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Tu aimeras tes microbes comme toi-même

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Philippe Sansonetti

Être ou ne pas être sans microbes ?

Texte intégral

  • 1  Anton de Bary, Die Erscheinung der Symbiose, Strasbourg, 1879.

1Un monde sans microbes ? Pourquoi sommes-nous tous plus ou moins conscients de l’absurdité d’une telle proposition ? Depuis qu’il connaît les microbes, l’homme n’en a-t-il pourtant pas rêvé en certaines occasions, obsédé par l’éradication des pathogènes ? A-t-il vraiment pris la mesure de la symbiose multimillénaire qui unit l’espèce Homo sapiens et le monde microbien ? Mais au fait, qui a inventé la symbiose ? Le concept et le terme de symbiose furent introduits vers 1870 par Anton de Bary (1831-1888), médecin allemand, pionnier de la mycologie, mais aussi botaniste talentueux. C’est grâce à cette connaissance holistique de la science qui caractérise nombre de savants du xixe siècle, grâce à cette multidisciplinarité, pour employer un terme actuel, qu’il fit émerger ce concept fondamental de « symbiose » qu’il définit comme « la règle de vie commune et l’association vivante d’espèces différentes1 ». Cette symbiose est souvent construite autour d’un grand partenaire – l’hôte – et de plus petits partenaires – les symbiotes.

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  • 2  Voir Lesley A. Robertson, « Antoni van Leeuwenhoek: The discoverer of “little animals” », in Joop (...)
  • 3  Voir l’illustration en couverture de ce livre.

2Mais qui inventa les microbes ? Il faut faire un saut de plus de deux siècles avant les travaux de de Bary pour rencontrer celui qui, le premier, découvrit les microbes. Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723) riva son œil, un jour de 1674, sur l’objectif de l’étrange appareil qu’il avait créé pour contrôler la texture des draps de lin de sa bonne ville de Delft aux Pays-Bas. Cependant, cette fois, l’objet de son attention était tout autre. Ce que ce savant à l’insatiable curiosité observait dans ce premier microscope à lumière directe de l’histoire était d’une tout autre nature : il s’agissait d’une suspension dans l’eau du produit d’un grattage dentaire2. À travers cette suspension improbable, c’est un monde nouveau qu’il entrevoyait, un monde grouillant d’« animalcules », comme ils furent nommés puis oubliés pendant deux siècles, des sphères, des bâtonnets, des spirales. Il les dessina avec précision et communiqua régulièrement ses résultats à la Royal Society de Londres dont il était membre. Une chose importante apparaissait sur ses croquis : des lignes pointillées tarabiscotées qui suivaient seulement certains de ces « animalcules ». Ce que ces pointillés symbolisaient, c’était le mouvement, la motilité de certains « animalcules3 ». Pour van Leeuwenhoek, le mouvement signifiait la vie : moveo ergo sum, pour paraphraser son partiellement contemporain René Descartes (1596-1650). Ces corps microscopiques étaient vivants ! À côté du monde macroscopique, au sein de ce monde même, vivait un monde microscopique. Bien que son invention ait eu peu d’échos à l’époque, van Leeuwenhoek peut à juste titre être considéré comme l’inventeur de la microbiologie. Il fut aussi l’inventeur du microbiote puisque la première préparation microbienne qu’il analysa fut le biofilm polymicrobien constituant la plaque dentaire.

  • 4  Pour reprendre le titre de son essai « Nothing in biology makes sense except in the light of evolu (...)

3L’existence de ce monde microscopique habitant le monde macroscopique – homme, animaux, plantes – est-elle si surprenante ? Les microbes furent les premiers êtres vivants à peupler la Terre, il y a 3 milliards et demi d’années. Les eucaryotes multicellulaires complexes apparurent il y a seulement 800 millions d’années et nous, Homo sapiens, il y a 300 000 ans. Les microbes nous ont donc largement précédés et ont même permis notre existence grâce à des bactéries devenues endosymbiotiques qui se sont associées définitivement à nos lointains ancêtres les archébactéries, leur offrant la capacité de survivre lorsque l’oxygène, toxique pour un monde alors essentiellement anaérobie, a brutalement enrichi l’atmosphère terrestre. Ces bactéries, probablement des rickettsies, se sont transformées en mitochondries. D’après Theodosius Dobzhansky (1900-1975), « rien en biologie ne fait sens, excepté à la lumière de l’évolution4 ». La suite de notre histoire fut donc affaire de « coévolution » entre eucaryotes complexes et microbes, et c’est ainsi que se perpétue l’interface hommes-microbes. Pour le meilleur et pour le pire… À ce compte-là, on aurait aimé savoir ce que Charles Darwin (1809-1882) pensait des microbes. Apparemment, il n’en pensait pas grand-chose, encore que… Il est coutume de dire qu’il ne connaissait pas les microbes. C’est faux. Certains de ses écrits témoignent de son intérêt et des études d’archives révèlent des schémas croquant des populations microbiennes prélevées dans divers écosystèmes lors de ses voyages sur le Beagle et conservées dans des infusoirs.

  • 5  Voir Maureen A. O’Malley, « What did Darwin say about microbes, and how did microbiology respond?  (...)

4Au fond, Charles Darwin est arrivé trop tôt : avant Louis Pasteur (1822-1895) et Robert Koch (1843-1910). On se prend à rêver à une improbable réunion de ce trio : biochimie et métabolisme microbien, santé et maladie, pression sélective et évolution. Combien les progrès de la biologie naissante eussent accéléré si les microbes avaient été intégrés comme système-modèle de l’évolution ! Néanmoins, Darwin a indiscutablement intégré les microbes dans sa réflexion scientifique. Il les a même magnifiquement inclus dans l’arbre global de la vie : ses arbres phylogéniques en témoignent. Il démontra qu’à divers endroits de la planète, dans les divers écosystèmes qu’il prélevait, les microbes observés avaient une apparence différente dans les infusoirs et, surtout, semblaient se reproduire rapidement et à l’identique. Ce constat infirmait selon lui l’hypothèse émise par Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829) d’une reproduction au sein des espèces associée à un programme de complexification, donc d’amélioration progressive préétablie de l’être vivant à son environnement5. Finalement, peut-être n’est-ce pas Darwin qui ignora les microbes, mais plutôt la microbiologie naissante et les microbiologistes qui ignorèrent Darwin !

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5Venons-en à Pasteur. Comment y échapper si l’on envisage les premiers grands concepts qui structurèrent la microbiologie moderne ? Il fut le premier à réfléchir à ce que serait un monde sans microbes, du moins à ce que seraient l’homme ou les animaux sans microbes. C’est au cours de cette réflexion pionnière qu’il inventa le concept d’« axénie », c’est-à-dire de vie sans microbes. Dès 1885, il écrivait dans les Comptes rendus de l’Académie des sciences :

Souvent, dans nos causeries du laboratoire, depuis bien des années, j’ai parlé, aux jeunes savants qui m’entouraient, de l’intérêt qu’il y aurait à nourrir un jeune animal (lapin, cobaye, chien, poulet), dès sa naissance, avec des matières nutritives pures. Par cette dernière expression, j’entends désigner des produits alimentaires qu’on priverait artificiellement et complètement de microbes communs. Sans vouloir rien affirmer, je ne cache pas que j’entreprendrais cette étude, si j’en avais le temps, avec la pensée préconçue que la vie, dans ces conditions, deviendrait impossible.

Pasteur s’est donc « mouillé », si l’on peut dire, en faisant le pari que, sans microbes, la vie des mammifères – c’était à celle-là qu’il pensait, en particulier à l’homme – était impossible. Vrai ou faux ? Pasteur pouvait-il se tromper ?

6Avant de répondre à cette question brûlante, faisons un peu de sémantique. Axénique qualifie un environnement biologique exempt de tout micro-organisme : on pourrait dire stérile. Un animal de laboratoire dépourvu de tout micro-organisme, commensal ou pathogène, est appelé « axénique ». On peut obtenir ce type d’animal en accouchant par césarienne une femelle parturiente, puis en l’élevant dans une enceinte stérile. Gnotoxénique est un terme plus générique définissant un environnement sans germes ou dont la population microbienne est limitée et strictement contrôlée.

  • 6  Voir George H. F. Nuttall et Hans Thier-Felder, Thierieshes Leben ohne Bakterien im Verdauungskana (...)

7Vous l’aurez compris, Pasteur se trompait, bien que… Dix ans après son affirmation, deux chercheurs – George Nuttal (1862-1937), un Britannique vivant aux États-Unis et venu travailler en Allemagne, et Hans Thier-Felder (1858-1930), professeur à l’université de Tübingen – vont réaliser l’expérience que Pasteur aurait dû faire s’il en avait eu le temps. Ils mirent au point la première enceinte axénique contrôlée et, procédant comme décrit ci-dessus, ils produisirent et élevèrent des cobayes axéniques. À leur grande surprise, ces cobayes survécurent et, préoccupation principale des deux chercheurs, apparurent capables d’une digestion normale6. La vie macroscopique était donc possible sans vie microscopique associée ! Les microbes n’étaient pas indispensables au développement et à la survie des animaux ! Le principe était certes acquis grâce aux expériences de Nuttall et Thier-Felder, mais cela ne préjugeait en rien de la qualité de vie de ces animaux qui s’avérèrent rapidement faibles et dénutris. Si le monde microscopique n’était pas absolument nécessaire à la vie macroscopique, il en assurait néanmoins la qualité et, dans ce différentiel qui restait à définir, résidaient les secrets de la symbiose. Il faudra attendre un demi-siècle pour que se précisent les effets positifs de la symbiose hôte-microbes sur le développement harmonieux et la santé des individus.

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  • 7  Sir Frank Macfarlane Burnet, Natural History of Infectious Diseases, Cambridge, Cambridge Universi (...)

8Ces cinquante années avaient été bien remplies. Les microbes n’avaient pas bonne presse en cette première moitié du xxe siècle qui avait vu la science microbiologique naissante se polariser à juste titre sur les microbes pathogènes en développant les méthodes de culture et de diagnostic, en inventant les vaccins et les antibiotiques, et en découvrant la complexité des mécanismes immunitaires de la protection anti-infectieuse. Durant cinq glorieuses décennies, les progrès avaient été tels que sir Frank Macfarlane Burnet (1899-1985), grand scientifique, immunologiste et prix Nobel, proclama en 1953 « l’élimination virtuelle des maladies infectieuses comme facteur essentiel de la vie de la société7 » – en tout cas de la société occidentale nantie, car à cette époque la situation restait dramatique dans les pays du Sud. Cette affirmation confortait de facto la vision négative de nos semblables pour ces germes responsables de tous leurs maux. De là à rêver d’un monde sans microbes, il n’y avait qu’un pas que certains franchirent…

  • 8  Voir James A. Reyniers, Philip C. Trexler et al., « A complete life-cycle in the germ-free bantam (...)
  • 9  Voir R. D. Barnes, M. Tuffrey et R. Cook, « A “germfree” human isolator », Lancet, vol. 291, 1968, (...)

9James A. Reyniers (1908-1967), à l’université Notre-Dame dans l’Indiana, et Philip C. Trexler (1911-2014), un ingénieur de génie, développèrent de toute pièce une véritable industrie des enceintes axéniques. Ils revisitèrent, améliorèrent et amplifièrent considérablement les travaux de Nuttall et Thier-Felder, fondant ainsi la gnotobiologie moderne8. Ce qui n’était initialement qu’une technologie sophistiquée devint vite une science. Leurs travaux eurent un double impact : ils firent progresser la connaissance du rôle de la flore microbienne symbiotique – le microbiote – chez diverses espèces animales élevées en conditions axéniques (rongeurs, chien, chat, poulet, singe), mais aussi dans le développement et le maintien de fonctions physiologiques essentielles. Ils permirent la mise au point d’enceintes stériles – ou à contenu microbien sévèrement contrôlé – vite indispensables au développement de secteurs de pointe de la médecine, mais induisant fréquemment un affaiblissement drastique du système immunitaire et causant donc une sensibilité extrême aux infections, souvent létales dans ces conditions. Pour ne citer que les principaux : les isolateurs pour nouveau-nés prématurés au sein desquels la diffusion d’air filtré crée des conditions de quasi-axénie ; les isolateurs pour grands brûlés ; les enceintes stériles pour patients en aplasie médullaire du fait de chimiothérapies lourdes pour des leucémies, des lymphomes ou des cancers, ou pour des patients transplantés médullaires ; enfin, les enceintes stériles pour enfants atteints de déficits immunitaires génétiques en attente d’un traitement – les fameux « bébés-bulles » qui firent rapidement fantasmer le public tant ils symbolisaient l’ambition sans limite et la modernité de cette nouvelle médecine qui naquit dans les premières décennies de l’après-guerre et dont l’existence même ne fut possible que grâce à la gnotobiologie et aux antibiotiques9.

Notes

1  Anton de Bary, Die Erscheinung der Symbiose, Strasbourg, 1879.

2  Voir Lesley A. Robertson, « Antoni van Leeuwenhoek: The discoverer of “little animals” », in Joop van Doorn et al. (dir.), Mighty Microbes. The Amazing World of Microorganisms, Pays-Bas, Microcanon Foundation/Stichting Microcanon, 2017, p. 37-40.

3  Voir l’illustration en couverture de ce livre.

4  Pour reprendre le titre de son essai « Nothing in biology makes sense except in the light of evolution » paru en 1973 dans American Biology Teacher (vol. 35, no 3, p. 125-129).

5  Voir Maureen A. O’Malley, « What did Darwin say about microbes, and how did microbiology respond? », Evolutionary Microbiology, vol. 17, 2009, p. 341-347 (DOI : 10.1016/j.tim.2009.05.009).

6  Voir George H. F. Nuttall et Hans Thier-Felder, Thierieshes Leben ohne Bakterien im Verdauungskanal [1895], in : Hoppe-Seyler’s Zeitschrift für Physiologische Chemie, vol. 21, Nabu Press, 2012, p. 109-121.

7  Sir Frank Macfarlane Burnet, Natural History of Infectious Diseases, Cambridge, Cambridge University Press, 1953 [2e éd.].

8  Voir James A. Reyniers, Philip C. Trexler et al., « A complete life-cycle in the germ-free bantam chicken », Nature, vol. 163, 1949, p. 67-68 (DOI : 10.1038/163067a0).

9  Voir R. D. Barnes, M. Tuffrey et R. Cook, « A “germfree” human isolator », Lancet, vol. 291, 1968, p. 622-623 (DOI : 10.1016/s0140-6736(68)91241-5).

© Collège de France, 2020

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