Des bactéries et des fourmis

Alain Lenoir mis à jour 27-Aoû-2017

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 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.. La médecine légale s'intéresse de plus en plus aux bactéries qui signent le passage d'une personne (Cabut et Herzberg 2017).
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 icro-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).

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

- Chez Camponotus les bactéries 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. Nous avons 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. 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).

- 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 de nombreux insectes on trouve aussi des bactéries. 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). Chez les isopodes les Wolbachia protègent contre des infections de microbes pathogènes intracellulaire (Braquart-Varnier et al. 2015).

Chez l'abeille
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).

Voir
- Souza, D.J., A. Bézier, D. Depoix, J.-M. Drezen and A. Lenoir (2009).
Blochmannia endosymbionts improve colony growth and immune defence in the ant Camponotus fellah. BMC Microbiology 9(1): 29. Pdf
- Souza, D. J., D. Depoix, J. Lesobre and A. Lenoir (2006). Camponotus fellah (Formicidae : Formicinae) et son endosymbionte, Candidatus Blochmannia. Union internationale pour l’étude des insectes sociaux – section française. Colloque annuel. Avignon – 24-27 avril 2006: 62. Pdf

- Barthélémy, P. (2016). Il n'y a pas d'argent qui ne soit pas sale. Le Monde Science et Médecine 21 décembre 2016.
- Becerra, J., G. Venable and V. Saeidi (2015). Wolbachia-Free Heteropterans Do Not Produce Defensive Chemicals or Alarm Pheromones. Journal of Chemical Ecology 41(7): 593-601. 10.1007/s10886-015-0596-4
- Braquart-Varnier, C., M. Altinli, R. Pigeault, F. Chevalier, P. Greve, D. Bouchon and M. Sicard (2015). The mutualistic side of Wolbachia-Isopod interactions: Wolbachia mediated protection against pathogenic intracellular bacteria. Frontiers in Microbiology 6. 10.3389/fmicb.2015.01388
- Cabut, S. and N. Herzberg (2017). Le microbe, un indice au service de la police. Le Monde 23 août 2017. p. 7.
- Cooling, M. and B. D. Hoffmann (2015). Here today, gone tomorrow: declines and local extinctions of invasive ant populations in the absence of intervention. Biological Invasions 17(12): 3351-3357. 10.1007/s10530-015-0963-7
- Cooling, M., M. A. M. Gruber, B. D. Hoffmann, A. Sébastien and P. J. Lester (2016). A metatranscriptomic survey of the invasive yellow crazy ant, Anoplolepis gracilipes, identifies several potential viral and bacterial pathogens and mutualists. Insectes Sociaux: 1-11. 10.1007/s00040-016-0531-x

- Enders, G. (2015). Le charme discret de l'intestin, Actes Sud.
- González-Teuber, M., M. Kaltenpoth and W. Boland (2014). Mutualistic ants as an indirect defence against leaf pathogens. The New Phytologist 202(2): 640-650.
- Kiers, E. T. and S. A. West (2015). Evolving new organisms via symbiosis. Science 348(6233): 392-394. 10.1126/science.aaa9605
- Kupper, M., C. Stigloher, H. Feldhaar and R. Gross (2016). Distribution of the obligate endosymbiont Blochmannia floridanus and expression analysis of putative immune genes in ovaries of the carpenter ant Camponotus floridanus. Arthropod Structure & Development. http://dx.doi.org/10.1016/j.asd.2016.09.004
-
Kwong, W. K., A. L. Mancenido and N. A. Moran (2017). Immune system stimulation by the native gut microbiota of honey bees. Royal Society Open Science 4(2). 10.1098/rsos.170003
- Nature (2017). Microbiology: Gut bacteria boost bee immunity. Nature 542(7641): 274-274. 10.1038/542274a
- Picq P. (2013) De Darwin à Lévy-Strauss. L’homme et la diversité en danger , Odile Jacob
- Sapountzis, P., M. Zhukova, L. H. Hansen, S. J. Sorensen, M. Schiott and J. Boomsma (2015). Acromyrmex Leaf-Cutting Ants Have Simple Gut Microbiota with Nitrogen-Fixing Potential Appl. Environ. Microbiol. 81: 5527-5537.
- Suen, G., J. J. Scott, F. O. Aylward, S. M. Adams, S. G. Tringe, A. n. A. Pinto-Tomás, C. E. Foster, M. Pauly, P. J. Weimer, K. W. Barry, et al. (2010). An Insect Herbivore Microbiome with High Plant Biomass-Degrading Capacity. PLoS Genet 6(9): e1001129.
- Zilberg-Rosenberg, I. and E. Rosenberg (2008). Role of microorganisms in the evolution of animals and plants: the hologenome theory of evolution. FEMS Microbiology Reviews 32: 723-735.