Les probiotiques peuvent-ils protéger les coraux de problèmes comme le blanchissement ?

Les rayons des supermarchés regorgent de yaourts et d'autres produits remplis de probiotiques - de «bonnes bactéries» - destinés à cultiver notre vie microbienne intérieure. Bien que les preuves concernant ces produits soient mitigées, des preuves plus larges montrent que les microbes ont des effets démesurés sur notre corps.

D'autres organismes nourrissent également de riches assemblages de vie microscopique influente. Et pour les minuscules animaux coloniaux qui fabriquent les récifs coralliens du monde, ces associations jouent un rôle particulièrement important : les coraux dépendent de leurs partenaires algaux microscopiques - et d'une horde d'autres - pour prospérer. En fait, le signe le plus évident de stress dangereux pour un corail est le blanchissement : le blanchissement qui se produit lorsque le corail largue ses partenaires algaux colorés dont l'animal autrement transparent dépend pour se nourrir.

Le blanchissement s'est produit plus fréquemment au cours des dernières décennies, affectant des zones de coraux de plus en plus grandes au fil du temps. Entre 2014 et 2017, les vagues de chaleur marines ont provoqué un blanchissement massif de plus de 75 % des récifs dans le monde, entraînant la mort de près d'un tiers des récifs. C'est un gros problème. Bien que les récifs coralliens ne couvrent que 1% de nos océans, on estime qu'un animal marin sur quatre dépend des récifs pour survivre. Les récifs coralliens sont également essentiels à la sécurité alimentaire humaine, soutenant 6 millions de pêcheurs dans le monde.

Le remède le plus crucial aux menaces qui pèsent sur les récifs coralliens est de baisser le thermostat de la Terre en brûlant moins de combustibles fossiles, réduisant ainsi les gaz à effet de serre qui pénètrent dans l'atmosphère. Mais les scientifiques recherchent désespérément des mesures palliatives, pour gagner du temps pour les coraux. Certains élèvent des coraux pour tolérer plus de chaleur ou l'acidification des eaux qui accompagne le réchauffement climatique. D'autres tentent de protéger les récifs dans les zones marines de conservation ou en encourageant la croissance de nouveaux coraux dans les zones endommagées.

D'autres encore travaillent sur le développement de probiotiques coralliens - pour augmenter les niveaux de microbes qui aident les coraux à prospérer - et l'approche est prometteuse. La microbiologiste marine Raquel Peixoto de l'Université des sciences et technologies du roi Abdallah (KAUST) à Thuwal, en Arabie saoudite, a lancé l'idée des probiotiques coralliens, d'abord en les testant en laboratoire, puis en les testant dans les jardins de corail de la mer Rouge. Le co-auteur d'un rapport de 2021, "Rebuilding Coral Reefs: A Decadal Grand Challenge", Peixoto espère que l'approche pourrait servir de médicament préventif qui renforce la résilience des récifs coralliens fébriles.

Pour en savoir plus sur les probiotiques coralliens, Knowable Magazine s'est entretenu avec Peixoto, qui a co-écrit un article sur la recherche dans la Revue annuelle 2021 des biosciences animales. Cette conversation a été modifiée pour plus de longueur et de clarté.

Qu'est-ce qui a suscité votre intérêt pour l'étude des récifs coralliens et la façon dont les coraux sont affectés par le changement climatique ?

Je pense que j'ai toujours été très connecté à l'océan. Je suis un surfeur. Je suis plongeur. Et savoir que certains de ces écosystèmes meurent est terrifiant pour moi. Cela semble un peu cliché, mais je veux vraiment que mes enfants aient encore des coraux pour pouvoir en profiter, non seulement à cause de leur importance écologique, mais à cause de leur beauté et de leur complexité.

Que savons-nous jusqu'à présent de la gamme de micro-organismes associés aux coraux - ce que les biologistes appellent le "holobionte" ?

Nous avons une idée de certains des micro-organismes qui sont importants pour l'holobionte et de la manière dont ils interagissent, mais il existe de nombreuses autres relations à comprendre. C'est un domaine de recherche encore balbutiant.

La relation classique, que nous connaissons le mieux, se situe entre le corail hôte et les algues. Ces algues photosynthétiques fournissent la majeure partie de la nourriture du corail, et le corail protège les algues et leur fournit des nutriments.

Mais en ce qui concerne les virus, les bactéries, les archées et les champignons qui vivent avec les coraux, nous en grattons encore la surface. Ce que nous savons jusqu'à présent, c'est qu'en échange des coraux leur fournissant un écosystème dans lequel prospérer, ces organismes aident à protéger les coraux contre les microbes nuisibles. Et les champignons et les bactéries fournissent des nutriments et aident à atténuer les composés toxiques et peuvent même aider les coraux à construire leur squelette et à prévenir les dommages causés par les rayons UV.

Ce que nous essayons de comprendre, ce n'est pas seulement la relation entre les coraux et les microbes, mais aussi les microbes et les microbes - les interactions au sein de chacun d'eux. Ils sont tous connectés.

Une myriade de microbes vivent avec les coraux, y compris les très importantes Symbiodiniaceae, les algues marines qui donnent leurs couleurs aux coraux. Les coraux offrent à ces organismes un abri et une protection ; en retour, les microbes offrent aux coraux des bienfaits tels que les produits de la photosynthèse, des antimicrobiens, des antioxydants et des protecteurs UV. Et les relations ne s'arrêtent pas là, comme l'indiquent les lignes pointillées avec des flèches dans le diagramme : de nombreux microbes peuvent également s'offrir mutuellement des services, tels que le transfert de micronutriments.

Qu'arrive-t-il à l'holobionte lorsque les coraux sont stressés ?

Sur les récifs coralliens, ce qui se passe lors d'une vague de chaleur marine, c'est que, tout comme les algues sont expulsées par les coraux stressés, d'autres microbes le sont aussi. Ces microbes bénéfiques peuvent être remplacés par des agents pathogènes. Ensuite, en plus de la perte des rôles bénéfiques assurés par la bactérie, le corail doit également faire face à un nouveau venu, l'agent pathogène. C'est donc un double problème.

Comment les probiotiques coralliens peuvent-ils aider ?

Les probiotiques sont des organismes vivants - des micro-organismes qui favorisent un certain type d'avantages pour l'hôte. Pour traiter les maladies, les probiotiques sont déjà utilisés pour les abeilles, les grenouilles et les chauves-souris.

Dans mon laboratoire, nous essayons de comprendre le rôle bactérien dans cette équation - comment les bactéries (et autres microbes) contribuent à la santé des coraux et des algues. En même temps, nous essayons de comprendre si nous pouvons manipuler et restaurer l'holobionte. Si nous pouvons réappliquer les microbes bénéfiques - en les complétant avec des probiotiques lorsque les coraux sont stressés - alors nous pourrons peut-être conserver un holobionte sain et éviter que les coraux ne soient envahis par des agents pathogènes.

Alors, tout comme dans une forêt dégradée quand on essaie de replanter les arbres, dans les coraux, on essaie de replanter les microbes bénéfiques.

Comment savoir quels microbes pourraient fonctionner comme probiotiques coralliens ?

Dans notre quête pour découvrir quelles bactéries sont importantes pour les coraux, nous prélevons des échantillons de coraux vivants dans des récifs naturels. Nous analysons ensuite leur communauté microbienne pour voir ce qui s'y trouve, en examinant leurs génomes. Nous examinons également les gènes pour avoir une idée des aspects de leur physiologie qui pourraient aider les coraux.

Pour créer les mélanges probiotiques potentiels, nous choisissons les microbes marins indigènes communs qui abritent la machinerie génétique et physiologique que nous supposons être protectrice pour les coraux. Nous excluons soigneusement tout agent pathogène potentiel.

À l'aide d'expériences en laboratoire, nous confirmons ensuite les mécanismes sous-jacents de ces microbes protecteurs - comment ils aident les coraux à survivre. Pour ce faire, nous utilisons des «omiques» - méta-transcriptomique et métagénomique - en d'autres termes, nous suivons quels gènes sont activés dans l'hôte corallien et son microbiome et corrélons cela avec l'état de santé des coraux.

Donc : nous isolons les bactéries des coraux hôtes, les cultivons en laboratoire, les sélectionnons en laboratoire - uniquement les bonnes - puis les réappliquons. Nous essayons d'augmenter le nombre de bons micro-organismes vivant en association avec les coraux, à l'intérieur ou à l'extérieur des polypes coralliens. En conservant et en restaurant les bonnes bactéries, nous pouvons donner aux coraux une meilleure chance de lutter contre les agents pathogènes et les effets du changement climatique.

Des études suggèrent que les microbes peuvent améliorer la santé des récifs et les protéger contre le stress de diverses manières.

Comment avez-vous testé l'efficacité des probiotiques coralliens comme protecteurs thermiques en laboratoire ?

Nous avons une solution avec les probiotiques et une solution qui est juste une solution saline - sans les probiotiques - comme placebo. Les fragments de coraux sont dans des bacs. Nous mettons le probiotique - un mélange de bactéries que nous avons isolées de coraux sains puis cultivées - à l'intérieur de certains réservoirs, et une solution saline dans d'autres réservoirs, et les exposons tous à une température accrue, imitant les effets du changement climatique, pour voir ce qui se passe . En parallèle, nous effectuons les mêmes tests avec des coraux non exposés à des températures élevées.

Ce que nous recherchons, c'est la survie des coraux. Nous considérons la couleur du corail comme un indicateur de la santé du corail.

Les coraux sont notés le long d'un continuum de couleurs comme étant sains, pâles, blanchis, blancs comme des os ou morts.

Ce que nous avons vu dans cette expérience, c'est que les coraux qui ont été traités avec des probiotiques ne meurent pas. Et les coraux traités avec le placebo sont morts ou étaient en très mauvais état à la fin de l'expérience.

Le cocktail de microbes bénéfiques développé s'avère également prometteur pour remédier aux effets des marées noires et de l'infection par le pathogène bactérien Vibrio coralliilyticus.

Vous avez montré une preuve de concept que les probiotiques peuvent aider à améliorer la survie des coraux dans les réservoirs du laboratoire. Savons-nous encore quelque chose sur les mécanismes derrière ce qui se passe ?

Nous avons quelques idées. Nous savons que les probiotiques contribuent d'une manière ou d'une autre à la réponse immunitaire des coraux contre certains des agents pathogènes opportunistes - les bactéries, les virus, les champignons et les protozoaires qui transmettent des maladies infectieuses aux coraux. Les probiotiques semblent également atténuer le stress oxydatif - lorsqu'il y a un déséquilibre dans le nombre de molécules nocives, instables et contenant de l'oxygène produites par les algues stressées par la chaleur.

Par exemple, dans une étude de 2021 à laquelle j'ai participé, trois des six souches bactériennes incluses dans le mélange de traitement probiotique adapté au corail Mussismilia hispida - deux souches de Bacillus lehensis et une de Bacillus oshimensis - ont été sélectionnées car elles dégradent le DMSP (dimethylsulfoniopropionate) . Il s'agit d'un composé soufré répandu dans le monde, naturellement présent dans l'holobionte corallien et important pour les écosystèmes. Certains chercheurs considèrent le DMSP comme un couteau suisse - utile pour de nombreux emplois dans un écosystème corallien sain. Par exemple, il est une source de carbone, agit comme antioxydant et protège contre la pression hydrostatique.

Mais lorsque les coraux sont stressés, la quantité et la concentration de DMSP augmentent. À des concentrations élevées, le DMSP agit comme un attractif pour les agents pathogènes.

Lorsque nous avons appliqué les probiotiques, nous avons vu que la bactérie dégradant le DMSP s'était établie dans l'holobionte. À température élevée, nous avons pu voir des différences significatives lorsque nous avons examiné la métabolomique - les réactions chimiques qui se déroulent à l'intérieur des coraux au cours du métabolisme cellulaire. Lorsque nous avons comparé la concentration de DMSP, elle était plus élevée chez les coraux traités par placebo. Dans les coraux traités, nous pouvions voir la concentration de DMSP diminuer, ce qui était corrélé à l'amélioration de la santé des coraux.

Y a-t-il une indication jusqu'à présent que l'application de probiotiques aux récifs coralliens pourrait avoir des conséquences négatives involontaires ?

Pas du tout. Nous ne l'avons pas encore publié, mais nous avons appliqué des probiotiques dans une expérience pilote dans le récif de la mer Rouge. Il s'agit d'une expérience bien contrôlée et isolée dans ce que nous appelons notre Coral Probiotics Village. Il s'agit du premier test de probiotiques pour lutter contre le blanchiment thermique sur le corail sauvage. Et jusqu'à présent, nous n'avons constaté aucun impact indésirable.

La chercheuse de KAUST, Raquel Peixoto, applique un mélange de microbes bénéfiques à certains coraux au Red Sea Research Center Coral Probiotics Village, un laboratoire naturel où elle et ses collègues mènent des travaux expérimentaux sur la diversité, l'écologie et la protection des récifs.

CRÉDIT : RED SEA IMAGING

En fait, nous pensons que si le corail est en meilleure santé, tout l'écosystème sera en meilleure santé, car de nombreux organismes, grands et petits, dépendent du corail pour s'abriter et se nourrir. Et parce que nous utilisons des matériaux qui sont déjà dans l'eau de mer, il est très peu probable que le traitement bactérien cause des dommages.

Les récifs dégradés, y compris les récifs blanchis, semblent avoir une abondance accrue d'agents pathogènes. Je pense donc que l'impact involontaire est si nous ne faisons rien. Parce qu'alors, les agents pathogènes proliféreront, provoquant des maladies. Ces agents pathogènes pourraient se propager et causer des problèmes à d'autres organismes sur le récif et, en fin de compte, à nous. Notre principe, tel que démontré en laboratoire, est qu'avec les probiotiques, nous restaurons ou retenons les bons microbes.

Dans quelle mesure l'utilisation des probiotiques coralliens en tant que traitement est-elle évolutive ?

L'évolutivité est quelque chose sur laquelle nous avons travaillé, avec différents projets en cours. L'un d'eux est un système d'irrigation qui peut être déployé dans le récif, tout comme un système d'irrigation ou d'arrosage que vous avez dans votre jardin. Nous l'avons développé en collaboration avec des ingénieurs de KAUST. Nous avons des tuyaux qui vont au récif et nous pouvons réguler l'inoculation de probiotiques depuis notre laboratoire à partir d'une application sur notre téléphone portable. Nous pensons que cela peut être assez évolutif.

Nous développons également des pilules bactériennes qui peuvent être déployées et avoir une libération à long terme. Nous pouvons utiliser des robots pour les déployer. L'évolutivité dépend de la collaboration avec d'autres domaines de recherche, comme les ingénieurs.

Je pense que nous devons d'abord mieux comprendre les probiotiques - s'ils fonctionnent, comment ils fonctionnent et leurs résultats écologiques. Mais en parallèle, nous essayons de développer des outils qui peuvent permettre à ce traitement d'être évolutif, de sorte que si nous nous sentons suffisamment en confiance pour nous développer, alors nous l'avons prêt.

Nous n'avons pas besoin d'appliquer ces probiotiques partout en même temps car les coraux ne blanchissent pas tous en même temps. Notre idée est que nous n'avons besoin d'appliquer des probiotiques que pendant un mois ou deux lorsque des événements de blanchissement se produisent, pour donner un coup de fouet aux coraux.

La clé de l'intensification du traitement probiotique des coraux sera des moyens efficaces de fournir des microbes bénéfiques aux récifs. Les chercheurs étudient plusieurs stratégies.

Les probiotiques développés à partir d'un récif corallien fonctionneront-ils sur un autre ?

Idéalement, nous développons des solutions locales : développer des probiotiques à partir de matériel prélevé dans la même région où les probiotiques seront appliqués - les locaux, les natifs. Ces bactéries sont adaptées aux conditions locales.

Nous travaillons en mer Rouge, sélectionnons du matériel de la mer Rouge et utilisons les probiotiques que nous développons en mer Rouge. Les holobiontes coralliens de la mer Rouge ont évolué et se sont adaptés pour prospérer à des températures plus élevées que celles que l'on trouve généralement ailleurs. Ces holobiontes peuvent offrir une opportunité unique : explorer leurs adaptations et aider à l'acclimatation rapide ou à l'évolution des coraux d'autres régions en réponse à un rythme très probablement accéléré du réchauffement climatique, si nécessaire.

En termes de santé globale des récifs coralliens, quelles sont selon vous les principales priorités pour l'avenir ?

Les principales priorités sont l'atténuation des émissions de CO2, l'atténuation des facteurs de stress locaux et la restauration active. Cet ensemble de priorités est quelque chose que l'International Coral Reef Society a souligné très récemment dans un document de politique scientifique publié en 2021. Nous avons souligné que ces piliers sont tout aussi importants. Si nous voulons sauver les coraux, nous devons tous les faire.

Les dommages aux récifs coralliens dus au changement climatique sont un énorme problème, et cela se produit très rapidement. Certains pourraient dire qu'essayer de développer des probiotiques pour les coraux au milieu du réchauffement climatique en cours, c'est un peu comme réorganiser les chaises longues du Titanic. Comment répondriez-vous à cela ?

Nous avons très peu d'options en ce moment. Et nous devons tous les explorer. Dans le cas des probiotiques, nous n'essayons pas de sauver le récif. La seule chose qui peut sauver le récif est de travailler à la réduction des émissions de CO2 ainsi qu'à l'atténuation des facteurs de stress locaux comme la surpêche.

Je pense que les probiotiques sont des médicaments qui peuvent nous faire gagner du temps, en particulier dans les zones où nous savons qu'elles seront exposées à un stress intense.

Êtes-vous optimiste ou pessimiste quant à l'avenir des récifs coralliens tels que nous les connaissons ?

Je reste optimiste. Ce n'est pas une tâche facile. Mais nous savons quoi faire. Je suis optimiste que nous ferons ce qui doit être fait.

Traduit et publié avec l'aimable autorisation de Knowable Magazine. L'article original est à retrouver ICI.