HARZALLAH Sonia épouse DEBBABI

L’ubiquité de la symbiose bactérienne, et sa présence à tous les niveaux de l’organisation biologique, bouleverse toute la science du vivant. Aujourd’hui, malgré le profond renouvellement de la biologie, de la médecine et de la philosophie de la biologie, il manque une approche de la relation symbiotique même, de son établissement et de son évolution. Au cours de ce travail, nous montrons que l’ubiquité de la symbiose et sa diversité rendent difficile la détermination d’un modèle particulier pour répondre à toute la complexité de la relation. Pour pallier cette difficulté, proposons de suivre un caractère particulier : le métabolisme syntrophique, solution évolutionnaire commune à toutes les symbioses et l’utilisons comme base de l’analyse. Par une approche évolutionnaire des mécanismes moléculaires et cellulaires, nous démontrons le caractère obligatoire de toute symbiose en établissant la dépendance des partenaires les uns aux autres. Le microbiote, formé des communautés bactériennes symbiotiques, est un organe évolutionnaire intégré fonctionnellement à l’organisme hôte. Les bactéries symbiotiques sont des agents d’homéostasie qui permettent aux organismes hôtes de s’adapter aux fluctuations des conditions environnementales. Cette fonction homéostatique est à l’origine d’une structuration réciproque entre les partenaires symbiotiques, donnant lieu à un holobionte avec une reproduction hybride et une héritabilité étendue. En analysant la symbiose intestinale bactérienne chez l’humain, nous établissons l’interaction codéveloppementale et coévolutionnaire des partenaires, et démontrons l’extension de la structuration réciproque métabolique vers une structuration cognitive qui passe par les systèmes immunitaire et neurologique chez les organismes supérieurs. En démontrant l’intrication du métabolisme avec l’information nous proposons une perspective informationnelle de la symbiose. L’échange d’informations significatives entre l’hôte et son microbiote définit l’organisation informationnelle du holobionte.

The pervasiveness of bacterial symbiosis and its omnipresence at every level of the biological organization deeply trouble life sciences. Today, despite biological, medical and philosophical renewal, a relational perspective analyzing the symbiotic relation, and the establishment and evolution of symbiosis is still lacking. In this work, we reveal difficulties to adopt an appropriate symbiosis model covering the complexity of the diverse and ubiquitous relation, and we propose to analyze the syntrophic metabolism as a common feature to all symbiosis. We apply an evolutionary approach to study molecular and cellular mechanisms, and we demonstrate the reciprocal dependency of symbiotic partners determining an obligatory symbiosis. The microbiota composed of symbiotic bacterial communities is an evolutionary homeostatic organ, functionally integrated in its host organism. Symbiotic bacteria are homeostatic agents that allow host organisms to adapt to fluctuations in environmental conditions. This homeostatic function enables the reciprocal scaffolding between symbiotic partners, resulting in a holobiont characterized by a hybrid reproduction and an extended inheritance. The analysis of bacterial symbiosis in human gut demonstrates the partner’s coevolutionary and codevelopmental interaction and determines the extension of the reciprocal metabolic scaffolding to a cognitive scaffolding based on immune and neurological systems in higher organisms. We demonstrate the entanglement of metabolism and information, and propose an informational perspective to define the symbiosis. This establishes an informational organization of the holobiont through the exchange of significant information between the host and its microbiota.