Une équipe de scientifiques basés aux États-Unis a développé une nouvelle communauté bactérienne comprenant 119 espèces microbiennes naturellement présentes dans le corps humain. L’étude est publiée dans la revue Cellule.
Étude : Conception, construction et augmentation in vivo d’un microbiome intestinal complexe. Crédit d’image : Volodimir Zozulinsky/Shutterstock
Sommaire
Arrière plan
Le tractus gastro-intestinal (GI) humain contient une gamme variée de micro-organismes, appelés collectivement le microbiote intestinal. Environ 30 billions de microbes dans le tractus gastro-intestinal jouent un rôle crucial dans la régulation d’une grande variété de fonctions physiologiques, notamment la digestion, le métabolisme, la réponse immunitaire et l’activité neurologique.
Toute altération de la composition et de la diversité microbienne de l’intestin est appelée dysbiose, une condition responsable de l’apparition de nombreuses maladies inflammatoires et infections. Cependant, malgré les progrès des connaissances, on ne sait toujours pas comment et dans quelle mesure le microbiote intestinal est associé à la physiologie et à la physiopathologie humaines.
Dans la présente étude, les scientifiques ont développé et caractérisé une communauté bactérienne synthétique représentant les espèces microbiennes les plus courantes trouvées dans le microbiote intestinal humain endogène.
Développement de la communauté bactérienne
Les scientifiques ont initialement développé une communauté microbienne complexe contenant 104 souches bactériennes. Ils ont analysé les données de séquence métagénomique du Human Microbiome Project pour déterminer les souches bactériennes les plus répandues. Puis, en menant une série d’expériences, ils ont mesuré l’abondance précise de chaque souche bactérienne dans la communauté formée.
Ils ont déterminé les interactions souche-souche et souche-nutriment en perturbant systématiquement la communauté formée et son milieu de croissance. De cette façon, la compétition des nutriments et l’utilisation des nutriments dépendante du mutualisme au sein de la communauté pourraient être comprises. Dans l’ensemble, ils ont identifié des acides aminés «clés» spécifiques qui sont essentiels pour déterminer la composition de la communauté.
Colonisation de souris avec une communauté bactérienne
Dans la partie suivante de l’étude, les scientifiques ont colonisé cette communauté bactérienne chez des souris sans germes pendant quatre semaines et ont déterminé sa stabilité. Ensuite, ils ont défié les souris avec un échantillon fécal humain. Cette étape a été réalisée pour assurer le développement d’une communauté bactérienne plus définie qui représente mieux le microbiote intestinal humain.
Ils ont déterminé la composition de la communauté en analysant des échantillons fécaux prélevés sur les souris. Les résultats ont révélé que la communauté nouvellement formée et plus enrichie contient un total de 119 souches bactériennes, dont 97 provenaient de la communauté initiale et 22 étaient de nouvelles souches.
Colonisation de souris avec une nouvelle communauté bactérienne
Les scientifiques ont d’abord colonisé cette nouvelle communauté chez des souris sans germes et les ont testées avec le même échantillon fécal humain. Ensuite, en analysant des échantillons fécaux dérivés de souris, ils ont observé que la nouvelle communauté est plus enrichie et plus stable à la provocation fécale et que sa résistance à la colonisation par les agents pathogènes est significativement plus élevée que la communauté initiale.
Caractérisation d’une nouvelle communauté bactérienne
Les scientifiques ont mené une série d’expériences sur des souris sans germes colonisées avec l’échantillon fécal humain ou la nouvelle communauté bactérienne. Les résultats ont révélé que la composition de la nouvelle communauté ressemble à celle d’une communauté fécale humaine dans l’intestin de la souris. La nouvelle communauté présentait également un degré élevé de reproductibilité biologique, justifiant son applicabilité en tant que modèle expérimental.
La caractérisation phénotypique de la nouvelle communauté a révélé une densité de colonisation similaire dans l’intestin de la souris en tant que communauté fécale humaine normale. De plus, la nouvelle communauté présentait des phénotypes comparables aux communautés fécales humaines normales en termes de réponses immunitaires et métaboliques.
Résistance à la colonisation contre Escherichia coli
Pour valider davantage l’utilité expérimentale de la nouvelle communauté bactérienne, les scientifiques ont déterminé sa capacité à résister à la colonisation par des agents pathogènes. Ils ont choisi un entérohémorragique E. coli car la colonisation de cette souche bactérienne est connue pour provoquer des infections diarrhéiques potentiellement mortelles, le syndrome hémolytique et urémique, la malnutrition et les maladies inflammatoires de l’intestin.
Ils ont expérimenté en colonisant des souris sans germes avec la nouvelle communauté bactérienne, ou une communauté de 12 membres précédemment étudiée (témoin), ou une communauté fécale humaine inconnue (témoin positif).
Les résultats ont révélé que les nouvelles communautés fécales bactériennes et humaines présentent des niveaux similaires de résistance à la colonisation contre les agents pathogènes. E. coli. En revanche, la communauté de 12 membres n’a pas résisté E. coli colonisation et, par conséquent, a permis des niveaux significativement plus élevés de E. coli croissance.
Une analyse plus approfondie a montré que les Firmicutes, un phylum de bactéries Gram-positives, jouent un rôle vital dans E. coli résistance à la colonisation.
Importance de l’étude
L’étude décrit le développement et la caractérisation d’une communauté bactérienne complexe et définie qui ressemble au microbiote intestinal humain naturel. Cette nouvelle communauté présente une solide résistance à la colonisation contre les pathogènes E. coli.
Comme mentionné par les scientifiques, la nouvelle communauté bactérienne peut être utilisée comme modèle expérimental pour étudier les effets des souches bactériennes intestinales sur la physiologie et la santé de l’hôte.
