L’interaction des champignons et des bactéries dans le transport des virus dans l’écosystème du sol a été examinée par une équipe de recherche UFZ dans une étude récemment publiée dans le journal de l’International Society for Microbial Ecology (Revue ISME). Les scientifiques ont montré un nouveau mécanisme de transport viral par des navettes bactériennes voyageant le long des hyphes fongiques. Les bactéries profitent ainsi de l’entraînement des virus à la conquête de nouveaux habitats.
Il y a jusqu’à un milliard de virus dans un seul gramme de sol. Cependant, on sait peu de choses sur leur influence sur le cycle des nutriments et du carbone dans l’écosystème du sol. Les sols peuvent parfois être des endroits inhospitaliers. Les zones sèches et les pores du sol remplis d’air sont des obstacles presque impossibles pour les bactéries et les virus. Pour se déplacer, par exemple pour se rendre dans un endroit où les conditions sont meilleures, ils ont besoin d’eau. Mais la situation n’est pas totalement désespérée. Car il existe dans le sol une infrastructure très développée : le réseau fongique. Les champignons sont toujours à la recherche d’eau et de nutriments. Pour ce faire, ils forment des hyphes, de longs et minces fils qui parcourent le sol en un réseau largement ramifié. Les champignons sont ainsi capables de combler les zones sèches et pauvres en nutriments.
Dans une étude précédente, les chercheurs de l’UFZ ont montré que les bactéries du sol utilisent les hyphes fongiques recouverts de mucus pour se déplacer sur eux et ainsi atteindre de nouvelles sources de nourriture. Dans leur étude actuelle, l’équipe de recherche dirigée par le microbiologiste environnemental Dr Lukas Y. Wick a maintenant pu identifier un autre bénéficiaire du réseau fongique souterrain. « Les phages, c’est-à-dire les virus qui ont pour seule cible des bactéries, parcourent également cette autoroute fongique », explique Wick. « Pas indépendamment, mais plutôt en faisant du stop avec des bactéries. Les forces physiques font adhérer les virus à la surface des bactéries – un peu comme les moules adhèrent à la coque d’un navire. » De cette façon, les virus traversent le sol en stop jusqu’à ce qu’ils arrivent à un endroit qui leur convient mieux. Mais qu’est-ce qu’un bon endroit pour les virus du sol ?
« Partout où se trouvent les bactéries hôtes des virus », explique Wick. « Tous les phages ne peuvent pas infecter toutes les bactéries », explique Wick. « En raison d’une sorte de principe de verrouillage et de clé, les phages ne peuvent introduire leur matériel génétique que dans leurs bactéries hôtes respectives. » Si cela réussit, la bactérie est reprogrammée pour produire de nouveaux phages. La cellule bactérienne éclate alors, libérant ainsi les phages de la génération suivante. Ceux-ci peuvent alors à nouveau infecter de nouvelles bactéries hôtes. « Les phages sont très efficaces pour cela. Cela donne évidemment aussi un réel avantage aux bactéries navettes », explique Wick. « Nous avons pu montrer que les bactéries du sol auxquelles étaient attachés des phages étaient capables de se propager bien mieux dans leur nouvel emplacement que les bactéries sans ce bagage viral. »
Il est bien connu de la macro-écologie que les espèces migratrices peuvent causer des problèmes aux résidents établis d’un habitat. De plus, les espèces envahissantes peuvent apporter des agents pathogènes qui contribuent de plus en plus au déplacement des espèces indigènes. Le groupe de recherche UFZ a donc interprété leurs données en utilisant MAFIA (MAecological Framework of Invasive Aliens), un modèle bien connu d’écologie d’invasion. « Avec notre système champignon-bactérie-phage, nous avons pu détecter les mêmes schémas d’invasion à micro-échelle que nous l’avons fait dans le système macro-écologique », explique Wick. « Et parce que notre modèle de laboratoire microbien peut être rapidement et facilement échantillonné et modifié, il pourrait être utilisé comme système modèle pour répondre à diverses questions et hypothèses sur l’écologie des invasions, telles que le transport de parasites ou d’agents pathogènes. »
Pour leurs études, l’équipe de recherche a recréé une micro-attaque de bactéries et de phages en laboratoire. Pour cela, deux zones avec milieu de culture ont été utilisées. Ceux-ci n’étaient reliés les uns aux autres que par des hyphes fongiques. « Dans la zone A, nous avons utilisé des bactéries du sol typiques comme navettes ainsi que des phages qui ne peuvent pas nuire à cette espèce bactérienne », explique Xin You, premier auteur de l’étude et doctorant au département de microbiologie environnementale de l’UFZ. « La zone B a été colonisée par une bactérie hôte spécifique du phage. » Dans différentes approches expérimentales, l’équipe de recherche a fait voyager les bactéries de la navette le long de l’autoroute des hyphes fongiques avec et sans bagage viral. « Le résultat était clair : le duo bactérie-phage avait un net avantage dans l’invasion de la zone B », explique You. « Les bactéries navettes ont bénéficié de la puissance des phages, qui ont efficacement désactivé leurs bactéries hôtes et ainsi éliminé la compétition alimentaire pour les bactéries envahissantes. »
« Avec notre étude, nous avons pu montrer pour la première fois que les virus sont également transportés dans des écosystèmes saturés d’eau tels que le sol », explique Wick. « Les phages peuvent avoir une grande influence sur le cycle des nutriments et du carbone là-bas. » Mais le sol est également au cœur de la croissance des plantes, de la dégradation des polluants et de l’approvisionnement en eau potable. « Le fait que le transport des phages joue évidemment un rôle important ici peut être pertinent pour les futures questions écologiques ou même les applications biotechnologiques », explique Wick.
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