Une approche révolutionnaire pour l'étude du microbiote intestinal
Publié par Adrien le 08/07/2014 à 12:00
Source: CNRS & INRA
Une collaboration internationale au sein du consortium MetaHIT pilotée par l'Inra et impliquant des équipes du CEA, du CNRS et de l'Université d'Evry, a mis au point une nouvelle méthode pour l'analyse du génome global, ou métagénome du microbiote (Le microbiote est une nouvelle dénomination de la microflore.) intestinal (1). Cette méthode permet de réduire considérablement la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une...) d'éléments à analyser tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en délivrant des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) de haute qualité, avec des résultats encore plus précis et plus rapides à obtenir. Les chercheurs ont ainsi pu reconstituer le génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une espèce codé dans son ADN (à l'exception de certains virus dont le génome est porté par des molécules...) complet de 238 bactéries intestinales dont 75% étaient jusqu'alors inconnues. Ces travaux sont publiés le 6 juillet 2014 dans Nature Biotechnology.


Bactérie E. coli - Photo by Eric Erbe, digital colorization by Christopher Pooley, both of USDA, ARS, EMU (L'Emu, ou Emu - Austral Ornithology, est la publication officielle de Birds Australia (anciennement la Royal Australasian Ornithologists Union). La revue publie des articles sur toutes les facettes de la...)

Les recherches menées depuis quelques années sur le microbiote intestinal bouleversent totalement notre vision de l'écosystème digestif humain. En effet, de "simples digesteurs" de nourriture, ces bactéries sont devenues des acteurs majeurs dans la compréhension de certaines maladies telles que l'obésité (L'obésité est l'état d'une personne, ou d'un animal, souffrant d'une hypertrophie de la masse adipeuse, qui se traduit par un excès de...), le diabète de type 2 (Cet article traite du « diabète de type 2 », une forme de diabète sucré. Mais il existe d'autres diabètes : voir la page d'homonymie...), la maladie de Crohn (La maladie de Crohn est une maladie inflammatoire chronique de l'ensemble du tube digestif, suspectée d'être de nature auto-immune.)... Des liens directs importants ont également été démontrés entre ces bactéries et le système immunitaire (Le système immunitaire d'un organisme est un ensemble coordonné d'éléments de reconnaissance et de défense qui discrimine le...), ainsi qu'avec le cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses fonctions du corps, dont la motricité volontaire, et...). Il est estimé que 100 000 milliards de bactéries peuplent l'intestin (L'intestin est la partie du système digestif qui s'étend de la sortie de l'estomac à l'anus. Chez les humains et la plupart des...) de chaque individu (Le Wiktionnaire est un projet de dictionnaire libre et gratuit similaire à Wikipédia (tous deux sont soutenus par la fondation Wikimedia).) (soit 10 à 100 fois plus que le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de cellules dont est constitué le corps humain) et leur diversité est très importante, puisque environ un millier d'espèces bactériennes différentes ont pu être distinguées au sein de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être...) des métagénomes humains analysés. Or, seulement 15% de ces bactéries étant connues (génomes séquencés), l'ensemble des gènes qu'il restait à décrypter était donc immense.

Des chercheurs de l'Inra avec des équipes du CEA (Genoscope), du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) d'Evry et des scientifiques étrangers ont élaboré une nouvelle approche permettant de faciliter grandement l'analyse du métagénome intestinal tout en améliorant la qualité des données obtenues. Pour y parvenir, ils sont partis d'une hypothèse simple:
- pour chacune des centaines d'espèces bactériennes qu'un individu abrite dans son tube digestif l'abondance de tous ses gènes est constante, puisque chaque cellule d'une même espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la systématique. L'espèce est un concept flou dont il existe une...) possède les mêmes gènes
- entre individus, l'abondance relative des différentes espèces varie fortement, entre 10 et 1000 fois, et, bien entendu, l'abondance des gènes que chacune abrite varie d'autant
- en comparant cette abondance de gènes bactériens entre différents individus, il est possible d'affirmer que les gènes dont l'abondance varie similairement appartiennent à une même espèce bactérienne.

L'analyse de 396 échantillons de selles d'individus danois et espagnols a permis de répartir les 3,9 millions de gènes du catalogue dans 7381 groupes de co-abondance de gènes. Environ 10% de ces groupes (741) correspondaient à des espèces bactériennes, appelées espèces métagénomiques (MGS) ; 85% d'entre elles constituaient des espèces bactériennes inconnues (soit ~630 espèces). Les 90% restant correspondaient à des groupes de virus (Un virus est une entité biologique qui nécessite une cellule hôte, dont il utilise les constituants pour se multiplier. Les virus existent sous une forme...) bactériens (848 bactériophages ont été découverts), de plasmides (fragments d'ADN bactériens circulaires) ou encore des gènes qui protègent les bactéries d'attaques virales (connus sous le nom de séquences CRISPR).

Grâce à cette nouvelle approche, les chercheurs ont réussi à reconstituer le génome complet de 238 MGS inconnues, sans culture (La définition que donne l'UNESCO de la culture est la suivante [1] :) préalable de ces bactéries. Vivant sans oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.), dans un environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques...) difficile à caractériser et à reproduire, la plupart des bactéries intestinales ne peuvent pas être cultivées en laboratoire. Or jusqu'à présent, l'analyse du métagénome se basait sur la comparaison entre des gènes détectés dans un échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents domaines :) et des gènes répertoriés dans les catalogues de gènes de bactéries connues et cultivables en laboratoire (soit 15 % des bactéries intestinales), ce qui rendait impossible l'assignation des gènes des bactéries non cultivables.

Les auteurs ont également démontré plus de 800 relations de dépendance au sein des 7381 groupes de co-abondance de gènes, comme c'est le cas par exemple pour les bactériophages nécessitant la présence de bactéries pour survivre. Ces dépendances permettent de mieux comprendre les mécanismes de survie d'un micro-organisme (Les micro-organismes ou microbes sont des organismes vivants microscopiques (invisible à l'œil nu) et qui ne peuvent donc être observés qu'à l'aide d'un microscope.) dans son écosystème. C'est aussi la première fois qu'une analyse permet de révéler les relations entre les différentes entités biologiques du microbiote intestinal, ce qui facilitera leur détection, leur isolement et leur culture, mais aussi la compréhension du fonctionnement global de la population microbienne intestinale.

Cette étude apporte une vision inégalée et très détaillée des communautés microbiennes chez l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme prépubère...). La méthode développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites normales à la courbe.) permet de grandement simplifier l'analyse des gènes du microbiote intestinal: il est désormais possible d'étudier seulement quelques milliers d'éléments génétiques ou centaines d'espèces, au lieu des millions de gènes qui constituent le métagénome. Ceci améliore aussi considérablement la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles...) et la précision des analyses statistiques (La statistique est à la fois une science formelle, une méthode et une technique. Elle comprend la collecte, l'analyse, l'interprétation de données ainsi que la présentation de...).

Notes:

(1) Le microbiote intestinal est l'ensemble des bactéries du tube digestif. Le métagénome correspond à l'ensemble des gènes de ces bactéries.
Page générée en 1.155 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique