Lumière sur la vie des microbes
Un projet de recherche de l'ETH Zurich, du MIT et d'autres hautes écoles américaines re?oit 15 millions de dollars américains de la Simons Foundation de New York pour étudier les écosystèmes des micro-organismes marins au cours des cinq prochaines années.
Sans eux, il n'y aurait pas d'oxygène, l'homme et les animaux ne pourraient pas digérer et les cycles de matières sur la Terre seraient bloqués : Les micro-organismes. Une équipe multidisciplinaire de scientifiques veut désormais faire la lumière sur les communautés de vie microbiennes. Sous la direction de l'ETH Zurich et du Massachusetts Institute of Technology (MIT), trois groupes de recherche de l'ETH étudient les écosystèmes microbiens avec différentes universités américaines, en se concentrant tout particulièrement sur les océans. Le projet de recherche, intitulé Theory of Microbial Ecosystems (THE-ME), est financé par la Simons Foundation à hauteur de 15 millions de dollars US sur une durée d'au moins cinq ans. Derrière cette fondation se trouvent James Simons et sa femme Marilyn. Simons, mathématicien très respecté et pionnier du trading quantitatif en quelques secondes, soutient la recherche fondamentale et les mathématiques avec la fondation depuis 1994.
Comment les micro-organismes interagissent-ils ?
Il est bien connu que les microbes constituent la majorité invisible de tous les organismes et marquent de leur empreinte tous les habitats de notre planète. Ainsi, ces microorganismes génèrent de la biomasse, produisent et consomment des gaz à effet de serre, recyclent les éléments de la vie et constituent la base de la cha?ne alimentaire marine. "Au cours des 20 dernières années, les analyses du patrimoine génétique ont certes produit une énorme quantité de données sur les différentes espèces et leurs gènes", explique Roman Stocker, professeur au Département de génie civil, environnemental et géomatique de l'ETH Zurich. "Mais malgré leur importance essentielle pour l'homme et l'environnement, nous en savons étonnamment peu sur le fonctionnement des communautés microbiennes", poursuit Stocker, qui a initié le projet avec le professeur Otto Cordero du MIT.
Modèle pour les communautés microbiennes
Ce sont ces principes de fonctionnement des communautés microbiennes que les scientifiques veulent explorer. En effet, pour pouvoir par exemple mieux évaluer les conséquences du changement climatique sur différents processus environnementaux, il est crucial de comprendre comment les nombreuses espèces présentes dans les sociétés microbiennes travaillent ensemble - et parfois aussi les unes contre les autres. Pour Stocker, cette compréhension globale fait défaut. C'est pourquoi les scientifiques ne peuvent jusqu'à présent expliquer ni comment se forment les structures complexes des communautés microbiennes, ni comment elles se comportent. Il est donc particulièrement difficile de prédire comment les microbes réagissent aux changements de leur environnement. "Nous voulons développer un modèle d'écosystèmes microbiens qui jette un pont entre la physiologie et le comportement des cellules individuelles et les processus écologiques à grande échelle, par exemple dans les océans du monde", explique-t-il.
Trois groupes de recherche de l'ETH Zurich impliqués
Développer une théorie globale des communautés microbiennes n'est pas une mince affaire. Les initiateurs ont délibérément adopté une approche de recherche pluridisciplinaire qui doit réunir les modes de pensée des physiciens, des biologistes et des mathématiciens. De fait, dix groupes de recherche au total participent au projet, dont trois de l'ETH Zurich. Il y a tout d'abord le Stocker Lab, qui étudie les interactions des micro-organismes aquatiques avec leur environnement au moyen de la microscopie vidéo et de modèles mathématiques. Outre l'équipe de Stocker, les groupes de Sebastian Bonhoeffer et Martin Ackermann sont également de la partie. Bonhoeffer est professeur de biologie théorique et spécialiste de la modélisation des dynamiques de population complexes et de l'évolution microbienne. Ackermann, enfin, est un chercheur renommé dans le domaine de l'écologie microbienne, affilié à l'Eawag en plus de l'ETH.
Les trois chercheurs attendent beaucoup de ce projet commun. "Au cours des dernières décennies, la biologie moléculaire et la biologie systémique ont beaucoup contribué à la compréhension des organismes individuels", explique Martin Ackermann. "Les chercheurs espèrent que certaines de leurs découvertes pourront être appliquées à d'autres sociétés microbiennes. Cela pourrait par exemple aider à l'avenir à mieux comprendre les micro-organismes humains.
Les premières études ont déjà commencé en mai 2017. Le California Institute of Technology (Caltech), l'Université de Géorgie, l'Université de Californie à San Diego et l'Université de Californie du Sud participent au projet de recherche.