Voici comment les bactéries optimisées pour l’IA pourraient accélérer l’agriculture

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La population mondiale augmente rapidement. Le taux ralentit, bien sûr, mais les experts prédisent que deux milliards de personnes de plus habiteront la Terre d’ici 2050. Cela équivaut à ajouter une autre Chine et demie, ce qui portera la population mondiale totale autour de 9,7 milliards de personnes. C’est beaucoup de bouches à nourrir et une tâche énorme à accomplir- surtout compte tenu de notre incapacité à faire, à l’heure actuelle, fasse à ce défi

Si nous voulons nourrir toutes ces personnes, nous n’aurons pas seulement besoin de grandes idées, nous aurons aussi besoin d’un tas d’organismes microscopiques. C’est le pari fait par une start-up sur la biotechnologie appelée Indigo, dont le plan est de faite croître les plantes avec un tas de microbes, afin que le processus se fasse plus rapidement. C’est un projet de longue haleine, mais cela pourrait donner aux agriculteurs l’accès à  une nouvelle forme d’agriculture qui, non seulement serait plus efficace dans les climats actuels, mais qui serait mieux préparée aux impacts du changement climatique qui affecte le monde entier.

Les probiotiques sont partout

À un moment donné, vous êtes assis dans une mer de trillions de microbes qui vivent sur, dans et autour de vous. Bien qu’ils soient invisibles à l’œil nu, ils sont loin d’être inertes. Un nombre croissant de recherches montrent que les microbes affectent un large éventail de facteurs, y compris notre humeur, notre santé, et même notre capacité à gérer le stress et à repousser la maladie.

Mais notre microbiome risque d’être déstabilisé. Depuis que nous avons commencé à avaler des antibiotiques, l’environnement bactérien de notre corps a changé. Les antibiotiques fonctionnent très bien pour éliminer les bactéries nocives, mais leur nature aléatoire signifie qu’ils éliminent également beaucoup de bonnes bactéries.

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«Nos microbes ont évolué avec nous, améliorant notre capacité à maintenir une santé optimale et à repousser les maladies», explique Lauren Moores, vice-présidente de la stratégie des données et des sciences chez Indigo. « L’adoption massive d’antibiotiques a affecté ces microbes bénéfiques. Nous avons donc pris l’habitude de consommer des bactéries vivantes et actives (des probiotiques) pour repeupler nos intestins avec de bonnes bactéries.  »

Il en va de même pour les plantes. L’utilisation généralisée de produits chimiques agricoles et de fongicides a perturbé un microbiome végétal qui s’est développé pendant des millions d’années. Ces produits chimiques tuent les bactéries causant des maladies, mais ils éliminent aussi les microbes spécialisés qui peuvent aider la plante à mieux résister aux stress, à la sécheresse, ou à croître de façon plus productive en piégeant des nutriments vitaux comme l’azote.

Les fondateurs d’Indigo pensaient que si le microbiome humain avait un tel effet sur la santé humaine, le microbiome d’une plante ne devrait-il pas être la clé de sa survie ? Et, si nous répondons par l’affirmative, comment identifier les microbes qui sont bénéfiques et dans quel but ? Et comment restaurer ces communautés florissantes de bactéries dans nos cultures ?

L’étude sur le microbiome humain

La plupart des études menées sur la vie microbienne ont porté sur celles qui sont les plus étroitement associées aux humains – comme celles que l’on trouve sur notre peau et dans nos intestins. Et bien qu’il y ait eu beaucoup de recherches sur les microbes trouvés sur d’autres animaux, les microbes végétaux (et les rôles qu’ils jouent) ont été relativement négligés depuis plusieurs années.

«De nombreux articles ont été publiés au cours des cinq dernières années, en guise de suivi de ce que nous avons appris du microbiome dans d’autres systèmes biologiques», nous explique Harsh Bais, un scientifique des plantes et des sols à l’Université du Delaware . « Mais toute la signification fonctionnelle de l’association du microbiome chez les plantes n’est pas encore complètement expliquée.

Depuis des décennies, les chercheurs savent que les bactéries présentes sur les plantes et dans le sol aident à «fixer» l’azote, permettant aux plantes de mieux accéder à cet élément nutritif. Mais en 2015, Sharon Doty, microbiologiste à l’Université de Washington, a montré que des communautés entières de bactéries bénéfiques existent à l’intérieur des plantes et leur permettent de grandir dans des conditions rocheuses et pauvres en nutriments. Dans son étude, Doty a même été capable de transférer ces microbes fixateurs d’azote à une autre plante – le riz, dans ce cas – ce qui permet à la culture de grandir, avec un système racinaire plus complet.

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«Tout comme le microbiome humain est important pour notre santé, le microbiome végétal est également nécessaire pour la santé des plantes – et peut-être encore plus», nous explique Doty dans son livre, « Functional Importance of the Plant Endophytic Microbiome ». «Comme les plantes ne peuvent pas bouger, elles doivent faire face à plus de plus grands défis pour obtenir suffisamment de nutriments de l’endroit où elle se trouve, comme se défendre contre les herbivores et les agents pathogènes et tolérer les stress abiotiques, notamment la sécheresse, la salinité et les polluants. Le microbiome des plantes peut aider les plantes à surmonter ces défis.  »

S’appuyant sur ces connaissances, les gens d’Indigo ont séquencé les gènes de dizaines de milliers de microbes provenant des plantes: la plus grande base de données de microbes végétaux qui existe aujourd’hui. Avec ces données, ils utilisent des algorithmes d’apprentissage automatique pour prédire les souches microbiennes qui ont le plus d’impact sur des cultures importantes comme le coton, le maïs, le riz et le blé. L’espoir est qu’Indigo puisse restaurer – et même stimuler – l’environnement microbien pour aider ces cultures à mieux accomplir leur performance.

«Dans l’ensemble, grâce à l’apprentissage automatique, nous pouvons identifier précisément les microbes, cartographier leurs capacités fonctionnelles, comprendre les communautés dans lesquelles ils vivent et réunir ces informations avec les données en laboratoire et ceux sur terrain, pour développer et cibler rapidement de nouveaux produits microbiens».

En fin de compte, Indigo fournit un revêtement microbien qui est appliqué sur les graines avant qu’elles ne soient ensemencées. Et bien qu’il existe d’autres sociétés qui recherchent des bactéries bénéfiques pour les plantes, elles se concentrent principalement sur celles trouvées dans le sol, tandis qu’Indigo étudie celles qui se trouvent à l’intérieur des plantes.

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L’approche d’Indigo offre un énorme potentiel pour l’agriculture et son financement. Mais il y a encore beaucoup de points d’interrogation derrière la recherche de cette entreprise. Indigo peut être capable d’identifier quels microbes sont présents dans les plantes, et ils peuvent même être en mesure de déterminer lesquels sont bénéfiques, mais déterminer leur rôle et les combinaisons les plus efficaces est difficile. C’est une chose de savoir quelles bactéries sont présentes, et une autre chose de savoir ce qu’elles font et pourquoi elles le font.

Il y a des risques mais l’avenir est prometteur

Pour sa part, Bais reste prudent mais intrigué. « Il y a beaucoup de questions qui demeurent sans réponse. », dit-il. Non que ces questions ne puissent pas être résolues, mais qu’il faudra beaucoup d’essais et d’erreurs pour le faire. Comme l’explique Bais, les scientifiques devront «analyser une plante et étudier ce que les bactéries font à cette plante. »

Mais au fur et à mesure que la science du microbiome végétal progresse, Indigo se positionne comme un concurrent de premier plan, sinon le premier à aborder cette approche en agriculture.

« La communauté scientifique est encore au début de son étude du microbiome des plantes, en particulier par rapport à des domaines tels que la pathologie végétale et la science des sols », nous explique Moores. « Cela étant dit, notre compréhension émergente du rôle que jouent les microbes chez les humains a déclenché une révolution dans les soins de santé. Nous croyons que nous sommes à la pointe d’une révolution similaire en agriculture et il y a une formidable opportunité pour qu’une entreprise puisse croître et se développe très rapidement. La technologie nous aidera à comprendre ce lien fragile qu’il y a entre nous et l’environnement. »

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