Isabelle Rahioui, Hubert Charles, Hugo Gervais, Nicolas Parisot, Jessika Consuegra, Federica Calevro, Patrice Baa-Puyoulet, Théodore Grenier, Pedro da Silva, François Leulier, Houssam Akherraz, Biologie Fonctionnelle, Insectes et Interactions (BF2I), Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Equipe de recherche européenne en algorithmique et biologie formelle et expérimentale (ERABLE), Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Inflammasome NLRP3 – NLRP3 Inflammasome, Centre International de Recherche en Infectiologie - UMR (CIRI), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Fondation pour la Recherche MedicaleFRM DEQ20180339196Scientific Breakthrough Project from Universite de Lyon 'Microbehave' INRA INSA Lyon Fondation pour la Recherche MedicaleSPF20170938612ENS de Lyon, Centre International de Recherche en Infectiologie (CIRI), École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), and Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
The interplay between nutrition and the microbial communities colonizing the gastrointestinal tract (i.e., gut microbiota) determines juvenile growth trajectory. Nutritional deficiencies trigger developmental delays, and an immature gut microbiota is a hallmark of pathologies related to childhood undernutrition. However, how host-associated bacteria modulate the impact of nutrition on juvenile growth remains elusive. Here, using gnotobiotic Drosophila melanogaster larvae independently associated with Acetobacter pomorumWJL (ApWJL) and Lactobacillus plantarumNC8 (LpNC8), 2 model Drosophila-associated bacteria, we performed a large-scale, systematic nutritional screen based on larval growth in 40 different and precisely controlled nutritional environments. We combined these results with genome-based metabolic network reconstruction to define the biosynthetic capacities of Drosophila germ-free (GF) larvae and its 2 bacterial partners. We first established that ApWJL and LpNC8 differentially fulfill the nutritional requirements of the ex-GF larvae and parsed such difference down to individual amino acids, vitamins, other micronutrients, and trace metals. We found that Drosophila-associated bacteria not only fortify the host’s diet with essential nutrients but, in specific instances, functionally compensate for host auxotrophies by either providing a metabolic intermediate or nutrient derivative to the host or by uptaking, concentrating, and delivering contaminant traces of micronutrients. Our systematic work reveals that beyond the molecular dialogue engaged between the host and its bacterial partners, Drosophila and its associated bacteria establish an integrated nutritional network relying on nutrient provision and utilization., A study of gnotobiotic fruit flies shows that the animal is involved in an integrated nutritional network with its facultative commensal bacteria, centered around the utilization and sharing of nutrients.