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Le microbe, ce mal qui nous fait du bien

Certaines bactéries provoquent des cancers dans l’estomac, mais les préviennent dans l’œsophage. Nos microbes intestinaux sont garants d’équilibre, mais potentiellement mortels s’ils parviennent dans le sang. Ces exemples l’attestent : un germe n’est jamais « bon » ou « mauvais » par nature. Tout est affaire de contexte.

 


Helicobacter pylori
En 1924, Marshall Hertig et Simeon Burt Wolbach trouvèrent un nouveau microbe à l’intérieur de moustiques bruns ordinaires Culex pipiens qu’ils avaient collectés dans les environs de Boston et Minneapolis. Il ressemblait un peu aux bactéries Rickettsia en qui Wolbach avait antérieurement identifié la cause de la fièvre pourprée des montagnes Rocheuses et du typhus. Mais ce nouveau microbe ne semblait responsable d’aucune maladie – et était donc pratiquement ignoré. Il fallut douze années à Hertig pour lui donner le nom officiel de Wolbachia pipientis, en l’honneur de son ami Wolbach qui l’avait découvert et du moustique qui l’hébergeait. Et il fallut attendre de nombreuses autres décennies pour que les biologistes se rendent compte à quel point cette bactérie était spéciale. Il n’est pas rare que des auteurs scientifiques qui écrivent régulièrement sur la microbiologie aient une bactérie favorite, tout comme les gens ont un film ou un musicien favori. La mienne est Wolbachia. Elle est à la fois époustouflante par son comportement et impressionnante par sa prolifération. Elle est aussi l’exemple parfait de la nature duale des microbes – de tous les microbes –, tantôt partenaires, tantôt parasites. Dans les années 1980 et 1990, après que Carl Woese eut montré au monde comment identifier les microbes en séquençant leurs gènes, les biologistes commencèrent à trouver des Wolbachia partout. Des chercheurs qui étudiaient indépendamment des bactéries susceptibles d’influer sur la vie sexuelle de leurs hôtes se rendirent compte qu’ils travaillaient tous sur la même chose. Richard Stouthamer découvrit un groupe de guêpes asexuées, toutes femelles, se reproduisant uniquement par clonage. Cette particularité était l’œuvre d’une bactérie, Wolbachia : lorsque Stouthamer traita les guêpes avec des antibiotiques, les mâles réapparurent soudainement et les deux sexes recommencèrent à s’accoupler. Thierry Rigaud trouva dans le cloporte des bactéries qui transformaient les mâles en femelles en intervenant dans la production d’hormones mâles. Là encore, des Wolbachia. Aux Fidji et aux Samoa, Greg Hurst trouva qu’une bactérie tuait les embryons mâles du magnifique papillon lune bleue, de sorte que les femelles étaient cent fois plus nombreuses que les mâles. Wolbachia, encore. Peut-être pas exactement la même souche, mais toutes étaient des variantes du microbe provenant du moustique de Hertig et Wolbach. Une raison explique pourquoi toutes ces stratégies sont défavorables aux mâles. Wolbachia ne peut se transmettre à la génération d’hôtes suivante que par les œufs ; les spermatozoïdes sont trop petits pour la contenir. Les femelles sont son avenir, les mâles son impasse évolutive. Elle a donc développé de nombreux moyens de circonvenir les hôtes mâles afin d’accroître son fonds d’hôtes femelles. Elle les tue, comme dans le cas des papillons de Hurst. Elle les féminise, comme dans le cas des cloportes de Rigaud. Elle en supprime totalement la nécessité en permettant aux femelles de se reproduire par voie asexuée, comme dans le cas des guêpes de Stouthamer. Aucune de ces manipulations n’est propre à Wolbachia, mais elle est la seule bactérie qui les utilise toutes. Quand Wolbachia laisse les mâles survivre, elle ne cesse pas pour autant de les manipuler. Elle modifie souvent leur sperme afin qu’ils ne puissent féconder que des ovules infectés par la même souche de Wolbachia. Du point de vue des femelles, cette incompatibilité signifie que les femelles infectées (qui peuvent s’accoupler avec n’importe quel partenaire de leur choix) acquièrent un avantage compétitif par rapport aux femelles non infectées (qui ne peuvent s’accoupler qu’avec des mâles non infectés). À chaque génération, les femelles contaminées deviennent plus nombreuses, tout comme les Wolbachia dont elles sont porteuses. C’est ce qu’on appelle l’incompatibilité cytoplasmique, et c’est la stratégie la plus courante et la plus efficace des Wolbachia — les souches qui l’utilisent se répandent si ­rapidement dans une population qu’elles infectent typiquement 100 % de leurs hôtes potentiels. À part ces astuces misandres, Wolbachia excelle également à envahir les ovaires et à pénétrer dans les ovules, au point qu’elle se retrouve rapidement transmise d’une génération d’insectes à la suivante. Elle est également extraordinairement habile à sauter dans de nouveaux hôtes, de sorte que même si elle rompt avec une espèce, il lui en reste quantité d’autres chez qui elle peut s’installer. « Je pourrais trouver la même souche de Wolbachia dans un scarabée australien et une mouche européenne » dit Jack Werren, spécialiste de cette bactérie. Pour ces raisons, Wolbachia est devenue une bactérie extrêmement commune. Selon une étude récente, elle infecte au moins quatre espèces d’arthropodes sur dix – le groupe des arthropodes inclut notamment les insectes, les araignées, les scorpions, les acariens et les cloportes. La proportion est ahurissante ! La majorité des quelque 7,8 millions d’espèces animales vivantes sont des arthropodes. Si Wolbachia infecte 40 % de ces espèces, elle est sans doute la bactérie la plus prolifique du monde, du moins sur la terre ferme (1). Et il est en un sens tragique que Wolbach ne l’ait jamais su. Il mourut en 1954, ignorant que son nom est attaché à l’une des plus grandes pandémies de l’histoire de la vie. Chez de nombreux animaux, Wolbachia est un parasite de la reproduction – un organisme qui manipule la vie sexuelle de ses hôtes pour servir ses propres objectifs. Les hôtes en souffrent. Certains en meurent, d’autres deviennent stériles, et même les individus non affectés se trouvent contraints de vivre dans un monde déséquilibré par un manque de partenaires potentiels. Wolbachia pourrait passer pour l’archétype du « méchant microbe », mais elle a aussi un bon côté. Elle procure un avantage mal connu à certains vers nématodes, sans lequel ils ne peuvent survivre. Elle protège certaines mouches et certains moustiques contre des virus et d’autres pathogènes. La guêpe Asobara tabida ne peut fabriquer ses ovules si elle n’est pas infectée par Wolbachia. Chez la punaise des lits, Wolbachia constitue un complément nutritif : elle fabrique des vitamines B absentes du sang bu par les punaises. Sans elle, les punaises deviennent rachitiques et stériles. L’utilisation de Wolbachia apparaît de manière particulièrement saisissante lorsqu’on se promène dans une pommeraie européenne à l’automne. Parmi les feuilles jaunes et orange, on peut voir
quelques petites îles vertes résister comme par défi au déclin saisonnier. Elles sont l’œuvre de la mineuse du pommier, un papillon de nuit dont la chenille vit à l’intérieur des feuilles de pommier. Presque toutes ces chenilles sont porteuses de Wolbachia. Chez ces insectes, le microbe libère des hormones qui empêchent les feuilles de jaunir et de mourir. Ces hormones permettent à la chenille de retenir l’automne et se donner ainsi suffisamment de temps pour devenir adulte. Si vous éliminez Wolbachia, les feuilles meurent et tombent, et avec elles les chenilles qu’elles contiennent. Wolbachia est donc une créature aux multiples facettes. Certaines souches se comportent en parasites primitifs, en manipulatrices égoïstes si talentueuses qu’elles se sont répandues dans le monde entier portées par les pattes et les ailes d’une multitude d’hôtes ; elles tuent des animaux, dénaturent leur biologie, et limitent leurs choix. D’autres souches sont des mutualistes, des aubaines, des alliés indispensables. D’autres encore sont les deux à la fois. Et dans cette nature multiforme, Wolbachia n’est pas seule. Présenter dans un livre les avantages que l’on a de vivre avec des microbes suscite un sentiment étrange mais critique : il n’existe pas de « bons microbes » et de « mauvais microbes ». Ces désignations appartiennent aux récits pour enfants. Elles ne conviennent pas pour décrire les relations compliquées, incontrôlables et contextuelles existant dans la nature. En réalité, les bactéries correspondent à un continuum de styles de vie, allant de « méchants » parasites à « gentils » mutualistes. Certains microbes, telle Wolbachia, vont d’une extrémité à l’autre de ce spectre parasite-mutualiste, en fonction de la souche et de l’hôte dans lequel ils se trouvent. Mais nombre d’entre eux existent simultanément à ces deux extrémités : la bactérie stomacale Helicobacter pylori provoque des ulcères et des cancers de l’estomac, mais protège également contre le cancer de l’œsophage — et ce sont les mêmes souches qui rendent compte de ces avantages et désavantages. D’autres microbes peuvent, selon le contexte, changer de rôles au sein d’un même hôte. Tout cela signifie que les étiquettes telles que mutualiste, commensal, pathogène ou parasite, censées marquer une identité fixe, ne sont pas appropriées. Ces termes ressemblent davantage à des états – affamé, éveillé, vivant, etc. – ou à des comportements – coopératif, combatif, etc. Ils sont plus des adjectifs et des verbes que des noms : ils décrivent la relation de deux partenaires à un moment et un endroit donnés. Nichole Broderick a trouvé un excellent exemple de cette relation en étudiant un microbe vivant dans les sols et appelé Bacillus thuringiensis ou Bt. Ce microbe produit des toxines capables de tuer des insectes en perforant leurs intestins. Les agriculteurs exploitent cette faculté depuis les années 1920 en pulvérisant, sous forme de pesticide vivant, du Bt sur des cultures. Même les fermiers bio font ça. L’efficacité de cette bactérie est indéniable, mais pendant des décennies, les scientifiques se sont trompés sur sa technique de tueuse. Ils supposaient que ses toxines faisaient tellement de dégâts que leurs victimes mouraient de faim. Cette explication était toutefois incomplète. Il faut plus d’une semaine pour qu’une chenille soit affamée, et Bt tue en moitié moins de temps. Broderick trouva ce qui se passait réellement – presque par hasard. Soupçonnant les chenilles d’avoir des microbes intestinaux qui les protégeaient contre Bt, elle les traita avec des antibiotiques et les exposa aux pesticides. Les microbes étant éliminés, elle pensait que les chenilles mourraient encore plus vite. En fait, toutes survécurent. Il apparut qu’au lieu de protéger les chenilles, les bactéries intestinales étaient le moyen dont se servait Bt pour les tuer. Ces bactéries sont inoffensives tant qu’elles restent dans l’intestin, mais peuvent franchir les trous créés par les toxines de Bt et envahir le système sanguin. Quand il sent leur présence, le système immunitaire de la chenille se déchaîne. Une inflammation se propage dans tout le corps de la chenille, lésant ses organes et affectant sa circulation sanguine. C’est le sepsis. C’est ce qui tue l’insecte si rapidement. La même chose arrive probablement à des millions de personnes chaque année. Nous autres humains sommes également infectés par des pathogènes qui font des trous dans notre intestin ; et nous aussi développons un sepsis lorsque nos ­microbes intestinaux standard pénètrent dans notre système sanguin. Comme dans le cas des chenilles, les mêmes microbes peuvent être bénéfiques dans l’intestin mais dangereux dans le sang. Ils ne sont mutualistes qu’en fonction de leur lieu de résidence. Les mêmes principes valent également pour les bactéries dites « oppor­tunistes » vivant dans nos corps — elles sont normalement inoffensives mais peuvent causer des infections potentiellement mortelles chez les personnes dont le système ­immunitaire est déficient. Tout dépend du contexte. [...] De même qu’une mauvaise herbe est une fleur poussant au mauvais endroit, nos microbes peuvent constituer une aide précieuse pour un organe mais un danger pour un autre organe, ou être essentiels à l’intérieur de nos cellules mais mortels à l’extérieur. « Si vous vous trouvez un petit moment immunodéprimé, ils vous tuent. Une fois morts, ils vous mangent, dit le spécialiste des coraux Forest Rohwer. Ils s’en fichent. Ce n’est pas une relation de sympathie. C’est uniquement de la biologie. » Ainsi, le monde de la symbiose (2) est un monde dans lequel nos alliés peuvent nous décevoir et nos ennemis se rallier à nos côtés. C’est un monde dans lequel des mutualismes volent en éclats pour une histoire de quelques millimètres. Pourquoi ces relations sont-elles si fragiles ? Pourquoi les microbes oscillent-ils si facilement entre le pathogène et le mutualiste ? Tout d’abord, ces rôles ne sont pas aussi contradictoires qu’on pourrait l’imaginer. Pensez à ce dont un microbe intestinal « ami » a besoin pour nouer une relation stable avec son hôte. Il doit survivre dans l’intestin, s’y ancrer afin de ne pas se trouver emporté, et interagir avec les cellules de son hôte. Ce sont là des conditions auxquelles les pathogènes doivent eux aussi satisfaire. Ainsi, les deux caractères – mutualiste et pathogène, héros et méchant – utilisent souvent les mêmes molécules pour atteindre les mêmes objectifs. Certaines de ces molécules sont affublées de noms négatifs, tels que « facteurs de virulence », parce qu’elles furent découvertes dans des contextes de maladies, alors qu’elles sont intrinsèquement neutres. Elles ne sont que des outils, comme les ordinateurs, les stylos et les couteaux : elles permettent de faire des choses merveilleuses et aussi des choses affreuses. Même les microbes bienfaisants peuvent nous nuire indirectement, en créant des points faibles que d’autres parasites et pathogènes peuvent exploiter. Leur présence même ouvre des possibilités. Les microbes d’un puceron, bien qu’essentiels, libèrent dans l’air des molécules qui attirent le syrphe ceinturé. Cet insecte noir et blanc, qui ressemble à une guêpe, est mortel pour les pucerons. Ses larves peuvent en manger des centaines durant leur vie, et ses adultes les capturent pour leur progéniture en sentant l’Eau de Microbiome – une odeur que les pucerons ne peuvent éviter de dégager. La nature abonde en appâts de ce genre, créés involontairement. Vous-même en cet instant en dégagez quelques-uns. Certaines bactéries peuvent même transformer leurs propriétaires en attracteurs de moustiques du paludisme, tandis que d’autres repoussent ces petits vampires. Ne vous êtes-vous jamais demandé pourquoi deux personnes peuvent marcher dans une forêt pleine de moucherons et l’une d’elles en ressortir toute recouverte de piqûres tandis que l’autre est tout sourire ? Vos microbes font partie de la réponse. Les pathogènes peuvent également utiliser nos microbes pour lancer leurs invasions, comme dans le cas du virus de la polio. Il se saisit des molécules à la surface des bactéries intestinales comme si elles étaient des rênes et les utilise pour chevaucher ces bactéries et les diriger vers les cellules d’un hôte. Le virus a meilleure prise sur les cellules de mammifères et ne devient plus stable aux chaudes températures de notre corps qu’<après< avoir touché nos microbes intestinaux. Ces microbes le transforment involontairement en un virus plus efficace. Ainsi, les symbiotes ont un coût. Même quand ils aident leurs hôtes, ils créent des vulnérabilités. Ils ont besoin d’être nourris, logés et transmis, et tout cela coûte de l’énergie. Point très important, comme tout autre organisme, ils veillent à leurs propres intérêts – qui sont souvent en conflit avec ceux de leurs hôtes. Si un symbiote d’hérédité maternelle tel que Wolbachia supprimait les mâles, il aurait à court terme davantage d’hôtes à sa disposition, mais courrait le risque de provoquer à long terme l’extinction de ces hôtes. Si quelques bactéries de calmar hawaiien cessaient d’émettre de la lumière, elles feraient des économies d’énergie, mais, si un nombre suffisant d’entre elles devenaient sombres, le calmar perdrait sa lueur protectrice et toute cette alliance se trouverait avalée par un prédateur vigilant. Si mes microbes intestinaux supprimaient mon système immunitaire, ils se développeraient plus rapidement, mais je serais malade. Dans la nature, presque tout partenariat majeur se passe ainsi. La triche est un problème permanent. La trahison n’est jamais bien loin. Des couples peuvent fonctionner parfaitement, mais, dès qu’un des partenaires peut obtenir les mêmes avantages pour une énergie ou un effort moindres, il cédera à cette facilité, à moins d’être puni ou surveillé. […] Nous aimons les récits bien tranchés, avec des bons et des méchants bien définis. Ces dernières années, j’ai vu le point de vue « il faut tuer toutes les bactéries » lentement s’effacer devant « les bactéries sont nos amies et nous voulons les aider », même si ce dernier est aussi erroné que le premier. On ne peut simplement pas supposer qu’un microbe donné est « bon » au motif qu’il vit dans notre corps. Même des scientifiques oublient cela. Le terme même de symbiose a été déformé au point que sa signification originelle et neutre, « vivre ensemble », bénéficie aujourd’hui d’une image positive et est presque bizarrement associée à la coopération et à l’harmonie. Ce n’est toutefois pas ainsi que fonctionne l’évolution. Elle ne favorise pas nécessairement la coopération, même si elle va dans l’intérêt de chacun. Et elle génère des conflits même au sein des relations les plus harmonieuses. Cela apparaît clairement si l’on quitte quelques instants le monde des microbes pour celui de créatures d’échelle légèrement supérieure. Prenez les pique-bœufs. On peut trouver ces oiseaux bruns en Afrique, posés sur les flancs des girafes et des antilopes. On les considère généralement comme des agents de nettoyage, qui débarrassent leurs hôtes de leurs tiques et de leurs sanguinaires parasites. Ils picorent toutefois aussi des blessures ouvertes — une habitude moins bienfaisante qui bloque le processus de guérison et accroît le risque d’infection. Ces oiseaux ont un besoin maladif de sang qu’ils satisfont en recourant à des moyens qui soit bénéficient à leurs hôtes, soit les malmènent. Une dynamique similaire se déroule dans les récifs de corail, où un petit poisson appelé labre nettoyeur gère un spa. Le gros poisson arrive, et le labre nettoyeur lui enlève les parasites de ses mâchoires, de ses ouïes et d’autres endroits difficiles à atteindre. Les nettoyeurs y gagnent un repas, les clients des soins médicaux. Il arrive toutefois que les nettoyeurs trichent en mordillant des bouts de mucus et de tissu sain. Les clients les punissent alors en changeant de spa, et les nettoyeurs eux-mêmes corrigent tout collègue qui ennuie des clients potentiels. Pendant ce temps, en Amérique du Sud, certains acacias comptent sur des fourmis pour se défendre contre les mauvaises herbes, les insectes nuisibles et les brouteurs. En retour, ils donnent à leurs gardes du corps des en-cas sucrés à manger et des épines creuses à habiter. La relation semble équitable jusqu’à ce que vous découvriez que l’arbre arrose sa nourriture d’un enzyme qui empêche les fourmis de digérer d’autres sources de sucre. Elles sont en fait des servantes sous contrat. Tous ces exemples emblématiques de coopération se trouvent dans des manuels ou des documentaires sur la faune et la flore. Et chacun d’eux porte la marque d’un conflit, d’une manipulation et d’une tromperie. « Nous devons distinguer l’important de l’harmonieux. Le microbiome est incroyablement important, mais cela ne signifie pas qu’il soit harmonieux », dit le biologiste de l’évolution Toby Kiers. Un partenariat qui fonctionne bien pourrait facilement être perçu comme un cas d’exploitation réciproque. « Les deux partenaires peuvent en tirer profit, mais il y a une tension inhérente. La symbiose est un conflit – un conflit que ne peut jamais être totalement résolu ».   — Ce texte est extrait de Moi, microbiote, maître du monde, à paraître le 15 février 2017 aux éditions Dunod.
LE LIVRE
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Moi, microbiote, maître du monde de Ed Yong, éditions Dunod, 2017

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