La malnutrition est responsable de plus de la moitié de tous les décès chez les enfants de moins de cinq ans dans le monde. Ceux qui survivent peuvent toujours avoir des conséquences permanentes comme les retards cognitifs et développementaux, les performances scolaires altérées, l'instabilité économique et les résultats négatifs sur la santé maternelle. Cet énorme problème de santé publique exige des solutions. Les dernières études indiquent que le microbiome intestinal – les diverses bactéries, virus et autres microbes vivant dans nos intestins – comme un excellent point de départ.
Les chercheurs de l'Institut Salk ont recherché des liens entre la nutrition (une forme de malnutrition), la santé des microbiomes et la croissance de l'enfance dans un groupe de tout-petits du Malawi, une nation africaine avec une incidence particulièrement élevée de retard de croissance des enfants (35%). Ils ont collecté des échantillons fécaux de huit enfants au cours de près d'un an pour identifier les modèles microbiens associés à la croissance des enfants. L'étude a révélé que les enfants dont les génomes microbiens intestinaux ont changé davantage au fil du temps avaient tendance à avoir une croissance moins importante, ce qui suggère que la stabilité du microbiome peut être un signe important de bonne santé intestinale.
Les chercheurs ont également utilisé ce nouvel ensemble de données pour établir le tout premier catalogue de génome microbien pédiatrique pédiatrique. La ressource contient les profils génétiques complets de 986 microbes appelés de manière collective d'un « pangenome » dans les échantillons fécaux. Ce sera une ressource critique de santé publique pour prédire, prévenir et traiter la malnutrition. L'équipe a également créé un nouveau flux de travail pour créer ce catalogue, ce qui permet aux chercheurs de temps et d'argent tout en préservant la précision des données. Leur méthode pourrait être utilisée pour construire des ressources du génome pour d'autres problèmes de santé, surveiller les microbiomes environnementaux et agricoles, suivre la biodiversité et permettre la recherche métagénomique dans des emplacements éloignés.
Les résultats, réalisés en collaboration avec des collègues de la Washington University School of Medicine de St. Louis et de l'Université de Californie San Diego, ont été publiés dans Cellule le 9 septembre 2025.
Malgré une décennie de recherche reliant le microbiome à la malnutrition, les facteurs génétiques et biologiques sont restés un mystère en raison d'un manque de résolution sur les microbes dans l'intestin. En utilisant le séquençage du génome de pointe et les approches pangenomiques dans une conception longitudinale, nous avons pu pour la première fois pour identifier des changements microbiens spécifiques liés à une mauvaise croissance, ouvrant la porte à de nouveaux diagnostics ou thérapeutiques qui pourraient aider à lutter contre une crise ayant un impact sur plus de 150 millions d'enfants dans le monde. «
Todd Michael, auteur de co-corresponding senior, professeur de recherche chez Salk
Sommaire
Ce que nous savons du lien entre la malnutrition et le microbiome
L'une des premières études à établir un lien causal entre le microbiome, le régime alimentaire et la malnutrition sévère a été publiée en 2013. Les chercheurs ont transplanté le microbiote à partir d'enfants gravement mal nourris à des souris, leur ont nourri des régimes de type malawien et ont vu ces souris perdre du poids comme leurs contre-états humains. Ce résultat a tracé une ligne directe de la santé du microbiome à la malnutrition. Un auteur de cet article, Mark Manary, professeur de pédiatrie à Washu Medicine, est un auteur de co-correspondant dans la nouvelle étude SALK.
Dans cette dernière étude, les chercheurs de Salk ont zoomé sur la sous-nutrition, un type de malnutrition qui résulte d'une mauvaise absorption des nutriments en raison de l'incapacité de traiter efficacement les nutriments ou d'un régime nutritif-lackage. Une métrique largement utilisée de la dénutrition est les scores de longueur pour l'âge (LAZ), qui suivent les hauteurs des enfants par rapport aux attentes dérivées de la population pour leur âge et leur sexe.
Un faible Laz indique une croissance insuffisante pour l'âge de l'enfant et un La faible ou l'aggravation du Laz au fil du temps est souvent associée à une inflammation intestinale chronique ou à un dysfonctionnement intestinal environnemental. L'inflammation chronique de l'intestin, a constaté que les scientifiques peuvent résulter de microbes dysfonctionnels altérant la capacité du corps à traiter et à absorber les nutriments.
Entre les preuves que la santé du microbiome et la malnutrition ont directement un impact directement, et la recherche pointant vers des microbes dysfonctionnels comme une cause d'aggravation de la nutrition, l'équipe Salk a eu deux nouveaux objectifs: 1) créer une bibliothèque complète représentant la grande variété variété du microbiote intestinal présent chez les enfants avec une aggravation et une amélioration de la LAZ, et 2) d'évaluer si le contenu génétique des bactéries est prédictif ou associé à la dénutrition.
Établir une nouvelle bibliothèque de microbiome
Les généticiens rassemblent des génomes en utilisant deux types de technologies, appelés séquençage « à lecture courte » et « longue à lecture ». Le séquençage à lecture à lecture abrégée divise l'ADN en de nombreux petits fragments qui mesurent 50 à 300 paires de bases, tandis que le séquençage à lutte longue divise l'ADN en moins de fragments plus grands de 5 000 à 4 000 000 paires de bases. Une fois brisé, le génome peut être réassemblé comme assembler un puzzle. Un puzzle à lecture longue, comme vous pouvez l'imaginer, est beaucoup plus facile à remettre ensemble, complétant un puzzle de 10 pièces plutôt que 1 000 pièces.
Un microbiome intestinal peut avoir des centaines d'espèces ou de souches, comme une seule boîte de puzzle avec de nombreux petits puzzles à l'intérieur. L'utilisation de séquençage à lutte longue signifie ouvrir cette boîte pour trouver 200 puzzles en 10 pièces, plutôt que 200 1 000 pièces. L'équipe Salk a reconstitué des énigmes à lecture longue des échantillons fécaux de huit tout-petits à travers un spectre d'amélioration et d'aggravation des scores Laz.
« L'échantillonnage et la mesure longitudinaux, cinq fois sur 11 mois, ont permis une évaluation unique de la modification intra et entre enfant au fil du temps dans le microbiome et la croissance », a déclaré l'auteur co-senor Kevin Stephenson, professeur adjoint à Washu Medicine. « Ces données peuvent offrir des informations autrement obscurcies dans des analyses transversales simples. »
Avec un séquençage à lutte longue, l'équipe a collecté 50 fois plus de génomes de microbiote complète que ce qui aurait été possible avec le séquençage à lecture courte.
« Cela n'aurait pas été possible avec la technologie à lecture courte », a déclaré le premier auteur Jeremiah Minich, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Michael. « Nous avons trouvé le flux de travail à longue lecture le plus efficace, précis et le plus efficace, appliquée ce flux de travail pour analyser 10 à 20 fois plus d'échantillons humains que quiconque a analysé auparavant, et nous sommes sortis à l'autre bout avec une ressource génomique essentiellement importante pour la nutrition. »
La ressource du génome final contient 986 génomes microbiens complets, dont des dizaines sont entièrement nouveaux. Avec cette bibliothèque complète établie, l'étape suivante consistait à trouver des modèles de microbiote spécifiques à la sous-nutrition.
Ce que l'équipe a trouvé
Les chercheurs ont utilisé de nouveaux outils de comparaison de Pangenome, partiellement développés dans le laboratoire de Michael, pour parcourir rapidement leur nouvelle bibliothèque de microbiote 986. Remarquablement, dans un genre donné (une étape de classification au-dessus des espèces), ils ont trouvé des différences génétiques dans les génomes bactériens entre les enfants ayant une amélioration par rapport à la croissance de l'aggravation dans quatre genres (Bifidobacterium, Megasphaera, Faecalibacterium, et Prevotella).
Mais plus intéressant que ces bactéries spécifiques était une observation de la diversité du génome bactérien au fil du temps.
« Notre analyse a montré que les enfants ayant une amélioration de la croissance avaient des pangenomes microbiens stables au sein des espèces, tandis que ceux qui ont faiblir une croissance avaient des pangenomes microbiens instables », explique Manary. « Il peut alors être possible d'évaluer la santé intestinale et de collecter ces données cruciales de santé publique en mesurant la diversité génétique des microbiomes intestinales. »
Quelle est la prochaine étape pour la recherche sur les microbiomes de malnutrition
L'étude accomplit quatre exploits incroyables à travers la technologie de laboratoire et la santé publique. Premièrement, l'équipe a collecté des échantillons cliniques humains de 10 à 20 fois plus que toute étude précédente sur le terrain. Deuxièmement, ils ont assemblé la première bibliothèque microbienne longitudinale et pédiatrique de nutrition, qui contient 986 génomes de microbiote. Troisièmement, ils ont identifié des bactéries et des gènes spécifiques parmi les espèces liées à la dénutrition et ont trouvé que l'instabilité du génome microbien au fil du temps était associée à une mauvaise croissance des enfants. Et enfin, ils ont optimisé un flux de travail de séquençage à lecture longue qui peut désormais être appliqué dans les disciplines scientifiques.
« Lorsqu'ils sont appliqués dans des laboratoires moléculaires à distance basés sur le terrain, le séquençage du génome et les approches pangenomiques que nous avons développées peuvent fournir des informations en temps réel non seulement sur la surveillance pandémique, la résistance aux antibiotiques et les maladies infectieuses, mais aussi sur la productivité agricole, la surveillance environnementale et la conservation de la biodiversité », explique Michael. « C'est une puissante avancée technologique qui élargit la portée de la génomique et établit une nouvelle norme pour la recherche scientifique dans le domaine. »
Les autres auteurs incluent Nicholas Allsing, Nolan Hartwick, Allen Mamerto et Tiffany Duong de Salk; M. Omar Din, Caitriona Brennan, Lauren Hansen et Rob Knight de UC San Diego; Michael Tisza et Daniel McDonald du Baylor College of Medicine; Kenneth Maleta de l'Université des sciences de la santé de Kamuzu au Malawi; Justin Shaffer de California State University; et Emilly Murray de Salk and Scripps Institution of Oceanography.
Les travaux ont été soutenus par la Fondation Nomi, Tang Genomics Fund, la National Science Foundation et l'agence américaine pour le développement international.
