L’écologiste évolutionniste Tobin Hammer remet en question la vision traditionnelle des avantages microbiens dans un article évalué par des pairs, suggérant que les hôtes ne bénéficient pas toujours de leurs microbes. Au lieu de cela, ils pourraient en être dépendants au cours de l’évolution, un concept connu sous le nom de « dépendance évolutive » ou de « dépendance évoluée ». Cette théorie, qui assimile la dépendance des hôtes aux microbes à une forme de dépendance, a des implications pour la compréhension de l’évolution et de la stabilité des interactions hôte-microbe. Hammer soutient que cette perspective pourrait aider à prédire les effets de la perte de biodiversité microbienne et souligne la nécessité de poursuivre les recherches dans ce domaine.
Nous savons depuis longtemps que les hôtes subissent des dysfonctionnements en l’absence de leur microbiome, qui peuvent survenir en raison d’un manque de certains microbes. espèces ou une absence totale de microbes. Ce phénomène est souvent attribué aux fonctions essentielles et bénéfiques exercées par les microbes. Cependant, l’écologiste évolutionniste Tobin Hammer de l’Université de Californie à Irvine conteste ce point de vue.
Repenser les avantages microbiens
Dans un article d’opinion évalué par des pairs récemment publié dans la revue Tendances en microbiologie, Hammer soutient que, dans certains cas, les microbes pourraient ne pas réellement aider leurs hôtes ; au lieu de cela, les hôtes exempts de microbes pourraient mal fonctionner parce qu’ils ont développé une dépendance à leurs microbes. Dans ce cas, les hôtes dépendent des microbes pour fonctionner, mais ceux-ci ne fournissent aucun avantage en retour.
La dépendance évolutive est aussi parfois appelée « dépendance évoluée » et elle peut survenir dans n’importe quel système hôte : de l’intestin humain aux racines des plantes, en passant par les microbes qui hébergent d’autres microbes. Hammer compare cela à sa propre dépendance au café.
« J’ai besoin de café pour remplir mes fonctions de base, mais je ne les remplis pas mieux maintenant qu’avant le début de la dépendance ; J’ai besoin de café juste pour revenir à la normale », écrit Hammer. « Le même processus peut se produire avec les symbioses hôte-microbe : une dépendance évolue sans amélioration de la fonctionnalité. »
Le même résultat expérimental peut s’expliquer par des bénéfices manquants (voie supérieure) ou une dépendance évolutive (voie inférieure). Crédit : Tendances en microbiologie/Hammer
Dépendance microbienne dans les relations symbiotiques
Bien que le concept de dépendance évolutive ait été discuté dans le contexte d’autres relations symbiotiques – par exemple, les herbivores et les plantes ainsi que les parasites et leurs hôtes – il a rarement été envisagé dans le contexte du microbiome. Hammer soutient que la dépendance évolutive devrait être prise en compte lors de l’interprétation des expériences d’élimination des microbes, car elle pourrait avoir des implications uniques sur l’évolution et la stabilité des interactions hôte-microbe.
« En ignorant largement la dépendance évolutive, le domaine du microbiome a manqué une explication évolutive plausible et probablement commune des traits de l’hôte microbien dépendants », écrit Hammer. « L’organisme hôte est un système complexe et interconnecté en interne, et l’absence d’un microbe qui y a été intégré, comme un rouage dans une machine, entraînera un dysfonctionnement des composants. »
Mécanismes de dépendance évolutive
Il existe plusieurs façons possibles pour un hôte de devenir dépendant d’un microbe au cours de l’évolution. Au cours d’un parcours, les hôtes s’adaptent pour s’adapter et fonctionner en présence de microbes et, ce faisant, deviennent dépendants d’eux. Cette voie est une explication de la façon dont le système immunitaire des mammifères est devenu dépendant des microbes intestinaux : si, en plus de bénéficier de bénéfices, un hôte subit une inflammation au cours des premiers stades d’une relation symbiotique, il pourrait être sélectionné pour avoir un système immunitaire moins sensible. réponse. De cette façon, notre système immunitaire a été calibré pour fonctionner en présence de microbes et leur absence provoque donc un dysfonctionnement immunitaire.
Alternativement, les espèces hôtes pourraient devenir dépendantes de microbes qui remplissent une fonction similaire à celle d’un trait existant de l’hôte. Dans ce cas, il y a moins de pression de sélection sur l’hôte pour conserver ce trait, et donc l’hôte finit par perdre ce trait et devient dépendant du microbe. Un exemple de dépendance évolutive est la guêpe Asobara Tabidaqui est infecté de manière chronique par l’endosymbiote bactérien Wolbachia et a besoin des bactéries pour produire des œufs. Autre Asobara espèces qui ne sont pas infectées de manière chronique par Wolbachia n’ont pas besoin des bactéries pour produire des œufs, et A. tabida n’a pas une capacité améliorée à produire des œufs en raison de Wolbachia; avoir la bactérie la ramène simplement à la fonctionnalité de base.
Coexistence de la dépendance et des avantages
Hammer note que la dépendance évolutive et les bénéfices manquants ne s’excluent pas mutuellement et que, dans le cas de certaines paires hôte-microbe, les deux mécanismes pourraient être en jeu. « Un processus peut engendrer un autre », écrit Hammer. « On peut s’attendre à ce qu’un microbe assurant une fonction adaptative se propage entre les hôtes, facilitant ainsi l’évolution ultérieure de la dépendance. »
Savoir si les hôtes bénéficient de leurs microbes ou en sont dépendants au cours de l’évolution pourrait nous aider à prédire les conséquences de la perte de biodiversité microbienne. La dépendance évolutive pourrait être réversible dans certains cas si les hôtes peuvent s’adapter pour retrouver la fonction perdue, soit par variation génétique au sein de leur population, soit par de nouvelles mutations. En revanche, si des hôtes exempts de microbes fonctionnent mal en raison de bénéfices manquants (par exemple, une plante hôte qui dépend des rhizobiums pour fixer l’azote, un nutriment essentiel), il est alors très peu probable que la plante soit capable de s’adapter à la perte de ces microbes, car aucune plante ne peut s’adapter à la perte de ces microbes. a toujours été capable de fixer l’azote de manière indépendante. Hammer note que des travaux supplémentaires sont nécessaires pour tester cette hypothèse.
« La réversibilité est importante lorsque l’on considère les perturbations des symbiotes microbiens associés de longue date », écrit Hammer. « Quelles caractéristiques, chez quels hôtes, l’évolution pourra-t-elle sauver en l’absence des microbes ? »
