Compléments sur les interactions et la résistance aux antibiotiques

Biotope, biocénose et interactions biotiques

Un écosystème est formé de deux éléments qui interagissent :

Les êtres vivants d'une biocénose ne vivent pas isolés. Les interactions biotiques se classent en trois grandes familles, selon leur effet sur la valeur sélective de chaque partenaire (+ : favorable, − : défavorable) :

Dans la nature, on ne trouve pas une simple chaîne alimentaire mais un réseau d'interactions : une même espèce peut être proie, compétitrice et partenaire à la fois.

Compétition et exclusion compétitive

Quand deux espèces utilisent la même ressource limitée (nourriture, lumière, espace), elles sont en compétition. Les expériences du biologiste Gause sur des paramécies l'ont montré :

• cultivée seule, chaque espèce prospère et atteint un effectif stable ;

• cultivées ensemble avec la même nourriture, une espèce l'emporte et l'autre disparaît.

C'est le principe d'exclusion compétitive : deux espèces qui occupent exactement la même niche écologique ne peuvent pas coexister durablement dans un milieu stable. L'espèce la plus efficace pour exploiter la ressource élimine l'autre.

La coexistence devient possible si les espèces diffèrent par leurs ressources (nourriture différente, habitat séparé) : la compétition diminue.

Mutations et résistance aux antibiotiques

Un antibiotique tue des bactéries ou arrête leur multiplication. Pourtant, certaines souches y résistent. Comment est-ce possible ?

1. Des mutations apparaissent au hasard lors de la réplication de l'ADN, avant tout contact avec l'antibiotique. Une mutation touche rarement une bactérie, mais les populations sont énormes.

2. Si une mutation confère la résistance, la bactérie qui la porte est une mutante résistante.

3. L'antibiotique n'a pas créé la mutation : il sélectionne les bactéries résistantes en éliminant les sensibles.

4. Les résistantes se multiplient ensuite et deviennent majoritaires : la proportion d'allèles de résistance augmente.

La résistance peut aussi se transmettre à d'autres bactéries, même d'espèces différentes, par transmission horizontale : échange de plasmides (petits ADN circulaires) portant des gènes de résistance. Une bactérie peut ainsi devenir résistante sans mutation propre.

Quantifier la résistance

Les exercices demandent souvent de calculer. Voici les trois outils utiles.

Nombre attendu de mutants : $N_{\text{résistantes}} = N \times p$, avec $N$ la taille de la population et $p$ la probabilité de mutation.

Variation d'une proportion : on distingue

• l'augmentation en points de pourcentage : valeur finale − valeur initiale ;

• l'augmentation relative : $\dfrac{\text{valeur finale} - \text{valeur initiale}}{\text{valeur initiale}} \times 100$.

Croissance exponentielle : si une population double à chaque génération, au bout de $n$ générations elle a été multipliée par $2^n$.

Antibiorésistance et santé : prévenir

La résistance est un enjeu de santé publique : plus on utilise d'antibiotiques, plus on sélectionne de souches résistantes, y compris multirésistantes. Les antibiotiques utilisés en élevage peuvent aussi sélectionner des bactéries résistantes dans le sol et l'eau voisins ; ces bactéries, ou leurs plasmides, peuvent atteindre l'être humain par la chaîne alimentaire ou le contact.

Mesures de prévention (en lien avec Santé publique France) :

• utiliser un antibiotique seulement quand il est nécessaire (pas contre les virus : rhume, grippe) ;

• respecter la durée et la dose prescrites ;

• limiter l'usage systématique en élevage ;

• hygiène des mains et mesures d'hygiène à l'hôpital ;

• vaccination, qui diminue les infections donc l'usage d'antibiotiques.

Retour au début : dans la forêt de Fontainebleau comme à l'hôpital, ce sont les interactions et la sélection qui décident quels individus se maintiennent, c'est-à-dire ceux dont la valeur sélective est la plus grande dans le milieu considéré.

L'essentiel

• Écosystème = biotope (milieu) + biocénose (êtres vivants).

• Interactions : compétition (−/−), exploitation (prédation, parasitisme : +/−), mutualisme (+/+). On les juge par leur effet sur la valeur sélective.

• Deux espèces de même niche ne coexistent pas durablement : exclusion compétitive.

• La résistance aux antibiotiques vient de mutations aléatoires préexistantes, sélectionnées par l'antibiotique ; elle peut aussi se transmettre par plasmides.

• Calculs utiles : $N \times p$, points de pourcentage et variation relative, croissance en $2^n$.

• Prévention : usage raisonné, traitement mené à terme, hygiène, vaccination.