Alimentation, santé globale Temps de lecture 7 min
Prédire l'émergence de nouvelles communautés dans l'environnement stable du microbiote intestinal humain
Le microbiote intestinal humain peut montrer une certaine variabilité dans sa composition en microorganismes alors qu'il se trouve dans un environnement stable.
Publié le 13 février 2026
Un même environnement peut parfois abriter des communautés microbiennes très différentes.
Un exemple bien connu est celui du microbiome intestinal humain. Un même environnement, comme l'intestin humain, peut donner naissance à des types de communautés distincts, (souvent regroupés en entérotypes). On ne sait toujours pas pourquoi une personne développe un type plutôt qu'un autre, et cela ne peut s'expliquer entièrement par la génétique, le pays d'origine ou l'alimentation.
Expliquer le phénomène au sein du microbiote intestinal humain
Pour expliquer ce phénomène au sein du microbiote humain, l'hypothèse proposée par les chercheurs INRAE de l'unité PROSE, était de faire des investigations du côté de la multistabilité. La multistabilité est un phénomène couramment observé dans les écosystèmes naturels, mais jamais, jusqu'à maintenant, démontrée de façon expérimentale dans le cas du microbiote intestinal humain.
Dans un système multistable, plusieurs états stables peuvent coexister dans des conditions identiques, et c'est l'histoire du système (l'histoire de vie) qui détermine l'état observé. Un exemple classique, le Sahara, laboratoire du changement climatique, qui alterne entre périodes de verdissement intense et phases d'aridité extrême, révélant un état multistable qui montre que des conditions environnementales similaires peuvent conduire à des résultats très différents en fonction de la dynamique passée.
Afin de pouvoir vérifier cette hypothèse concernant les différences observées au sein de microbiotes intestinaux humains, les chercheurs de l'unité INRAE PROSE ont créé une petite communauté synthétique composée de trois bactéries intestinales connues : Blautia hydrogenotrophica, Bacteroides thetaiotaomicron, Roseburia intestinalis.
Des expériences ont été menées pour étudiée le comportement (la stratégie métabolique), de ces 3 types bactériens, qui évoluait en fonction des modifications de l'environnement, lui même induit par leur propre développement.
Ils ont réussi à démontrer que cette communauté pouvait atteindre différentes compositions stables même lorsqu'elles étaient cultivées dans le même milieu et dans des conditions identiques. Cela s'explique par le fait que les microbes peuvent modifier leur façon d'utiliser les nutriments disponibles en fonction de ce qui est présent dans leur environnement, un comportement décrit par Jacques Monod il y a plus de 70 ans. Si cette idée est bien connue au niveau des microorganismes individuels, les travaux des chercheurs montrent comment cela peut façonner le comportement de toute une communauté.
Lorsque les microorganismes utilisent des nutriments différents (par exemple du glucose, mannose, tréhalose, pyruvate ou glutamate), la concurrence est limitée et ils peuvent coexister. Lorsqu'ils passent à un même nutriment, la concurrence s'intensifie et une espèce domine souvent. Cela conduit à des compositions communautaires stables mais différentes pour un même environnement.
Modéliser à partir de données biologiques
Pour faire ces études, les chercheurs ont réalisé des expériences in vitro en utilisant différentes techniques (analyses métaboliques, analyses ARN 16S, cytométrie de flux, séquençages d'ARN) pour récupérer des données afin de les intégrer et de calibrer un modèle mathématique de la communauté microbienne.
Grâce à ce modèle, les chercheurs ont pu, alors, explorer de nombreuses conditions différentes et valider l'hypothèse de la multistabilité pour expliquer la mise en place de communautés différentes dans le même milieu de vie du microbiote, à savoir l'intestin humain.
Les résultats de cette étude menée par les chercheurs de l'unité INRAE PROSE en collaboration avec le Laboratory of Microbial Systems Ecology de Karoline Faust à la KU Leuven en Belgique, ont été publiés dans la revue Nature Communications dans un article intitulé : Emergence of alternative states in a synthetic human gut microbial community.
Aller plus loin avec le concept d’espèce clé de voute !
Ces travaux, publiés dans Nature Review Microbiology en janvier 2026, ont été réalisés par les chercheurs INRAE de l'unité PROSE, en collaboration avec le Laboratory of Microbial Systems Ecology de Karoline Faust à la KU Leuven en Belgique. Ils portent sur le concept d’espèces clefs et ont été menés en parallèle de l'étude sur la multistabilité présentée ci-dessus.
Nature Reviews Microbiology : Le concept d'espèce clé de voute revisité : aperçu sur la dynamique et du contrôle des communautés microbiennes
(Garza, D.R., Gonze, D. & Faust, K. Keystone concept revisited: insights into microbial community dynamics and control. Nat Rev Microbiol (2026). doi.org/10.1038/s41579-025-01266-8)
Entretien avec un des auteurs Daniel-Rios Garza, chercheur INRAE dans l'unité PROSE.
Pourquoi avoir fait ces travaux ? Y-a-t-il un historique derrière ces travaux ?
Cet article est une perspective qui découle du sentiment que le concept d'espèce clé n'est pas clairement défini en écologie microbienne.
Nous avons voulu revisiter ce concept à l'aide des données, des modèles et des approches computationnelles disponibles, et clarifier comment il devrait être appliqué aux communautés microbiennes.
Quels sont les principaux résultats que vous avez obtenus ?
Nous proposons une définition claire des taxons et des fonctions clés qui reste proche de l'idée originale introduite par l'écologiste Robert Paine : les éléments d'une communauté qui ont un impact beaucoup plus important que les autres (bien qu'elles ne soient pas forcement majoritaires). Plus précisément, nous définissons les éléments clés comme des taxons ou des fonctions dont la suppression ou le changement a des effets plus importants sur l'ensemble de la communauté que les changements apportés à tout autre taxon ou fonction.
Cette définition permet de comparer les espèces, les gènes et les fonctions. Dans l'ensemble, nous montrons que le concept de clé de voûte reste très utile en microbiologie, mais que de nombreuses méthodes actuellement utilisées pour identifier les espèces clés de voûte présentent des limites importantes et nécessitent une validation expérimentale plus solide.
Quelles sont les méthodes que vous avez dû utiliser pour atteindre vos objectifs ?
En tant qu'article de perspective, ce travail s'est concentré sur l'examen critique des preuves existantes et l'identification des lacunes dans les connaissances actuelles. Nous avons passé en revue les principales approches utilisées pour identifier les espèces clés et discuté des enseignements que l'on peut tirer des modèles théoriques.
En outre, nous avons proposé de nouvelles méthodes basées sur la simulation du métabolisme des communautés microbiennes. En modélisant la manière dont les espèces transforment les nutriments et échangent des métabolites, nous pouvons supprimer une à une les espèces par calcul et mesurer l'impact de cette suppression sur le reste de la communauté. Cette approche permet d'identifier les espèces ou les fonctions qui ont un impact disproportionné sur la structure et le comportement de la communauté.
Nous avons également discuté, dans notre publication, des implications des espèces clés pour le contrôle et l'ingénierie des communautés microbiennes.
Références :
- Garza, D.R., Liu, B., van de Velde, C. et al. Emergence of alternative states in a synthetic human gut microbial community. Nat Commun 17, 326 (2026). doi.org/10.1038/s41467-025-67036-5
- Garza, D.R., Gonze, D. & Faust, K. Keystone concept revisited: insights into microbial community dynamics and control. Nat Rev Microbiol (2026). doi.org/10.1038/s41579-025-01266-8