Concevoir des communautés microbiennes synthétiques au fonctionnement prévisible dans les fermes, les usines et les écosystèmes

Pourquoi c'est important : les communautés microbiennes déterminent la santé des sols, la dégradation des polluants, la croissance des cultures et la santé humaine, mais les communautés naturelles sont difficiles à prédire ou à reproduire. Les communautés microbiennes synthétiques (SynComs) visent à remplacer cette boîte noire par des consortiums définis et conçus, dont le comportement est prévisible dans des conditions données. Cette revue présente le domaine comme un passage de la microbiologie descriptive vers l'ingénierie.

Ce qui a été couvert : il s'agit d'une revue narrative de type systématique, et non d'une expérience. Les auteurs définissent les SynComs et les distinguent des simples cultures d'enrichissement. Quatre principes de conception guident la construction : parcimonie fonctionnelle et modularisation, prédiction et contrôle des réseaux d'interactions, garantie de communautés robustes et stables, et simplification vers un consortium viable minimal. La conception est organisée autour d'un cycle itératif concevoir-construire-tester-apprendre.

Points clés : la construction descendante (top-down) applique une pression de sélection, comme l'augmentation des concentrations de HAP, un stress salin ou un stress au CO, à des communautés naturelles, puis isole et recombine leurs membres. Elle préserve les interactions issues de la coévolution et tend à être stable, mais ses mécanismes sont opaques et sa reproductibilité est faible. La construction ascendante (bottom-up) combine des isolats bien caractérisés en s'appuyant sur la complémentarité métabolique et la modélisation. Elle offre un contrôle et une compréhension des mécanismes, mais peut passer à côté d'interactions émergentes et être instable. Des pipelines hybrides, tels que Domestication-Modélisation-Validation, tentent de combiner les atouts des deux approches. Parmi les exemples rapportés : l'association de Clostridium cellulolyticum et de C. kluyveri, qui a augmenté de 50 % le rendement en carboxylates en C6 ; un SynCom dégradant huit herbicides ; un autre dégradant le phénol et le formaldéhyde avec une efficacité 8 fois supérieure à celle des méthodes conventionnelles ; et une souche de Pseudomonas modifiée génétiquement avec une production multipliée par 2,1. Les technologies habilitantes comprennent la culture à haut débit en microfluidique et en plaques multipuits, le criblage par paires hiérarchisé (27 souches donnent 20 826 combinaisons), la métabolomique, les modèles métaboliques à l'échelle du génome, l'IA, l'édition génique, les biocapteurs et l'encapsulation.

Interactions : les membres bactériens interagissent par alimentation croisée, auxotrophie, compétition (sidérophores, biofilms, bactériocines, composés volatils) et détection de quorum, et ces interactions peuvent basculer entre coopération et antagonisme. La modélisation métabolique suggère que les communautés compétitives résistent à l'invasion mais s'adaptent mal, tandis que les communautés coopératives montrent l'inverse. Les interactions fongiques impliquent la dégradation en cascade de substrats complexes, le partage de nutriments mycorhiziens et la compétition spatiale ou chimique, par exemple Trichoderma supprimant des agents pathogènes.

Mises en garde : la plupart des microbes non cultivables restent inaccessibles, ce qui limite les réservoirs de souches. L'IA et la modélisation dépendent de la qualité des données et de la validation expérimentale. Les membres génétiquement modifiés exigent une évaluation rigoureuse des risques afin d'éviter l'invasion ou la création de superbactéries, et les auteurs indiquent que davantage de travaux sont nécessaires pour protéger la sécurité écologique. Le texte fourni s'interrompt en pleine discussion sur les champignons ; les sections ultérieures sur les applications et les perspectives n'étaient donc pas disponibles.