Les bactéries intestinales agissent en communauté pour influencer les capacités cognitives des abeilles

Le microbiote, pas seulement un acteur de la digestion

Longtemps considéré principalement comme un acteur de la digestion, le microbiote intestinal apparaît aujourd’hui comme un partenaire essentiel de nombreuses fonctions biologiques. Ces milliards de microorganismes qui vivent dans l’intestin participent notamment au fonctionnement du système immunitaire, au métabolisme et, plus récemment, sont apparus comme des acteurs potentiels du fonctionnement cérébral.

Chez plusieurs espèces animales, des études ont déjà montré que le microbiote peut influencer le comportement, la réponse au stress, l’humeur ou encore certaines capacités cognitives.

Mais une question centrale restait ouverte : ces effets sont-ils dus à quelques bactéries particulières ou résultent-ils des interactions entre l’ensemble des microbes qui composent le microbiote ?

L’abeille, un bon modèle pour étudier le rôle du microbiote sur les fonctions cognitives

Pour répondre à cette question, des scientifiques se sont tournés vers un modèle original : l’abeille domestique (Apis mellifera). Malgré la petite taille de son cerveau, l’abeille possède des capacités d’apprentissage et de mémoire remarquables, étudiées depuis des décennies. 

Son microbiote intestinal est relativement simple comparé à celui des mammifères, ce qui permet de manipuler expérimentalement sa composition avec précision. Ce modèle offre ainsi une occasion unique d’étudier les liens entre microbiote et cognition dans des conditions contrôlées.

Les scientifiques ont élevé des abeilles dans des conditions stériles avant de leur inoculer différentes combinaisons de bactéries intestinales : soit l’ensemble des principales bactéries naturellement présentes chez l’abeille, soit des communautés incomplètes, soit certaines bactéries isolées. Ils ont ensuite évalué les capacités d’apprentissage et de mémoire des insectes grâce à des tests de discrimination d’odeurs.

Une communauté bactérienne complète nécessaire à des performances cognitives optimales

Les résultats, publiés dans la revue Proceeding of National Academy of Sciences,  montrent que les bénéfices cognitifs n’apparaissent que lorsque les abeilles possèdent une communauté microbienne complète. Ni les bactéries prises individuellement, ni les microbiotes partiels ne permettent de reproduire les performances observées avec le microbiote entier. Ces observations suggèrent que les interactions entre microorganismes jouent un rôle déterminant dans les effets du microbiote sur le cerveau. L’étude apporte ainsi une vision différente du microbiote : ses propriétés ne seraient pas simplement la somme des actions de chaque bactérie, mais résulteraient d’un fonctionnement collectif de l’écosystème intestinal.

Le tryptophane, une voie de communication entre intestin et cerveau

Afin de comprendre les mécanismes biologiques impliqués, les scientifiques ont également analysé les molécules produites dans l’intestin des abeilles et ainsi mis en évidence plusieurs voies métaboliques associées aux capacités cognitives, dont le métabolisme du tryptophane. Déjà identifié chez de nombreuses espèces, y compris l’humain, ce mécanisme est de nouveau mis en lumière comme une voie majeure de communication entre le microbiote intestinal et le cerveau.

Fait marquant : ces signatures métaboliques n’étaient observées qu’en présence d’une communauté microbienne complète. Là encore, l’effet semble dépendre des interactions entre les différentes bactéries plutôt que de l’action d’une espèce isolée.Au-delà du modèle de l’abeille, ces travaux renforcent une vision “systémique” du microbiote et ouvrent de nouvelles perspectives pour comprendre comment les microorganismes influencent le développement et le fonctionnement du cerveau. À plus long terme, ils pourraient contribuer à la conception de stratégies thérapeutiques fondées sur le microbiome pour agir sur la santé de ces pollinisateurs essentiels, mais également sur les troubles cognitifs et neurodéveloppementaux chez l’humain.

Figure : Etude de l’axe microbiote-intestin-cerveau chez l’abeille domestique. A. Des nymphes d’abeilles mellifères ont été extraites de leur alvéole et placées dans un environnement de laboratoire stérilisé. Trois jours plus tard, les abeilles nouveau-nées dépourvues de microbiote (MD, microbiota-deprived) ont été nourries avec une solution de souches bactériennes. Ces abeilles ont été maintenues par groupe dans des cages séparées jusqu’au test cognitif, qui consistait en un conditionnement pavlovien de la réponse d’extension du proboscis (PER; flèche noire). B. Deux expériences différentes ont été réalisées. Dans l’expérience 1, les abeilles MD ont été comparées à des abeilles colonisées soit avec le microbiote complet BeeCom, soit avec des genres bactériens individuels. Dans l’expérience 2, les abeilles MD ont été comparées à des abeilles colonisées soit avec le BeeCom complet, soit avec un BeeCom appauvri d’un genre bactérien à la fois. Le BeeCom est constitué de 11 souches appartenant aux principaux genres du microbiote intestinal des abeilles : Gilliamella (Gi), Snodgrassella (Sn), Bombilactobacillus (Bo), Lactobacillus (La) et Bifidobacterium (Bi). C. Lors du conditionnement olfactif de la réponse PER, les abeilles ont été entraînées à discriminer une odeur récompensée (CS+) d’une odeur non récompensée (CS-) au cours de 5 présentations de chaque stimulus. La récompense consistait en une solution de sucrose (US). La mémoire à court terme a été évaluée 15 minutes après le conditionnement. D. Les échantillons intestinaux de l’expérience 2 ont été soumis à une analyse métabolomique basée sur la GC-MS afin d’évaluer les modifications des profils de métabolites intestinaux entre les différents traitements et de corréler ces changements avec les performances cognitives des abeilles individuelles.

En savoir plus : A. Cabirol, A. Quinn, J. Schafer, N. Neuschwander, L. Kesner, J. Liberti, & P. Engel. A defined community of core gut microbiota members promotes cognitive performance in honey bees, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (21) e2608600123, https://doi.org/10.1073/pnas.2608600123 (2026).