souza à Tours pendant sa thèse a montré qu'elles facilitent la croissance de la colonie et les défenses immunitaires (Souza et al 2006, Souza et al 2009). Ces bactéries sont transmises par la reine depuis ses ovaires vers les oocytes (Kupper et al 2016).

 

- Chez les fourmis champignonnistes on a découvert ces dernières années que la symbiose entre la fourmi et champignon cultivé est bien plus complexe que ce que l’on pensait. Des champignons parasites très virulents du genre Escovopsis peuvent se développer dans la culture et tuer la colonie rapidement. La réponse des fourmis a été de domestiquer des bactéries du genre Pseudonocardia qui se trouvent sur le corps de la fourmi et secrètent des antibiotiques. L'un d'eux a été identifié, il s'appelle dentigérumycine (Oh et al 2009); mais il ne semble pas qu'il soit intéressant pour l'homme. Ces bactéries secrètent d'autres antibiotiques comme la candicidine (connue depuis 1953) qui sont actifs aussi contre des Streptomyces (Haeder et al 2009, Dangelo et al 2016). Ces bactéries sont aussi emportées par la jeune reine fondatrice. Le système est encore bien plus complexe avec des levures qui mangent les bonnes bactéries ; et d’autres micro-organismes en cours de découverte. On vient par exemple de trouver des bactéries fixatrices d’azote comme celles qu’on trouve dans les racines de légumineuses. Il existe un véritable « microbiome » bactérien dans la meule à champignon où ce sont des bactéries qui digèrent les parois cellulaires des plantes (Suen et al. 2010). Les fourmis champignonnistes ont aussi une flore bactérienne importante dans leur estomac, mais elle est simple. Acromyrmex possède principalement seulement 4 taxa bactériens (Wolbachia, Rhizobiales et 2 Entoplasmatales). Les Rhizobiales sont uniquement extracellulaires dans l’intestin où elles forment des biofilms (ce qui les protège des antibiotiques comme la tétracycline) et possèdent des protéines permettant la fixation d’azote (Sapountzis et al. 2015).

- Chez les fourmis rousses en dôme de nos forêts, la chaleur du dôme serait fortement influencée par les bactéries qui se nourrissent de miellat et de résine (Jílková et al 2018)

- On vient aussi de découvrir que les fourmis influencent la flore bactérienne sur les feuilles de l'acacia. En absence de la fourmi Pseudomyrmex hindsii les feuilles sont plus attaquées par des pathogènes et présentent donc plus de dommages comme des trous ou des zones sombres. C'est aussi le cas si l'arbre est colonisé par une fourmi parasite Pseudomyrmex gracilis (on parle de parasite car la fourmi ne défend pas l'arbre contre les prédateurs). Ce fait est lié à des modifications de la flore bactérienne des feuilles. On a donc un effet indirect (González-Teuber et al 2014).

- M. Cooling et B. Hoffmann en Australie ont observé que entre 2003 et 2014 la fourmi folle jaune pouvait disparaître spontanément dans divers endroits (Cooling and Hoffmann 2015). Cette disparition pourrait être due à des virus, et d'autres bactéries pathogènes comme Rhabdochlamydia, Serratia et Cardinium (Cooling et al 2016).

- En 2017 on vient d'identifier toute une série d'antibiotiques efficaces contre deux bactéries résistantes. Ce sont des polypeptides aromatiques appelés fasamycins et formicamycins issus de bactéries filamenteuses actinomycètes. Ces bactéries ont été trouvées dans des nids de fourmis Tetraponea penzigi dans des domaties sur des acacias au Kénya (Qin et al 2017).

- Chez Cephalotes, fourmi tortue arboricole se nourrissant de nectar, de pollen, de champignons, régimes à faible teneur en azote nécessitant l'action de bactéries, le transfert des bactéries des fourmis les plus âgées aux plus jeunes se fait par secrétions anales ("transplantations fécales" selon Charpentier 2018, coprophagie selon Lanan et al).

- Les larves de Liometopum (escamole du Mexique) sont très recherchées pour leur goût (caviar des mexicains). Elles ont des bactéries symbiotes du type Firmicutes fixatrices d'azote, ce qui explique leur haute teneur en protéines, alors que les adultes ont surtout des Protéobactéries. Les bactéries des larves sont contenues dans des bactériocytes, elles servent à la synthèse des vitamines et des acides aminés (González-Escobar 2018). Voir Fourmis comestibles.

- Les Allomerus ont aussi dans leurs nids des actinobactéries (6 Streptomyces et 1 Amycolatopsis) qui les protègent contre les champignons parasites (Seipke et al 2012).

- La cuticule des fourmis héberge aussi bien sûr de nombreuses bactéries comme l'a montré Caroline Birer dans sa thèse (Birer 2017, Birer et al 2017). Elle  identififié un dipeptide cyclique (Cyclo(LPro-LPhe)) antimicrobien qui a été isolé à partir d’une souche proche de Streptomyces. La composition du microbiote bactérien cuticulaire des espèces Camponotus femoratus et Crematogaster levior dans les jardins de fourmis a été anlysée. Les résultats soulignent l’acquisition d’une partie du microbiote à partir de l’environnement. En parallèle l’analyse métabolomique des cuticules montre à contrario une plus grande spécificité liée à l’espèce de fourmi.

Autres Arthropodes : on trouve des bactéries un peu partout quand on les cherche.

- De nombreuses punaises sont porteuses de Wolbachia. Suite à un traitement antibiotique, les punaises produisent moins de substances défensives et de phéromones d’alarme (Becerra et al. 2015).

- L'odeur coloniale des termites est influencée par les bactéries du tube digestif (Matsuura 2001, Minkley et al 2006).

- Chez les isopodes les Wolbachia protègent contre des infections de microbes pathogènes intracellulaire (Braquart-Varnier et al. 2015). Chez Armadillidium les bactéries symbiotiques Wolbachia ont un rôle dans la mise en place de l’odeur cuticulaire qui permet le choix d’orientation sexuelle, les mâles savent différencier des femelles infectées ou non (Richard 2017.

- Les abeilles ont aussi évidemment une flore intestinale importante avec des microbes capables de digérer le pollen et le nectar. Les abeilles avec une flore variée résistent mieux à certains parasites ((Enders 2015) p. 214). On a élevé des larves d'abeilles en milieu stérile, sans bactéries. Les abeilles sans bactéries  font 28 fois moins d'apidacéine, une protéine antimicrobienne, que celle à qui on avait ensuite inoculé des bactéries de tube digestif. Elles sont moins résistantes à une infection par Escherichia coli (Nature 2017; kwong et al 2017).

- Chez les drosophiles les bactéries commensales (surtout Wolbachia et Lactobacillus) jouent un rôle dans le choix de l'espèce du partenaire sexuel par l'intermédiaire des hydrocarbures cuticulaires, ce qui peut jouer un rôle dans la spéciation (Sharon et al. 2010).

- Chez 25 espèces de guêpes Philanthus prédatrices d'abeilles (beewolf wasps) on trouve 49 antibiotiques contre les Streptomyces avec des variations entre espèces et selon les localités, ce qui témoigne d'adaptations (Engl et al 2018).

Chez les vertébrés

- Les bactéries peuvent participer à l’émission de signaux de reconnaissance comme chez les hyènes où l’odeur individuelle est plus variable entre groupes qu’à l’intérieur du groupe (Theis et al. 2012; Theis et al. 2013).

Voir
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