Une nouvelle étude de l'Institut Weizmann a identifié toutes les protéines d'un échantillon de selles – celles du microbiome, du corps humain et de la nourriture – révélant les secrets cachés des intestins et leur impact sur les maladies humaines
Si les organes de notre corps pouvaient parler, les intestins pourraient être ceux qui divulguent les vérités les plus cachées sur notre style de vie et notre santé. En cours de route, leurs «confessions» pourraient fournir des informations cruciales pour la recherche biomédicale et clinique. Les chercheurs de l'Institut des sciences de Weizmann ont maintenant donné ce genre de «voix» à l'intestin. Dans une étude publiée aujourd'hui dans Celluleles scientifiques présentent une méthode qui peut s'identifier simultanément, en testant un échantillon de selles, toutes les protéines de l'intestin – y compris celles de la nourriture, du propre corps de la personne et du microbiome intestinal. La méthode permet ainsi de décoder les interactions entre ces protéines avec une précision et une résolution sans précédent.
Le microbiome était le point de départ de la recherche, co-dirigée par les Drs. Rafael Valdés-Mas, Avner Leshem et Danping Zheng du laboratoire du professeur Eran Elinav, en collaboration avec le Dr Alon Savidor de Nancy et Stephen Grand Israel National Center for Personalized Medicine. « Nous voulions aller au-delà du séquençage de l'ADN, la méthode habituelle d'étude du microbiome », explique Elinav, du département d'immunologie des systèmes de Weizmann. « L'ADN peut nous dire quelles bactéries sont présentes dans l'intestin et pointent vers leur activité potentielle. Les protéines bactériennes, en revanche, peuvent directement révéler si ces bactéries sont actives, quelle activité ils effectuent et comment leur fonction affecte le corps humain en santé et en maladie . «
L'identification des protéines est difficile en raison de leur multitude pure, composée par des similitudes entre les protéines de différentes espèces. Les 20 000 gènes de fabrication de protéines dans le génome humain, par exemple, donnent naissance à des millions de variations de protéines; Les identifier à l'aide de bases de données de protéines existantes peut être compliquée et très longue. La nouvelle méthode de l'Institut Weizmann relève ce défi, en partie en combinant le séquençage de l'ADN et la spectrométrie de masse pour générer une carte protéique plus petite et contenue par un patient.
« Les protéines dans les intestins sont les« mots »qui révélent un jour ce dont nos intestins ont besoin – et comment le fournir »
La méthode, surnommée iPhomed – abréviation de protéo-génomique intégrée de l'hôte, du microbiome et du régime alimentaire – permet de décoder l'intégralité de l'activité du microbiome en montrant quelles protéines dans un échantillon de selles proviennent de quelles souches bactériennes et en quantité. De plus, il identifie les protéines sécrétées par l'intestin humain en réponse aux signaux provenant du microbiome. Ensemble, les protéines de ces deux sources génèrent un atlas de la communication du corps avec le microbiome, par exemple, lors de l'exposition à des bactéries pathogènes ou aux antibiotiques.
Ainsi, en utilisant la méthode, les chercheurs de Weizmann ont découvert que l'intestin humain peut sécréter des dizaines de peptides antimicrobiens précédemment inconnus qui agissent comme des antibiotiques naturels, tuant certaines des bactéries du microbiome et façonnant finalement sa composition. Cette constatation pourrait aider à expliquer pourquoi la composition du microbiome de chaque personne est unique, conduisant à des différences de sensibilité à la maladie.
Plus de tricher sur le régime
Lorsque les chercheurs ont pensé avoir fini de développer la méthode, cela pouvait identifier 97% des protéines dans chaque échantillon de selles, ce qui était un taux élevé, mais l'échec à caractériser systématiquement les 3% restants semblait déroutant. Des recherches supplémentaires ont précisé que celles-ci n'étaient ni dans le microbiome ni dans les tissus corporels: ils provenaient de la nourriture.
Cette révélation a suggéré que la méthode Weizmann pourrait être en mesure de répondre à un besoin désastreux et de longue date de science nutritionnelle, celle de fournir un moyen non invasif de révéler les détails exacts du régime alimentaire d'une personne. Pour relever ce défi, l'équipe a créé une base de données de protéines trouvées dans des centaines de produits alimentaires et a identifié celles uniques à chaque aliment. Ces développements ont permis d'apprendre avec une précision sans précédent, à partir d'échantillons de selles, ce que les gens avaient mangé. Par exemple, lorsqu'il est appliqué aux échantillons prélevés dans deux groupes de volontaires sains, l'un en Allemagne et l'autre en Israël, la méthode a identifié un niveau similaire de consommation de blé dans les deux populations, mais seuls les échantillons allemands avaient de grandes quantités de protéines du porc; En revanche, la plupart des protéines de viande dans les échantillons israéliens proviennent de la volaille.
Dans l'une des expériences menées par l'équipe, les bénévoles ont été invités à consommer un répertoire changeant de produits alimentaires, y compris des arachides, les jours désignés. Non seulement la méthode a déterminé avec précision quand ces aliments ont été consommés, mais il était si sensible qu'il pouvait pointer de la consommation de cinq arachides par jour.
Dans une autre expérience, les chercheurs ont pu suivre avec précision les changements dans l'alimentation des personnes atteintes de maladies gastro-intestinales. Dans un cas, la méthode a correctement identifié un enfant atteint de la maladie cœliaque nouvellement diagnostiquée qui n'avait pas suivi son régime sans gluten prescrit.
« Notre méthode pourrait être utilisée pour dire si quelqu'un garde casher ou si une personne est aussi strictement végétarienne qu'elle se proclame », dit Elinav avec un sourire. « Mais sur une note plus sérieuse, la méthode traditionnelle de suivi du régime alimentaire, auto-évaluation, est notoirement inexacte. Savoir avec plus de précision et détailler ce que les gens mangent, même lorsque leur repas est complexe et composé de plusieurs ingrédients, peut aider à établir qui Parmi les nombreux composants d'un repas sont bénéfiques pour la santé et qui sont problématiques. «
Diagnostic et traitement de la maladie avancé
Pour explorer l'utilisation de leur nouvelle méthode dans le diagnostic et le traitement de la maladie, les scientifiques l'ont appliqué à des échantillons de selles de patients atteints d'une maladie inflammatoire de l'intestin, qui se caractérise par une inflammation intestinale sévère affectée par l'alimentation et le microbiome. L'analyse des échantillons des participants israéliens, allemands et américains a permis de décoder, dans de grands détails moléculaires, les interactions modifiées entre l'intestin humain et le microbiome intestinal qui entraînent les origines de cette maladie. L'étude a conduit à la découverte de dizaines de nouvelles protéines qui pourraient servir de cibles futurs potentiels pour les médicaments afin de traiter cette maladie actuellement sans précurse. Les chercheurs ont également identifié des protéines humaines et bactériennes qui, utilisées ensemble, pourraient être développées en nouveaux biomarqueurs pour diagnostiquer le type de maladie, évaluant sa gravité et suivant ses progrès. Ces nouvelles sondes promettent de surpasser la calprotectine, le seul biomarqueur cliniquement approuvé pour la maladie inflammatoire de l'intestin.
De plus, en utilisant une analyse iPhomed du régime alimentaire des patients, les chercheurs ont pu quantifier la conformité des patients aux thérapies nutritionnelles pour la maladie intestinale intestinale et lier le niveau de leur adhésion à ces régimes à un meilleur contrôle de l'inflammation. De plus, ils ont réussi à appliquer leur méthode non invasive pour détecter la maladie dans l'intestin grêle, le long tube mince qui chez les personnes en bonne santé absorbe la plupart des protéines de la nourriture. Parce que l'intestin grêle est notoirement difficile à visualiser et à accéder, cette maladie n'aurait pas pu être ramassée par des moyens conventionnels.
« Dans l'ensemble, les protéines dans les intestins sont les« mots »qui nous permettra un jour d'entendre exactement ce que nos intestins nous disent et apprennent ainsi à leur donner exactement l'aide dont ils ont besoin », explique Elinav. « Cette capacité aidera les chercheurs à susciter des interventions nutritionnelles et médicales personnalisées pour une grande variété de troubles, en particulier ceux touchés par le microbiome, y compris les maladies inflammatoires, métaboliques, malignes et neurodégénératives. »
Nombres scientifiques
En utilisant les méthodes les plus récentes à haut débit, iPhomed a simultanément identifié jusqu'à 15 268 protéines bactériennes du microbiome, jusqu'à 528 protéines sécrétées par le corps humain et jusqu'à 1 041 protéines de la nourriture.
