Dans une étude récente publiée dans Frontières de l’infection cellulaire et de la microbiologieles chercheurs ont exploré la relation complexe entre le microbiome intestinal des personnes dans différents pays et la gravité observée de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19), mesurée comme le taux d’hospitalisation du pays correspondant.
Sommaire
Arrière plan
La composition du microbiome varie selon l’emplacement géographique, qui est associé à une gamme de maladies et à leur gravité. Ainsi, l’exploration de cette relation au niveau de la population pourrait aider à élucider les différences de gravité du COVID-19 entre différents pays.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont analysé 3 055 échantillons de microbiome intestinal de 12 pays en utilisant une combinaison d’approches conventionnelles et d’apprentissage automatique. L’approche à deux analyses a renforcé les résultats et leur interprétation en élargissant l’analyse linéaire par les méthodes traditionnelles avec l’analyse en haute dimension (HD). L’analyse de l’étude a donc pris en compte les complexités du microbiome au niveau individuel et au niveau de la population.
Les chercheurs ont adopté l’analyse multivariée permutationnelle de la variance (PERMANOVA) pour identifier les principaux taxons au niveau du genre qui diffèrent entre deux groupes de gravité du COVID-19. Ils ont utilisé un outil d’apprentissage automatique non supervisé appelé l’analyse des données topologiques (TDA) pour détecter les effets non linéaires dans les données du microbiome HD de cette étude.
La population étudiée comprenait tous les individus en bonne santé de plus de deux ans, y compris les enfants scolarisés et les adultes. L’équipe a recueilli des données sur l’âge et la catégorie, ces dernières étant obtenues sous forme de métadonnées. De plus, ils ont utilisé des données démographiques au niveau de l’échantillon sur le sexe et l’indice de masse corporelle (IMC).
Les chercheurs ont recueilli des données sur la gravité du COVID-19 à partir de la base de données Our World in Data (OWID), en utilisant les hospitalisations comme métrique reflétant les effets immunomodulateurs hypothétiques du microbiome. Les données de l’étude comprenaient les hospitalisations avant le déploiement du vaccin COVID-19 pour éviter toute confusion potentielle. L’équipe a regroupé les 12 pays en groupes de gravité COVID-19 « élevée » et « faible ». Le premier comprenait le Canada, l’Estonie, la Finlande, le Danemark, les Pays-Bas et les États-Unis, et le second comprenait la France, l’Italie, Israël, la Grande-Bretagne, l’Espagne et la Suède. De plus, les chercheurs ont utilisé des diagrammes à barres pour observer les différences dans l’abondance relative globale du microbiome dans tous les groupes COVID-19. Ils ont effectué une analyse de la diversité bêta pour évaluer les différences liées à la composition du microbiome entre les deux groupes de gravité du COVID-19. De même, ils ont utilisé l’indice de Shannon pour tenir compte de l’abondance et de la régularité des espèces au sein de la population du microbiome (diversité Alpha).
Résultats de l’étude
PERMANOVA a identifié des taxons explicitement associés au COVID-19, tels que Eubactérie rectale et Bifidobacterium, et le genre adolescentis, comme les deux taxons les plus utiles. Zheng et al. ont montré que ces genres bactériens influencent la réponse immunitaire, ce qui explique pourquoi les chercheurs ne les ont pas trouvés chez les patients COVID-19 gravement malades. Ces résultats présentaient également des similitudes et des divergences avec d’autres études au niveau individuel. Conformément à Yeoh et al. étude, les chercheurs ont constaté une augmentation de la population de Bacteroides et une diminution des Actinobactéries chez les patients COVID-19 par rapport aux témoins. D’autre part, contrairement à Wu et al., les auteurs de l’étude actuelle n’ont pas observé de diminution des Firmicutes à mesure que la gravité du COVID-19 augmentait.
De plus, PERMANOVA a identifié Prevotella copri, un phylum Bacteroidetes connu pour faciliter le développement de la polyarthrite rhumatoïde par Alpizar-Rodriguez et al. et Drago en 2019. Une autre petite étude a montré une réduction de Prevotella copri enrichissement parmi les patients COVID-19 et une corrélation positive avec la charge de coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère des voies respiratoires supérieures (SRAS-CoV-2) ; en outre, une prolifération dans la population d’E. coli chez les patients COVID-19, comme PERMANOVA. Pourtant, l’analyse TDA n’a pas montré d’association significative entre ces bactéries et la gravité du COVID-19. Au lieu de cela, TDA a trouvé un enrichissement de Prevotella copri dans la même zone du graphique que le groupe de gravité élevée, bien qu’en dessous du seuil de signification.
De plus, TDA a identifié des bactéries anti-inflammatoires, Eubacterium rectale, Bifidobacterium longumet bifidum, en association avec le groupe bas. Pour d’autres infections respiratoires virales, ces souches bactériennes offrent une foule d’effets bénéfiques en stimulant l’axe intestin-poumon. Cependant, ces deux souches de bifidobactéries sont restées inefficaces dans les résultats cliniques des patients hospitalisés COVID-19 dans un essai contrôlé randomisé par Ivashkin et al.
Ces résultats suggèrent une influence négligeable du microbiome sur la gravité du COVID-19. Cependant, en réalité, le microbiome pourrait être une cible prometteuse pour la prophylaxie COVID-19. Une préimpression récente d’un essai contrôlé randomisé (ECR) mené par Wischmeyer et al. ont montré que les personnes exposées au SRAS-CoV-2 qui consommaient quotidiennement un probiotique à base de Lactobacillus étaient moins susceptibles de développer le COVID-19 ou le développaient plus tard que les témoins. Les espèces de bifidobactéries affectent les cellules dendritiques de la muqueuse intestinale, comme observé dans une étude de López et al., 2011. De plus, elles ont des effets spécifiques sur la différenciation des cellules T. Par exemple, quatre souches de B. bifidum ont des effets inducteurs sur les cellules T helper 17 (Th17). La même étude a mis en évidence que l’interleukine (IL)-6 de la cytokine inductrice Th17 entraîne la tempête de cytokines COVID-19, ce qui, à son tour, suggère que le microbiome est un régulateur de l’axe des cellules T régulatrices (Treg)/Th17, qui est responsable pour protéger contre les agents pathogènes sans induire de réponse auto-immune.
La TDA a offert des performances supérieures aux méthodes d’analyse conventionnelles pour examiner la relation complexe entre le microbiome et la gravité du COVID-19, ce qui a entraîné des incohérences entre les résultats actuels et la littérature précédente. Il a identifié que le genre Collinsella était associé à un indice de masse corporelle (IMC) normal, et Collinsella aérofacis avait un profil pro-inflammatoire et une immunité régulée.
À l’inverse, une autre étude a trouvé une association positive du genre Collinsella avec l’insuline et une corrélation négative avec la consommation de fibres alimentaires. TDA a également suggéré une association avec les facteurs de confusion au niveau individuel et national, y compris la proportion de personnes de plus de 70 ans dans la population, le produit intérieur brut (PIB) et l’indice de développement humain les uns avec les autres, et les trois anti-inflammatoires. bactéries observées dans le groupe de faible gravité de la COVID-19.
conclusion
L’étude actuelle soutient la valeur d’une conception d’association au niveau de la population pour les études examinant la relation microbiome-COVID-19. De plus, ce travail a validé l’utilisation de TDA dans l’identification de nouvelles associations microbiome-maladie. Les futures études devraient viser à étudier les effets directs et indirects de l’alimentation, de la richesse et des performances des soins de santé tout en examinant la relation complexe entre la gravité du COVID-19 et le microbiome intestinal.
