Microbiome et microbiote : comprendre l'écosystème invisible qui influence la santé

Cet article est un décryptage de la revue suivante : Berg, G., Rybakova, D., Fischer, D. et al., "Microbiome definition re-visited: old concepts and new challenges", Microbiome, 2020. DOI : 10.1186/s40168-020-00875-0

Le mot "microbiome" est partout. On le croise quand on parle d'intestin, de peau, d'immunité, de santé mentale, de sols agricoles, d'océans ou même de villes. Il donne parfois l'impression de désigner simplement "les microbes" présents quelque part.

C'est justement le problème : cette définition est trop courte.

Une revue publiée dans Microbiome en 2020 propose de revenir sur ce terme, de clarifier sa différence avec le microbiote, et d'expliquer pourquoi cette distinction compte. Le microbiome n'est pas seulement une liste de bactéries, champignons ou archées. C'est un système vivant, organisé dans un habitat précis, avec ses molécules, ses interactions, ses fonctions et ses liens avec l'environnement.

En clair : le microbiote désigne surtout les organismes vivants. Le microbiome désigne l'ensemble plus large formé par ces organismes, leurs activités et leur environnement immédiat.

Cette nuance peut sembler technique. Elle change pourtant la manière de comprendre la santé humaine, la santé des plantes, les sols, les écosystèmes et même certaines pistes de médecine personnalisée.

Pourquoi il fallait redéfinir le microbiome

Pendant longtemps, les microbes ont surtout été présentés comme des ennemis. Cette vision vient en partie de l'histoire de la microbiologie : Robert Koch et d'autres chercheurs ont montré que certains microorganismes pouvaient provoquer des maladies infectieuses. Cette découverte a été immense, mais elle a aussi marqué durablement notre imaginaire collectif.

Le microbe est devenu ce qu'il fallait éliminer.

Les recherches plus récentes ont profondément corrigé cette vision. La revue rappelle qu'une petite proportion seulement des microorganismes est associée à la maladie ou à la pathogénicité. La majorité participe au fonctionnement des écosystèmes et entretient des interactions parfois bénéfiques avec d'autres microbes, avec les plantes, les animaux ou les humains.

Autrement dit, les microbes ne sont pas seulement des agents infectieux. Ils sont aussi des partenaires biologiques, des régulateurs et parfois des conditions mêmes du bon fonctionnement d'un organisme.

C'est pour cela que les auteurs insistent sur un changement de perspective : les eucaryotes, dont les humains, les animaux et les plantes, doivent être pensés avec leur microbiote comme une unité fonctionnelle. L'organisme seul n'est pas toute l'histoire. Il vit avec ses communautés microbiennes.

Microbiote et microbiome : la distinction essentielle

La confusion entre microbiote et microbiome est l'un des points centraux de la revue. Les deux termes sont proches, mais ils ne disent pas exactement la même chose.

Le microbiote correspond à l'ensemble des microorganismes vivants présents dans un environnement défini. Cela inclut notamment les bactéries, les archées, les champignons, les algues et certains petits protistes.

Le microbiome, lui, est plus large. Il englobe le microbiote, mais aussi ce que les auteurs appellent son "théâtre d'activité" : les gènes, les molécules produites, les métabolites, les éléments de structure, les interactions avec l'hôte et les conditions physico-chimiques du milieu.

Tableau de distinction entre microbiote et microbiome

Cette distinction est importante parce qu'un même microbiote peut produire des effets différents selon le milieu dans lequel il se trouve. Les microbes ne fonctionnent pas dans le vide. Leur activité dépend du pH, de l'oxygène, des nutriments disponibles, de la présence d'un hôte, des autres espèces présentes et des molécules échangées.

Réduire le microbiome à une simple liste d'espèces revient donc à ne regarder qu'une partie du système.

Une définition plus complète du microbiome

La définition proposée dans la revue reprend et actualise une définition antérieure de Whipps et ses collègues, datant de 1988. L'idée centrale est la suivante : un microbiome est une communauté microbienne caractéristique, présente dans un habitat raisonnablement bien défini, avec des propriétés physico-chimiques distinctes.

Mais cette communauté ne se limite pas aux organismes eux-mêmes. Elle comprend aussi leur théâtre d'activité, ce qui forme des niches écologiques spécifiques.

En pratique, cela signifie qu'un microbiome est :

• dynamique, parce qu'il change dans le temps ;
• spatialement organisé, parce qu'il varie selon les micro-habitats ;
• interactif, parce que les microbes communiquent entre eux et avec leur environnement ;
• intégré dans des écosystèmes plus vastes, comme un intestin, une plante, un sol, un corail ou un océan.

Cette définition a l'avantage de sortir d'une vision trop statique. Un microbiome n'est pas une photographie figée. C'est plutôt un système en activité.

Les microbes communiquent et s'organisent

Un autre point important de la revue est que les microbes ne vivent pas côte à côte comme des particules isolées. Ils interagissent en permanence.

Ces interactions peuvent être positives, négatives ou neutres. Certaines espèces coopèrent, d'autres entrent en compétition, d'autres encore produisent des molécules qui limitent ou favorisent la croissance de leurs voisines.

Les auteurs décrivent plusieurs modes de communication ou d'organisation :

• le quorum sensing, qui permet à certaines bactéries de coordonner leur comportement grâce à de petites molécules de signalisation ;
• le transfert direct d'électrons entre espèces, important dans certains milieux sans oxygène ;
• les composés volatils, capables d'agir comme des messagers à distance ;
• les réseaux fongiques, parfois décrits comme des "autoroutes" permettant le transport de bactéries, d'eau ou de nutriments.

Ce point est décisif pour comprendre pourquoi le microbiome n'est pas une simple somme d'espèces. Ce qui compte, c'est aussi la manière dont ces espèces sont organisées et ce qu'elles font ensemble.

Un microbiome peut donc être perturbé même si toutes les espèces n'ont pas disparu. Il suffit que les équilibres, les fonctions ou les échanges entre microbes soient modifiés.

Le microbiome change dans le temps et dans l'espace

La revue insiste aussi sur une dimension souvent oubliée : les microbiomes ont une histoire. Ils changent à plusieurs échelles de temps.

Certains changements se produisent très vite, en quelques secondes ou minutes, par exemple au niveau de l'activité de certains ARN ou de certaines molécules. D'autres se jouent sur des années, des siècles ou des millénaires, lorsque des microorganismes co-évoluent avec leur hôte ou avec un environnement particulier.

Les auteurs distinguent notamment :

• un microbiote transitoire, qui varie selon les conditions environnementales, l'alimentation, le stade de croissance, l'état de santé ou les rythmes quotidiens ;
• un microbiote central, plus stable, qui semble rester relativement constant.

Cette idée du microbiote central est utile, mais elle ne doit pas être comprise de manière trop rigide. Les chercheurs ne cherchent pas seulement à savoir quelles espèces sont toujours présentes. Ils s'intéressent aussi aux fonctions stables. Parfois, ce n'est pas le même microbe qui compte, mais le même rôle biologique assuré par différentes espèces.

C'est ce que l'on peut appeler un microbiote central fonctionnel.

Pourquoi la génétique ne suffit pas à comprendre les microbiomes

Les techniques de séquençage ont profondément transformé l'étude des microbiomes. Elles permettent d'identifier des fragments d'ADN présents dans un échantillon et de déduire la présence de nombreux microorganismes, y compris lorsqu'ils sont difficiles à cultiver en laboratoire.

Mais la revue rappelle une limite importante : détecter un gène ne veut pas toujours dire comprendre sa fonction.

Même dans des microbiomes bien étudiés, une proportion importante de gènes annotés dans des génomes microbiens entièrement séquencés n'a pas de fonction connue ou prédite. Le texte cite une fourchette de 40 à 70 % selon la méthode utilisée.

Cela crée un décalage : nous accumulons beaucoup de données de séquences, mais nous ne savons pas toujours ce que ces données signifient biologiquement.

C'est pour cela que les auteurs défendent une approche combinée. Les méthodes moléculaires sont indispensables, mais la culture microbienne reste utile pour vérifier les fonctions réelles, isoler des microorganismes et relier les prédictions génétiques à des mécanismes observables.

En résumé, le séquençage permet de voir beaucoup plus large. La culture et les approches fonctionnelles permettent de mieux comprendre ce que l'on voit.

Santé : sortir de l'opposition "bon microbe" contre "mauvais microbe"

Dans le domaine de la santé, il est tentant de classer les microbes en trois catégories simples : bénéfiques, pathogènes ou neutres. Cette grille de lecture peut être pratique, mais elle est souvent trop pauvre.

Un microbe peut être bénéfique dans un contexte et problématique dans un autre. Une communauté microbienne peut être équilibrée ou déséquilibrée selon l'hôte, l'environnement, l'alimentation, l'immunité ou les interactions entre espèces.

La revue met en avant une approche plus globale, fondée sur la notion d'holobionte. Un holobionte correspond à l'ensemble formé par un hôte et ses microorganismes associés. Dans cette perspective, la santé dépend en partie de la stabilité et du bon fonctionnement de cette association.

La maladie est alors souvent liée à une dysbiose, c'est-à-dire à un déséquilibre de la communauté microbienne. Ce déséquilibre ne signifie pas forcément qu'un seul pathogène a pris le contrôle. Il peut aussi correspondre à une perte de diversité, à une modification des fonctions ou à une instabilité plus grande de l'écosystème microbien.

La revue évoque notamment le principe dit d'Anna Karénine : les microbiomes en bonne santé tendent parfois à se ressembler davantage, tandis que les microbiomes perturbés varient plus fortement d'un individu à l'autre. Cette observation a été rapportée chez les coraux et dans certains contextes humains.

Médecine, agriculture, environnement : un même changement de logique

Cette redéfinition du microbiome n'a pas seulement un intérêt théorique. Elle influence aussi les applications possibles.

En médecine, le microbiome humain devient une cible de la médecine personnalisée. Les pistes évoquées incluent les changements alimentaires, les prébiotiques, probiotiques ou synbiotiques, les produits biothérapeutiques vivants, les microbiotes synthétiques et les transplantations de microbiome. La revue cite notamment la transplantation de microbiote fécal dans les infections récurrentes ou réfractaires à Clostridioides difficile aux États-Unis.

En agriculture, le microbiome des plantes est présenté comme une clé possible d'une nouvelle révolution verte. L'idée n'est pas seulement d'ajouter un microbe bénéfique à une culture, mais de penser l'ensemble du système : sol, plante, microorganismes, nutriments, pratiques agricoles et conditions environnementales.

Dans les deux cas, la tendance commune est claire : on se dirige vers des interventions plus ciblées, adaptées au contexte, plutôt que vers des solutions universelles.

Tableau des applications du microbiome en médecine, agriculture et environnement

One Health : les microbiomes ne s'arrêtent pas aux frontières du corps

La revue relie aussi le microbiome au concept "One Health". Cette approche considère que la santé humaine, la santé animale, la santé végétale et la santé des écosystèmes sont interdépendantes.

C'est particulièrement cohérent avec les microbiomes, car les microbes circulent, interagissent et relient différents milieux. Les microbiomes d'un sol peuvent influencer les plantes. Les plantes influencent les animaux et les humains. Les environnements urbains, agricoles ou naturels modifient à leur tour l'exposition microbienne.

La revue mentionne l'urbanisation comme exemple. Elle est associée à une perte de diversité microbienne dans certains environnements, elle-même liée au développement de maladies chroniques comme les allergies ou l'asthme. L'idée n'est pas de dire que le microbiome explique tout, mais qu'il fait partie des liens invisibles entre nos modes de vie et notre santé.

Dans le contexte de l'Anthropocène, les auteurs rappellent aussi plusieurs pressions majeures : perte de biodiversité, pollution, appauvrissement de l'ozone, changement climatique et perturbation des cycles biogéochimiques. Comprendre les microbiomes terrestres et marins pourrait être une clé pour mieux répondre à ces défis.

Le problème des standards

L'un des messages les plus pratiques de la revue est aussi l'un des moins spectaculaires : la recherche sur les microbiomes a besoin de standards plus solides.

Les auteurs soulignent que les méthodes utilisées peuvent introduire des biais importants. Les procédures d'extraction d'ADN, le traitement des échantillons, les choix d'analyse et la présence d'ADN relique peuvent modifier l'interprétation des résultats.

L'ADN relique correspond à de l'ADN provenant de cellules mortes ou libéré par des cellules vivantes dans l'environnement. Dans des habitats complexes comme les sols, la revue indique que cet ADN peut représenter jusqu'à 80 % de l'ADN extrait.

C'est un point essentiel : mesurer de l'ADN ne signifie pas toujours mesurer des microbes vivants et actifs.

Pour progresser, les auteurs appellent donc à mieux standardiser les méthodes, à relier les données génétiques aux fonctions réelles et à intégrer plusieurs approches au lieu de s'appuyer sur une seule technique.

Ce qu'on peut raisonnablement retenir

Le microbiome ne doit pas être compris comme une simple collection de microbes. C'est un écosystème miniature, dynamique et interactif, inscrit dans un environnement plus large.

La distinction avec le microbiote est la clé de lecture de tout l'article :

• le microbiote correspond aux microorganismes vivants ;
• le microbiome correspond à l'ensemble formé par ces microorganismes, leurs gènes, leurs molécules, leurs fonctions et leur habitat.

Cette définition plus large explique pourquoi le sujet concerne autant de domaines : santé humaine, médecine personnalisée, agriculture, biodiversité, sols, océans, urbanisation et changements environnementaux.

Mais elle invite aussi à la prudence. Les données génétiques ne suffisent pas toujours à comprendre les fonctions réelles. Les méthodes peuvent introduire des biais. Et les applications médicales ou agricoles doivent tenir compte du contexte au lieu de chercher une solution unique.

La conclusion la plus importante est peut-être celle-ci : nous ne vivons pas à côté du monde microbien. Nous vivons avec lui, en permanence, dans un réseau d'interactions dont nous commençons seulement à mesurer l'importance.

Référence

Berg, G., Rybakova, D., Fischer, D. et al. Microbiome definition re-visited: old concepts and new challenges. Microbiome 8, 103 (2020). DOI : 10.1186/s40168-020-00875-0