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Aug 20, 2023

C bactérien

Nature Microbiology (2023)Citer cet article 36 Détails d'Altmetric Metrics La plupart des microbes évoluent plus rapidement que leurs hôtes et devraient donc piloter l'évolution des interactions hôte-microbe. Cependant,

Nature Microbiologie (2023)Citer cet article

36 Altmétrique

Détails des métriques

La plupart des microbes évoluent plus rapidement que leurs hôtes et devraient donc piloter l’évolution des interactions hôte-microbe. Cependant, on sait relativement peu de choses sur les caractéristiques qui définissent le chemin adaptatif des microbes vers l’association hôte. Ici, nous avons identifié des traits microbiens qui interviennent dans l'adaptation aux hôtes en faisant évoluer expérimentalement la bactérie libre Pseudomonas lurida avec le nématode Caenorhabditis elegans comme hôte. Après dix passages, nous avons observé à plusieurs reprises l’évolution de bactéries bénéfiques spécialisées dans l’hôte, une persistance améliorée chez le nématode étant associée à une formation accrue de biofilm. Le séquençage du génome entier a révélé des mutations qui régulent uniformément à la hausse le deuxième messager bactérien, le diguanylate cyclique (c-di-GMP). Nous avons ensuite généré des mutants avec du c-di-GMP régulé positivement dans différentes souches et espèces de Pseudomonas, ce qui a systématiquement augmenté l'association avec l'hôte. La comparaison des génomes des pseudomonades de divers environnements a révélé que le c-di-GMP est à la base de l'adaptation à une variété d'hôtes, des plantes aux humains. Cette étude indique que le c-di-GMP est fondamental pour établir une association d'hôte.

Les micro-organismes associés à l’hôte ont des effets importants sur le fonctionnement physiologique et la condition physique de leurs hôtes végétaux et animaux1,2,3. Ces interactions hôte-microbiote sont souvent étudiées à l’aide d’une vision centrée sur l’hôte, en mettant l’accent sur les fonctions de l’hôte médiées par le microbiote. Ce point de vue néglige le fait important selon lequel la plupart des microbes évoluent plus rapidement que leurs hôtes en raison de leurs temps de génération plus courts et de leurs taux de mutation plus élevés, et donc que les améliorations de la condition physique des microbes peuvent conduire de manière disproportionnée les associations4. Une étape importante dans l'évolution d'une association hôte-microbe est l'émergence d'une interaction plus spécialisée qui permet aux bactéries libres de pénétrer de manière fiable dans l'hôte, de persister et finalement d'être libérées dans l'environnement pour coloniser de nouveaux hôtes (Fig. 1a)4. . Jusqu’à présent, on sait peu de choses sur les traits et les processus moléculaires qui déterminent la façon dont les bactéries s’adaptent à une telle association avec l’hôte.

a, Les microbes associés à l'hôte passent d'une phase de vie libre à une association d'hôtes, cette dernière comprenant l'entrée, la persistance et la libération de l'hôte. Six populations de P. lurida ont été passées dix fois à travers ces stades avec l'hôte C. elegans (EVOhost) ou sans l'hôte comme contrôle (EVOctrl). b, les populations bactériennes adaptées à l'hôte ont significativement augmenté la condition physique (donnée en cfus par ver) par rapport à l'ancêtre (tests t bilatéraux et comparaisons post hoc de Tukey corrigées par FDR, 6 répétitions par traitement). c, les bactéries évoluées restent bénéfiques pour l'hôte, déterminé par la croissance de la population de nématodes (test t bilatéral, 6 répétitions par traitement). d, Un morphotype de colonie ridée n'est apparu que lors de l'adaptation de l'hôte et domine chez les vers (comparaison de l'abondance du morphotype au sein des traitements : modèles linéaires généralisés et test post hoc de Tukey corrigé par FDR, 6 répétitions par traitement). e, des bactéries évoluées spécialisées dans l'hôte (étiquetées avec dTomato fluorescent rouge) colonisent l'intestin du ver (vésicules autofluorescentes dans les cellules intestinales du nématode en cyan). Barre d'échelle, 10 µm. f, l'ACP des traits clés du cycle de vie associé à l'hôte (en a) révèle un profil distinct pour les spécialistes évolués de l'hôte ridé par rapport aux bactéries ancestrales (voir le tableau supplémentaire 5 pour les mesures de traits individuels). b – d, les boxplots montrent la médiane (ligne centrale), les quartiles supérieur et inférieur (limites de la boîte) et l'intervalle interquartile (moustaches).

Nous avons étudié la transition évolutive de la vie libre à l'association hôte par le biais d'une évolution expérimentale contrôlée, en utilisant comme modèle la bactérie Pseudomonas lurida et l'hôte nématode Caenorhabditis elegans. Cette bactérie est occasionnellement retrouvée dans le microbiote naturel de C. elegans5,6. Dans des conditions de laboratoire, la présence de P. lurida est associée à des taux de croissance accrus de la population de C. elegans et peut fournir une protection contre les agents pathogènes, mais l'hôte et la bactérie peuvent proliférer l'un sans l'autre et ne dépendent donc pas l'un de l'autre5,7,8. . Pour sélectionner des bactéries adaptées à l'hôte, nous avons effectué des passages en série de 6 populations de P. lurida avec ou sans phase associée à l'hôte (Fig. 1a ; EVOhost ou EVOctrl, respectivement). Toutes les populations ont été inoculées à partir du même ancêtre clonal. Après 10 passages à travers des hôtes, les bactéries ont atteint en moyenne une charge bactérienne 5 à 10 fois plus élevée chez l'hôte que chez leur ancêtre, un changement significatif non observé pour le contrôle qui a évolué sans exposition aux hôtes mais avait par ailleurs des conditions identiques (Fig. 1b et Extended Données Fig.1). L'amélioration de la condition physique bactérienne n'a pas eu de coût pour l'hôte, car la croissance de la population de nématodes (utilisée comme indicateur de la condition physique des nématodes) n'a pas changé de manière significative, mais a plutôt augmenté en présence de bactéries adaptées (Fig. 1c).