Communautés microbiennes dans les agrégats du sol: Vers une compréhension des interactions du microbiome à des échelles biologiquement pertinentes

« Communautés microbiennes dans les agrégats du sol: Vers une compréhension des interactions du microbiome à des échelles biologiquement pertinentes » source Applied and Environmental Microbiology, une revue de l’ASM.

Les sols contiennent un enchevêtrement de minéraux, d'eau, de nutriments, de gaz, de racines de plantes, de matières organiques en décomposition et de micro-organismes qui agissent ensemble pour recycler les nutriments et favoriser la croissance des plantes terrestres.

La plupart des microorganismes du sol vivent dans des communautés périodiquement interconnectées étroitement associées aux agrégats du sol, c’est-à-dire de petits clusters (< 2 mm) fortement liées à des minéraux et du carbone organique persistants à la suite de perturbations mécaniques et de l’humidité.

Leur structure spatiale est importante pour le cycle biogéochimique et nous ne pouvons pas prédire de manière fiable les activités biologiques et la variabilité des sols en étudiant uniquement les sols en vrac.

Pour bien comprendre les processus biogéochimiques à l'œuvre dans les sols, il est nécessaire de comprendre les interactions à l'échelle micrométrique qui se produisent entre les particules de sol et leurs habitants microbiens. Ici, nous passons en revue l’état actuel des connaissances sur les communautés microbiennes d’agrégats du sol et identifions les domaines dans lesquels il est possible d’étudier les écosystèmes du sol à une échelle correspondant aux cellules individuelles.

Schéma simplifié de l'horizon du sol et des macro et micro-agrégats du sol. Les propriétés importantes incluent la chimie locale, la surface spécifique, la taille des pores au sein et entre les agrégats, la rugosité de la surface et la connectivité. POM: matière organique particulaire. Cliquez sur l'image pour l'agrandir.

Un horizon est une couche du sol, homogène et parallèle à la surface.

Nous présentons un cadre permettant de comprendre les communautés d'agrégats comme des « villages microbiens » périodiquement connectés lors d'événements humides, permettant ainsi le transfert de matériel génétique, de métabolites et de virus.

Nous décrivons des stratégies descendantes (communauté entière) et ascendantes (réductionnistes) pour étudier ces communautés.

Pour comprendre cela, il faut combiner des approches de « systèmes modèles » (par exemple, développer de faux agrégats artificiels de communautés), observer sur le terrain des communautés naturelles et étudier plus largement les interactions entre communautés afin d'inclure les membres de la communauté peu étudiés, comme les virus.

Les études initiales suggèrent que les approches basées sur les agrégats constituent une prochaine étape critique pour développer une compréhension prédictive de la façon dont les interactions géochimiques et communautaires contrôlent la structure de la communauté microbienne et le cycle des éléments nutritifs dans le sol.

Référence. Soil Aggregate Microbial Communities: Towards Understanding Microbiome Interactions at Biologically Relevant Scales

Regina L. Wilpiszeski, Jayde A. Aufrecht, Scott T. Retterer, Matthew B. Sullivan, David E. Graham, Eric M. Pierce, Olivier D. Zablocki, Anthony V. Palumbo, Dwayne A. Elias

Applied and Environmental Microbiology Jul 2019, 85 (14) e00324-19; DOI: 10.1128/AEM.00324-19

L’article est disponible intégralement et gratuitement.

La solution à la résistance aux antibiotiques pourrait être dans votre éponge de cuisine

« La solution à la résistance aux antibiotiques pourrait être dans votre éponge de cuisine », source ASM News.

Des chercheurs du New York Institute of Technology (NYIT) ont découvert des bactériophages, des virus qui infectent les bactéries et qui vivent dans leurs éponges de cuisine. À mesure que la menace de résistance aux antibiotiques augmente, les bactériophages, ou phages en abrégé, peuvent s'avérer utiles pour lutter contre les bactéries qui ne peuvent être détruites par les seuls antibiotiques. L’étude est présentée à ASM Microbe 2019, la réunion annuelle de l'American Society for Microbiology.

Une éponge de cuisine est exposée à toutes sortes de microbes, qui forment un vaste microbiome de bactéries. Les phages sont les particules biologiques les plus abondantes sur la planète et se trouvent généralement partout où les bactéries résident. Avec cette compréhension, les éponges de cuisine semblaient un endroit probable pour les trouver.

Les élèves d'une classe de recherche ont isolé des bactéries provenant de leurs propres éponges de cuisine, puis les ont utilisées comme appâts pour trouver des phages susceptibles de l'attaquer. Deux étudiants ont découvert avec succès des phages infectant des bactéries vivant dans leurs éponges de cuisine. « Notre étude illustre l'intérêt de rechercher dans tout environnement microbien pouvant héberger des phages potentiellement utiles », a déclaré Brianna Weiss, étudiante en sciences de la vie au New York Institute of Technology.

Les chercheurs ont décidé de « permuter » ces deux phages et voir s’ils pouvaient infecter de façon croisée la bactérie isolée de l’autre personne. Par conséquent, les phages ont tué la bactérie de l’autre. « Cela nous a amenés à nous demander si des souches bactériennes étaient par coïncidence identiques, même si elles provenaient de deux éponges différentes », a déclaré Weiss.

Les chercheurs ont comparé l'ADN des deux souches bactériennes isolées et ont découvert qu'elles appartenaient à la famille des Enterobacteriaceae. Ces bactéries appartiennent à un groupe de micro-organismes en forme de bâtonnets que l’on retrouve couramment dans les matières fécales, où certaines provoquent des infections en milieu hospitalier. Bien que les souches soient étroitement liées, elles ont révélé des variations chimiques entre elles lors des tests biochimiques.

« Ces différences sont importantes pour comprendre l’étendue des bactéries qu'un phage peut infecter, ce qui est également essentiel pour déterminer sa capacité à traiter des infections spécifiques résistantes aux antibiotiques », a déclaré Weiss. « En poursuivant nos travaux, nous espérons isoler et caractériser davantage de phages susceptibles d'infecter des bactéries dans divers écosystèmes microbiens, où certains de ces phages pourraient être utilisés pour traiter des infections bactériennes résistantes aux antibiotiques. »

Ce projet a débuté dans le cadre d'un cours de recherche du premier cycle avec sept étudiants du New York Institute of Technology (NYIT) à Old Westbury dans l'État de New York. Le cours a été financé par des subventions internes fournies par (NYIT), qui a également soutenu nos travaux ultérieurs visant à mieux caractériser les bactéries et les bactériophages isolés. Cette deuxième phase de notre travail a été présentée sur un poster à ASM Microbe le dimanche 23 juin.

Les populations bactériennes viables et totales subissent des changements liés à l'équipement et au temps pendant la transformation du lait

Résumé

Nous avons entrepris d'identifier le contenu bactérien viable et total dans du lait lors de son passage dans une grande usine de fabrication de produits laitiers pour la pasteurisation, la concentration, la séparation, le mélange et le stockage avant fabrication de fromage.  

Au total, 142 échantillons de lait ont été prélevés sur un maximum de 10 équipements pendant une période de 21 heures, au printemps et à la fin de l'été 2014, à deux dates de collecte.  

La composition bactérienne dans le lait a été déterminée par le gène marqueur de la sous-unité 16S de l’ARN ribosomal et par  séquençage de l’ADN à haut débit. Les échantillons de lait de la fin de l'été ont été appariés, de sorte que la moitié d'entre eux ont été traités avec du propidium monoazide (PMA) afin d'être enrichis en cellules viables avant leur quantification par PCR et leur identification par analyse de la séquence d'ADN.  

Streptococcus présentait la plus élevée moyenne d’abondance parmi tous les sites d'échantillonnage de l'installation aux deux dates d'échantillonnage. Les proportions de Anoxybacillus, Thermus, Lactococcus, Lactobacillus, Micrococcaceae et Pseudomonas étaient également élevées dans certains échantillons.   

Les cellules viables détectées par traitement au PMA ont montré que Turicibacter était enrichi après pasteurisation à haute température et de courte durée, alors que les proportions de Staphylococcus étaient réduites de manière significative.  

En utilisant les temps de nettoyage en place (NEP) comme point de référence, Bacillus, Pseudomonas et Anoxybacillus ont été retrouvés dans des proportions relatives élevées dans plusieurs tanks récemment nettoyés (<19 h depuis le NEP). A des temps plus longs (> 19 h après NEP), 10 des 11 tanks contenant un nombre élevé de cellules viables ont été enrichis en Acinetobacter et/ou Lactococcus. Ces résultats montrent les énormes variations de composition bactérienne présentes dans le lait pendant la transformation, point à point et dépendant de l’échantillon.

Importance

Le lait subit un contact continu avec l'environnement construit lors de la transformation en produits laitiers finis. Ce contact est susceptible d'influencer l'introduction, la viabilité et la croissance de micro-organismes dans le lait. Actuellement, la dynamique des populations bactériennes dans le lait en cours de traitement n'est pas bien comprise. Par conséquent, nous avons mesuré la composition bactérienne totale et viable et le nombre de cellules dans le lait au fil du temps et à différents points de transformation dans une usine de fabrication de fromages en Californie. 

Nos résultats offrent de nouvelles perspectives sur les variations dramatiques des populations microbiennes dans le lait au cours de la transformation, même sur de courtes périodes. Certains changements dans le microbiote du lait étaient prévisibles (par exemple, le nombre de cellules viables réduit après pasteurisation), mais il était difficile de prévoir d'autres résultats en se basant sur la connaissance des bactéries contenues dans le lait cru ou lorsque l'équipement a été nettoyé pour la dernière fois. Ces informations sont importantes pour prédire et maîtriser les contaminants microbiens d’altération présents dans les produits laitiers.

Référence

Viable and Total Bacterial Populations Undergo Equipment- and Time-Dependent Shifts during Milk Processing

Mary E. Kable, Yanin Srisengfa, Zhengyao Xue, Laurynne C. Coates, Maria L. Marco

Applied and Environmental Microbiology Jun 2019, 85 (13) e00270-19; DOI: 10.1128/AEM.00270-19