COMMUNICATION CELLULAIRE

Mutualisations entre êtres unicellulaires et multicellulaires

Des ensembles de micro-organismes étroitement associés à des hôtes animaux ou végétaux constituent des microbiotes. Ils bénéficient ainsi d’un milieu favorable et fournissent en échange à leur hôte de nombreux avantages. À l’heure de la génétique moléculaire à haut débit, on appelle microbiome l’ensemble des gènes du microbiote quelle que soit la diversité des organismes qui composent ce dernier. Pour permettre une coopération optimale pour les deux parties, les micro-organismes doivent interagir d’une part entre eux et d’autre part avec leur hôte commun. Cela nécessite donc des communications multiples entre les diverses cellules du microbiote entre elles ainsi qu’avec celles de l’hôte.

Chez les animaux, le microbiote intestinal est une dense communauté (environ le même nombre de cellules que l’hôte lui-même), constituée de bactéries aérobies et anaérobies, d’archées, de virus, de champignons et d’autres eucaryotes microbiens. Il collabore avec l’hôte en participant à la digestion, en fournissant des vitamines et acides aminés essentiels, mais aussi en occupant le terrain pour limiter l’invasion par des micro-organismes pathogènes.

Les communications des cellules du microbiote avec celles de l’hôte sont très variées : elles affectent non seulement ses fonctions intestinales locales mais également son système nerveux (en particulier via le nerf vague vers les centres de contrôle centraux de l’appétit) et son système immunitaire (en particulier via des macrophages produisant des cytokines). Ces deux voies ont un impact sur les comportements de l’hôte (alimentation) mais aussi sur son bien-être et le stress. Le microbiote est de plus en plus reconnu comme un facteur de sensibilité à diverses pathologies, même autres qu’infectieuses, en particulier inflammatoires (maladie de Crohn) ou neurologiques (autisme, dépression, maladie d’Alzheimer).

Chez les végétaux, le rhizobiote (microbiote racinaire) est l’ensemble des organismes du sol (bactéries, champignons, virus…) interagissant avec les racines des plantes et leur fournissant ainsi un certain nombre de composés qu’elles ne synthétisent pas – le terme « rhizobiome » est souvent utilisé en lieu et place de celui de rhizobiote, mais il devrait plutôt désigner l’ensemble des gènes de celui-ci. Dans ces communautés d’espèces différentes en interaction, on trouve des champignons et des bactéries.

La mycorhize (symbiose de champignons avec les racines de plantes) serait à l'origine de la colonisation de la terre ferme par des plantes aquatiques il y a environ 450 millions d’années. En outre, le réseau mycorhizien permet des communications entre plantes de même espèce ou d’espèces différentes. Par ailleurs, le terme « rhizobium » concerne plus spécifiquement les bactéries associées aux racines des plantes. Ces associations sont apparues il y a seulement 100 millions d’années, secondairement aux colonisations par les champignons. Les premiers signaux d’appel des racines, en particulier des flavonoïdes, surtout chez les légumineuses, induisent la synthèse de facteurs Nod par les bactéries qui provoquent autour d’elles la formation des nodosités par les racines. Les facteurs Nod sont des lipo-chito-oligosaccharides qui agissent via l’hétérodimérisation de récepteurs membranaires dont un récepteur Ser/Thr-kinase des racines.

La diversité des interactions entre cellules est ainsi d’une richesse extraordinaire et repose cependant sur un nombre relativement restreint de mécanismes moléculaires. Cette boîte à outils moléculaires, déjà disponible pour une très large part chez les organismes unicellulaires, a été exploitée pour mettre en œuvre des coopérations entre cellules qui ont garanti leur pérennité via une diversification foisonnante de communautés cellulaires fonctionnellement[...]