La «matière noire microbienne» peut affecter le taux de cholestérol chez l'homme

Revu par Emily Henderson, B.Sc.17 juin 2020

Dans les parties les plus sombres du monde où la lumière ne parvient pas à bloquer la générosité insondable des étoiles, levez les yeux. Il y a encore moins de taches illuminant l'univers qu'il n'y a de bactéries dans le monde, cachées à la vue, un univers entier à l'intérieur d'un seul intestin humain.

De nombreuses espèces sont connues, comme E. coli, mais beaucoup d'autres, parfois appelés «matière noire microbienne», restent insaisissables.

Nous savons qu'il est là, en raison de la façon dont il affecte les choses autour de lui. « 

Doug Kenny, Ph.D. candidat à la Graduate School of Arts and Sciences

Kenny est co-premier auteur d'une nouvelle étude Hôte cellulaire et microbe qui illumine un peu de cette matière noire microbienne: une espèce de bactérie intestinale qui peut affecter le taux de cholestérol chez l'homme.

« Le métabolisme du cholestérol par ces microbes peut jouer un rôle important dans la réduction des concentrations de cholestérol dans le sang intestinal et sanguin, affectant directement la santé humaine », a déclaré Emily Balskus, professeur de chimie et de biologie chimique à l'Université de Harvard et coauteur principal avec Ramnik Xavier , membre principal du Broad, codirecteur du Center for Informatics and Therapeutics du MIT et chercheur au Massachusetts General Hospital. Les bactéries récemment découvertes pourraient un jour aider les gens à gérer leur taux de cholestérol grâce à un régime alimentaire, des probiotiques ou de nouveaux traitements basés sur des microbiomes individuels.

Selon les Centers for Disease Control and Prevention (CDC), en 2016, plus de 12% des adultes de 20 ans et plus aux États-Unis avaient un taux de cholestérol élevé, un facteur de risque pour la première cause de décès au pays: les maladies cardiaques. Seulement la moitié de ce groupe prend des médicaments comme les statines pour gérer leur taux de cholestérol; Bien que ces médicaments soient un outil précieux, ils ne fonctionnent pas pour tous les patients et, bien que rares, ils peuvent avoir des effets secondaires.

« Nous ne cherchons pas la solution miracle pour résoudre les maladies cardiovasculaires », a déclaré Kenny, « mais il y a cet autre organe, le microbiome, un autre système en jeu qui pourrait réguler le taux de cholestérol auquel nous n'avons pas encore pensé. »

La lagune d'épuration des porcs

Depuis la fin des années 1800, les scientifiques savaient que quelque chose se passait dans le cholestérol dans l'intestin. Au fil des décennies, le travail s'est rapproché d'une réponse. Une étude a même trouvé des preuves de bactéries consommant du cholestérol vivant dans une lagune de porc. Mais ces microbes préféraient vivre chez les porcs, pas chez les humains.

Les études antérieures sont comme un fichier d'indices (un laboratoire de 1977 a même isolé le microbe révélateur mais les échantillons ont été perdus). Un indice énorme est le coprostanol, le sous-produit du métabolisme du cholestérol dans l'intestin. « Parce que le microbe du lagon des eaux usées de porc a également formé du coprostanol », a déclaré Balskus, « nous avons décidé d'identifier les gènes responsables de cette activité, en espérant que nous pourrions trouver des gènes similaires dans l'intestin humain. »

Pendant ce temps, Damian Plichta, scientifique en informatique au Broad Institute et co-premier auteur avec Kenny, a cherché des indices dans des ensembles de données humaines. Des centaines d'espèces de bactéries, de virus et de champignons qui vivent dans l'intestin humain doivent encore être isolées et décrites, a-t-il déclaré. Mais la soi-disant métagénomique peut aider les chercheurs à contourner une étape: au lieu de localiser d'abord une espèce de bactérie, puis de déterminer ce qu'elle peut faire, ils peuvent analyser la richesse du matériel génétique trouvé dans les microbiomes humains afin de déterminer quelles capacités ces gènes codent.

Plichta a recoupé les données du génome du microbiome massif avec des échantillons de selles humaines pour trouver quels gènes correspondaient à des niveaux élevés de coprostanol. « À partir de cette quantité massive de corrélations », a-t-il dit, « nous avons zoomé sur quelques gènes potentiellement intéressants que nous pourrions ensuite suivre. » Pendant ce temps, après que Balskus et Kenny ont séquencé tout le génome de la bactérie porcine consommatrice de cholestérol, ils ont extrait les données et découvert des gènes similaires: un signal qu'ils se rapprochaient.

La connexion humaine

Kenny a ensuite resserré sa recherche. En laboratoire, il a inséré chaque gène potentiel dans des bactéries et a testé des enzymes capables de décomposer le cholestérol en coprostanol. Finalement, il a trouvé le meilleur candidat, que l'équipe a nommé le gène du métabolisme stéroïde intestinal A (IsmA).

« Nous pourrions désormais corréler la présence ou l'absence de bactéries potentielles qui ont ces enzymes avec les taux de cholestérol sanguin collectés auprès des mêmes individus », a expliqué Xavier. À l'aide d'ensembles de données sur le microbiome humain provenant de Chine, des Pays-Bas et des États-Unis, ils ont découvert que les personnes porteuses du gène IsmA dans leur microbiome avaient 55 à 75% de cholestérol en moins dans leurs selles que celles qui n'en avaient pas.

« Ceux qui ont cette activité enzymatique ont essentiellement un taux de cholestérol inférieur », a déclaré Xavier.

Cette découverte, a expliqué Xavier, pourrait conduire à de nouvelles thérapies – comme un «cocktail biotique» ou une administration directe d'enzymes dans l'intestin – pour aider les gens à gérer leur taux de cholestérol sanguin. Mais il y a beaucoup de travail à faire en premier: l'équipe a peut-être identifié l'enzyme cruciale, mais elle doit encore isoler le microbe responsable. Ils doivent prouver non seulement la corrélation mais la causalité – que le microbe et son enzyme sont directement responsables de l'abaissement du cholestérol chez l'homme. Et, ils doivent analyser l'effet du coprostanol, le sous-produit de la réaction, sur la santé humaine.

« Cela ne signifie pas que nous aurons des réponses demain, mais nous avons un aperçu de la façon de procéder », a déclaré Xavier.