Le sol est un système dynamique d’interactions microbes-matériaux et de réactivité environnementale. Le complexe sol-microbe est un système intégré et adaptable qui peut remodeler son état en fonction de l’environnement extérieur.
Inspirés par ces caractéristiques du sol, les chercheurs ont conçu un système chimique dans lequel la détection et la modification peuvent être induites par des stimuli externes. Le professeur Gao Xiang de l’Institut de technologie avancée de Shenzhen (SIAT) de l’Académie chinoise des sciences est le co-premier auteur de cette étude.
Cette étude a été publiée dans Chimie naturelle le 24 octobre.
L’environnement colonisé par les microbes du sol est un parfait exemple d’interaction microbe-matériau dans la nature. D’une part, les minéraux endogènes du sol et la matière organique du sol interagissent dynamiquement avec des facteurs exogènes tels que l’humidité et la force mécanique pour guider les communautés microbiennes du sol. D’autre part, les microbes du sol régulent les cycles biogéochimiques pour enrichir le sol en nutriments tels que l’azote, le phosphore et le soufre.
L’équipe de recherche a proposé une approche synthétique ascendante pour construire un système chimique composé de minéraux nanostructurés, de granules d’amidon et de métaux liquides afin de représenter de manière lâche les matériaux inorganiques et organiques immobilisés et les phases mobiles dans le sol.
« Le système est chimiquement, optiquement et mécaniquement réactif avec des propriétés programmables », a déclaré le professeur Lin Yiliang, correspondant et premier auteur de cette étude et actuellement professeur adjoint à l’Université nationale de Singapour. « Nous pouvons ‘encoder’ des informations conductrices dans les matériaux avec une pression mécanique ou un motif laser, puis ‘effacer’ la conductivité avec des vapeurs chimiques. L’ensemble du processus est réversible. »
Outre la similitude structurelle avec le sol réel et sa réactivité dynamique, le système chimique inspiré du sol améliore non seulement le métabolisme microbien in vitro, mais enrichit également la diversité bactérienne intestinale dans des conditions pathologiques et module la dysbiose bactérienne in vivo.
Dans des expériences in vivo, le système chimique inspiré du sol a amélioré l’abondance du microbiote intestinal et modulé les microbes intestinaux dérégulés dans des conditions pathologiques. « Les systèmes chimiques inspirés du sol se sont révélés prometteurs pour le traitement des troubles gastro-intestinaux », a déclaré le professeur Gao Xiang du SIAT, co-premier auteur de l’étude.
En plus d’être utilisé sur le microbiote intestinal, ce système chimique peut être utilisé pour étudier d’autres systèmes microbiens, tels que le microbiote de la peau et du sol, qui peuvent avoir des implications pour la santé humaine et la stabilité et la productivité des agro-écosystèmes.
Yiliang Lin et al, Un système chimique dynamiquement réactif inspiré du sol pour la modulation microbienne, Chimie naturelle (2022). DOI : 10.1038/s41557-022-01064-2