Les bactéries développent et déploient régulièrement de nouveaux antibiotiques dans une course aux armements sans fin pour tuer d’autres espèces bactériennes qui se disputent des ressources mutuelles. Les humains ont capitalisé sur cette capacité perfectionnée par l’évolution en administrant des antibiotiques pour s’attaquer aux bactéries nocives qui envahissent et infectent leur corps.
Mais les antibiotiques peuvent aussi attaquer des passants innocents, parmi lesquels les espèces bactériennes souvent bénéfiques qui habitent les intestins des humains et de nombreux autres animaux. Avec l’augmentation de l’utilisation et de la propagation dans l’environnement des antibiotiques, en particulier via l’application dans le bétail, leur effet sur les bactéries hôtes rejoint la montée de la résistance aux antibiotiques en tant que source potentielle de préoccupation.
Des recherches antérieures indiquent que l’exposition aux antibiotiques peut réduire la présence et modifier la composition de la communauté bactérienne d’un hôte, ou microbiome, entraînant potentiellement des changements dans le métabolisme et une plus grande sensibilité aux agents pathogènes, à l’obésité et aux bactéries résistantes aux antibiotiques. Des études ont même montré que les antibiotiques peuvent influencer les microbiomes de la prochaine génération de descendants, qui reçoivent ces bactéries des parents ou de l’environnement. On en sait moins, cependant, sur la façon dont ces effets se manifestent sur plusieurs générations.
À la recherche de réponses, Reilly Cooper et ses collègues du Nebraska se sont tournés vers Daphnia magna, une espèce de crustacé qui ne mesure que quelques millimètres de long mais qui est en train de devenir un organisme incontournable pour étudier la dynamique du microbiome. L’équipe a élevé cinq générations de D. magna ; la moitié de la première génération a été élevée sans antibiotique, l’autre moitié dans un cocktail riche en antibiotique. Les générations suivantes de crustacés sans antibiotiques ont continué à être élevées de cette façon. Chaque génération née de parents exposés aux antibiotiques, quant à elle, était également répartie entre une existence riche en antibiotiques ou sans antibiotiques.
Comme prévu, les antibiotiques semblaient modifier radicalement la population de bactéries dans la première génération de D. magna, augmentant le nombre d’un groupe bactérien important tout en limitant l’abondance d’un autre. Et la diversité des espèces bactériennes a continué de décliner à travers les générations de crustacés exposés aux antibiotiques.
Néanmoins, D. magna dont les parents ont été exposés aux antibiotiques, mais qui ont eux-mêmes été élevés sans antibiotiques, se vantait de communautés bactériennes qui étaient pour la plupart indiscernables des crustacés dont les ancêtres n’ont jamais été exposés. Cette découverte, qui allait à l’encontre des attentes de l’équipe, suggère qu’une seule génération peut suffire pour qu’un microbiome se rétablisse efficacement, quel que soit le nombre de générations d’exposition aux antibiotiques qui l’ont précédé.
L’équipe a eu une autre surprise : le simple fait d’isoler les crustacés individuels, qu’ils soient exposés ou non aux antibiotiques, correspondait également à une moindre diversité bactérienne à travers les générations de D. magna. Bien que les taux de survie aient chuté à travers les générations de crustacés isolés, la taille corporelle et la reproduction totale ont augmenté. Il en a été de même pour la disparition de groupes bactériens relativement rares, laissant entendre que ces groupes pourraient jouer un rôle préjudiciable.
Après avoir démontré les effets de diverses conditions sur les microbiomes, D. magna devrait continuer à servir d’organisme modèle pour étudier la résilience, la diversité et la trajectoire des communautés bactériennes à travers les générations, a déclaré l’équipe.
Cooper espère en particulier que les chercheurs suivront les influences de l’isolement, qui indiquent que le maintien d’un microbiome diversifié pourrait dépendre du fait qu’un animal grandisse aux côtés de membres de sa propre espèce. Si tel est le cas, cela pourrait avoir des implications pour toute une série d’espèces hôtes, a-t-il déclaré.
L’étude est publiée dans FEMS Microbiologie Ecologie.
Reilly O Cooper et al, Plusieurs générations d’exposition et d’isolement aux antibiotiques influencent la forme physique de l’hôte et le microbiome chez une espèce modèle de zooplancton, FEMS Microbiologie Ecologie (2022). DOI : 10.1093/femsec/fiac082