L’idée que des êtres vivants dépourvus de cerveau puissent apprendre et retenir des informations semble contre-intuitive. Pourtant, une étude récente de l’université Carnegie Mellon, publiée dans PRX Life, prouve que les bactéries Escherichia coli sont capables de conserver des données sur leur passé et d’ajuster leur croissance en conséquence.
Cette découverte remet en question la vision classique selon laquelle leur comportement ne dépend que des conditions du moment, et ouvre des pistes sur la façon dont nous devons aborder les infections.
Une expérience a permis aux chercheurs de suivre des bactéries uniques. En alternant rapidement entre nutriments riches et pauvres, ils ont mesuré la croissance de chaque bactérie en temps réel. Les résultats indiquent que les bactéries ne réagissent pas toutes de la même manière: celles exposées à des changements fréquents s’adaptent plus vite que celles élevées dans un environnement stable.
L’élément clé de cette adaptation réside dans la mémoire des fréquences environnementales. Les bactéries distinguent des cycles rapides ou lents de nutriments, un niveau de mémorisation plus avancé que ce qui avait été démontré auparavant. Pour Josiah Kratz, premier auteur de l’étude, cela signifie que les bactéries peuvent discriminer entre différentes fréquences et ajuster leur comportement en fonction de leur histoire.
La transmission de ces souvenirs s’effectue à travers les générations bactériennes. Chez E. coli, une génération dure entre 30 minutes et une heure. Les protéines produites lors d’un stress, comme une carence en nutriments, sont héritées par ses descendants jusqu’à deux générations. Ainsi, une bactérie qui n’a jamais connu elle-même la famine peut se comporter différemment si sa grand-mère a subi ce stress. Les molécules héritées permettent aux descendants de conserver des informations sur des environnements qu’ils n’ont pas directement vécus.
Crédit: Carnegie Mellon University
Les implications pour la santé humaine sont considérables. Jusqu’à présent, on supposait que la réponse des bactéries aux antibiotiques dépendait uniquement du type et de la concentration du médicament. Mais si les bactéries conservent la mémoire de stress antérieurs — comme une exposition à des températures élevées ou à des doses d’antibiotiques — leur réaction à un traitement pourrait être différente. Les cliniciens devront peut-être tenir compte de l’histoire environnementale des microbes pour optimiser les thérapies.
Un autre aspect surprenant de cette recherche est le lien avec l’intelligence artificielle. En développant un modèle mathématique des processus cellulaires, les chercheurs ont découvert que la manière dont la bactérie traite l’information correspond à une architecture utilisée en apprentissage automatique. Josiah Kratz indique que la biologie et l’IA semblent avoir convergé vers une stratégie similaire. Cela laisse penser que l’apprentissage peut émerger de simples réactions chimiques à l’intérieur d’une cellule unique, sans système nerveux.
Les travaux futurs devraient explorer si ce comportement s’étend à d’autres stress, comme les antibiotiques, et à d’autres espèces bactériennes. Les chercheurs pensent que ce phénomène est probablement répandu dans le monde microbien. Comprendre comment les bactéries s’adaptent aux fluctuations constantes de leur environnement — que ce soit dans l’intestin humain, le sol ou les plantes — est important pour percer les mécanismes de la vie à l’échelle microscopique.
