Les chercheurs ont utilisé le mouton mérinos comme modèle animal, collectant systématiquement des échantillons de leur microbiote intestinal et ruminal, des métabolites plasmatiques et des données phénotypiques comportementales neurocognitives. Sur la base des données de séquençage métagénomique provenant d'échantillons fécaux et ruminaux, les auteurs ont reconstruit 5 253 génomes assemblés métagénomiques (MAG) au niveau de l'espèce, dont 3 548 nouveaux génomes non signalés auparavant, élargissant considérablement les ressources génomiques microbiennes du tube digestif des ruminants.
Sur la base de cette base de données, l'étude a caractérisé environ 140 millions de sites de variation mononucléotidique (SNV) provenant de 790 espèces. En associant les distances évolutives phylogénétiques des 790 espèces à 21 phénotypes de traits neurocomportementaux, l'étude a révélé que les hôtes hébergeant différentes souches potentielles au sein de la même espèce présentaient des différences neurocomportementales.
Par la suite, en effectuant une analyse d’association entre les SNV microbiens et les métabolites du plasma hôte, l’étude a identifié 34 associations significatives entre les SNV et les métabolites, principalement enrichis dans les phyla Firmicutes et Bacteroidetes, dont beaucoup sont de nouvelles espèces potentielles. Les métabolites associés aux SNV microbiens sont principalement liés à des processus physiologiques clés tels que la régulation neuroactive et le stress oxydatif. Les auteurs ont ensuite intégré les associations entre les SNV microbiens, les métabolites et les phénotypes, identifiant 5 métabolites significativement associés à des SNV spécifiques et à un comportement exploratoire. Par exemple, à la position 828 dans le bam gène de Phocaeicola nouveau416la base cytosine était significativement différente de la base thymine dans les taux plasmatiques d'acide 4-anisique, et l'acide 4-anisique présentait la corrélation la plus forte avec la durée exploratoire du mouton. Cette mutation peut modifier la structure des protéines, affectant la biosynthèse du facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF), régulant ainsi le comportement exploratoire de l'hôte.
Cette étude suggère que les SNV génomiques microbiennes pourraient être des facteurs importants des différences phénotypiques de l'hôte, révélant que la variation génétique microbienne peut influencer le comportement neurocognitif de l'hôte en régulant le métabolisme de l'hôte. Cette découverte élargit notre compréhension de l’axe « microbiome-métabolisme-cerveau » et fournit une base théorique pour le développement d’interventions ciblées ciblant le microbiome intestinal.
