Le tout premier atlas du microbiome aérien mondial fournit une mine d’informations sur les communautés microbiennes

Les bactéries sont vraiment abondantes sur toute la surface de la Terre, du sol aux océans. La population microbienne de l’air qui nous entoure est relativement inconnue, mais une expédition de recherche dirigée par des scientifiques de PolyU est sur le point de changer cela. Après près d’une décennie d’efforts, ils ont compilé une carte complète des microbes aéroportés du monde, fournissant de nouvelles informations sur la façon dont ces espèces interagissent avec l’environnement de surface – ainsi que sur leurs changements futurs probables.

Un mètre cube d’air “vide” contient 10 000 bactéries ou plus, et l’intérêt pour le rôle de l’air en tant qu’habitat – et pas seulement un conduit – pour les microbes a énormément augmenté depuis le début de la pandémie de COVID-19. En collaboration avec des chercheurs du continent et des États-Unis, l’équipe dirigée par PolyU a passé environ un an à échantillonner des microbes en suspension dans l’air à travers le monde, du niveau du sol aux sommets des montagnes. En combinant leurs propres résultats avec les données mondiales les plus précises recueillies lors d’études antérieures, eux et leurs partenaires de recherche ont compilé le tout premier atlas du microbiome aérien mondial.

L’atlas fournit une mine d’informations sur les communautés microbiennes flottant au-dessus du sol. Il ne fait aucun doute que l’air est un port unique de vie bactérienne. L’analyse génétique par l’équipe a montré que les communautés de base – la poignée d’espèces qui forment une proportion démesurée de la population de microbes – n’étaient pas les mêmes dans l’air que celles des écosystèmes marins ou du sol. En fait, même si l’air est un milieu fluide sans frontières internes, ces communautés bactériennes centrales sont distinctement localisées et stables.

L’équipe de recherche a analysé les communautés bactériennes de 370 échantillons individuels de particules d’air prélevés sur 63 sites à travers le monde, allant de ceux au niveau du sol (1,5 à 2 m de haut) aux toits (5 à 25 m de haut) et aux hautes montagnes (5 238 m d’altitude). ), ainsi que des centres urbains densément peuplés vers l’Arctique qui a dirigé l’équipe de recherche, a déclaré : “Nous avons vérifié que les activités humaines ont certainement modifié la structure des microbiomes dans l’air ambiant naturel, notamment avec une plus grande abondance de bactéries pathogènes dans l’air urbain. Après avoir vécu la pandémie pendant trois ans, les gens accordent désormais plus d’attention à cette communauté microbienne invisible mais influente. Les résultats de la recherche pourraient servir de référence essentielle pour prédire les réponses du microbiome planétaire et les impacts sur la santé des microbiomes inhalables avec les futurs changements environnementaux.”

Les chercheurs estiment que le nombre total de microbes occupant la mer ou le sol est des milliers de fois supérieur à celui de l’air. Néanmoins, la diversité aérienne des microbes – appelée « richesse » – est tout aussi élevée. Cela suggère que les habitats de surface contribuent directement aux microbes dans l’air. Inversant les hypothèses précédentes, la végétation n’est pas la principale source terrestre de bactéries en suspension dans l’air, et les vastes étendues de sol de la Terre en fournissent une très petite fraction. Le fracas des vagues, le tremblement des feuilles et même les activités fréquentes et la respiration constante des animaux et des humains sont les principaux moteurs des échanges bactériens entre la surface et l’air.

La vie macroscopique, notamment les animaux et les plantes, est la plus diversifiée dans les régions équatoriales (considérez, par exemple, les forêts tropicales chaudes et humides), et sa diversité diminue plus près des pôles. Pour les microbes, l’image est plus intéressante – en partant de l’équateur, la diversité se maximise aux latitudes moyennes avant de retomber. Ce modèle était bien établi pour les micro-organismes terrestres et aquatiques, mais le nouvel atlas confirme qu’il s’applique également au microbiome aéroporté. Les auteurs supposent que la “bosse” de la diversité aux latitudes moyennes est causée par des sources plus fortes d’apport microbien dans ces régions.

Dans l’ensemble, les chercheurs estiment que la moitié des bactéries en suspension dans l’air proviennent de sources terrestres. L’air urbain a des taux particulièrement élevés de bactéries associées à l’homme – certaines inoffensives, d’autres pathogènes. Le transfert direct de germes des personnes vers l’air n’est pas notre seul effet sur le monde microbien en suspension dans l’air. Les activités à grande échelle telles que l’industrialisation perturbent les milieux naturels et ont un impact sur la qualité de l’air. Cela affaiblit l’effet de “filtre” de l’environnement sur la structure microbienne, ce qui rend la composition des bactéries en suspension dans l’air plus affectée par des processus aléatoires – bien que la météo joue également un rôle important.

La relation étroite entre les activités humaines modernes et les microbes qui nous entourent souligne la nécessité de prévoir avec précision les changements futurs. Les bactéries infectieuses inhalables qui prolifèrent dans les villes sont particulièrement préoccupantes compte tenu de l’urbanisation rapide et de notre compréhension croissante de la contagion aéroportée, stimulée par la recherche sur le COVID-19. Le changement climatique est une autre impulsion, compte tenu de l’effet marqué de la température sur la richesse microbienne, comme le révèle l’atlas. Par conséquent, l’étude fournit une ressource inestimable et une nouvelle perspective importante pour la recherche future en santé publique.

L’équipe de PolyU a collaboré avec le professeur James M. TIEDJE, professeur émérite à l’Université d’État du Michigan et des scientifiques de Chine continentale dans le cadre de l’étude. Les conclusions ont été publiées dans le Actes de l’Académie nationale des sciences (https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2204465119), une revue à comité de lecture de la National Academy of Sciences des États-Unis.