Le microbiote intestinal façonne directement la composition du système immunitaire humain, selon une étude

Les chercheurs de MSK ont découvert une découverte importante sur la relation entre le microbiote et le système immunitaire, montrant pour la première fois que la concentration de différents types de cellules immunitaires dans le sang change en fonction de la présence de différentes souches bactériennes dans l’intestin.

Ces dernières années, le microbiote – la communauté des bactéries et autres micro-organismes qui vivent sur et dans le corps humain – a attiré l’attention des scientifiques et du public, en partie parce qu’il est devenu plus facile à étudier. Il a été lié à de nombreux aspects de la santé humaine.

Une équipe multidisciplinaire du Memorial Sloan Kettering a montré pour la première fois que le microbiote intestinal façonne directement la composition du système immunitaire humain.

Plus précisément, leurs recherches ont démontré que la concentration de différents types de cellules immunitaires dans le sang changeait en fonction de la présence de différentes souches bactériennes dans l’intestin.

Les résultats de leur étude, qui a utilisé plus de dix ans de données collectées auprès de plus de 2000 patients, seront publiés le 25 novembre 2020 dans La nature.

«La communauté scientifique avait déjà accepté l’idée que le microbiote intestinal était important pour la santé du système immunitaire humain, mais les données qu’ils utilisaient pour faire cette hypothèse provenaient d’études animales», déclare Joao Xavier, biologiste des systèmes de l’Institut Sloan Kettering, co- auteur principal de l’article avec son ancien post-doctorant Jonas Schluter, qui est maintenant professeur adjoint à NYU Langone Health. «Chez MSK, nous avons une opportunité remarquable de suivre l’évolution de la composition du microbiote chez les personnes traitées pour des cancers du sang», ajoute le Dr Xavier.

Un système unique pour étudier les changements du corps

Les données utilisées dans l’étude provenaient de personnes recevant des greffes allogéniques de cellules souches et de moelle osseuse (BMT). Après avoir utilisé une chimiothérapie ou une radiothérapie pour détruire les cellules sanguines cancéreuses, le système hématogène du patient est remplacé par des cellules souches d’un donneur.

Pendant les premières semaines jusqu’à ce que les cellules sanguines du donneur – y compris les globules blancs qui composent le système immunitaire – se soient établies, les patients sont extrêmement vulnérables aux infections. Pour les protéger pendant cette période, les patients reçoivent des antibiotiques.

Mais beaucoup de ces antibiotiques ont pour effet secondaire indésirable de détruire le microbiote sain qui vit dans l’intestin, permettant à des souches dangereuses de prendre le dessus. Lorsque le système immunitaire du patient s’est reconstitué, les antibiotiques sont interrompus et le microbiote intestinal recommence lentement à se développer.

«Les récupérations parallèles du système immunitaire et du microbiote, tous deux endommagés puis restaurés, nous donnent une occasion unique d’analyser les associations entre ces deux systèmes», déclare le Dr Schluter.

Un effort de plusieurs années pour trouver des réponses

Depuis plus de dix ans, les membres du service BMT de MSK ont régulièrement collecté et analysé des échantillons de sang et de matières fécales de patients tout au long du processus BMT. L’ADN bactérien a été traité par le personnel du Centre Lucille Castori de MSK pour les microbes, l’inflammation et le cancer, qui a joué un rôle clé dans la création de l’ensemble de données sur le microbiote massif.

Notre étude montre que nous pouvons apprendre beaucoup des selles – des échantillons biologiques qui seraient littéralement jetés dans les toilettes. Le résultat de leur collecte est que nous avons un ensemble de données unique avec des milliers de points de données que nous pouvons utiliser pour poser des questions sur la dynamique de cette relation. « 

Joao Xavier, co-auteur principal de l’étude et biologiste des systèmes, Sloan Kettering Institute

Cet effort plus large a été dirigé par Marcel van den Brink, chef de la division des cancers hématologiques, et une équipe de spécialistes des maladies infectieuses, de médecins BMT et de scientifiques. «Pour un bon nombre de patients, nous avons prélevé des échantillons quotidiens afin de vraiment voir ce qui se passait au jour le jour», explique le Dr van den Brink. « Les changements dans le microbiote sont rapides et dramatiques, et il n’y a presque aucun autre cadre dans lequel vous pourriez les voir. »

Des recherches antérieures utilisant des échantillons prélevés dans le cadre de ce travail ont examiné comment le microbiote intestinal affecte la santé des patients pendant le processus BMT.

Une étude publiée en février 2020 a rapporté qu’une plus grande diversité d’espèces dans le microbiote intestinal est associée à un risque plus faible de décès après une BMT.

Il a également constaté que le fait d’avoir une moindre diversité de microbiote avant la greffe entraînait une incidence plus élevée de maladie du greffon contre l’hôte, une complication potentiellement mortelle dans laquelle les cellules immunitaires du donneur attaquent les tissus sains.

De nouveaux indices sur une relation compliquée

La banque de données créée par l’équipe MSK contient des détails sur les types de microbes qui vivent dans les intestins des patients à différents moments. L’équipe de calcul, y compris les Drs. Schluter et Xavier ont ensuite utilisé des algorithmes d’apprentissage automatique pour extraire les dossiers de santé électroniques des données significatives.

Les données des dossiers de santé comprenaient les types de cellules immunitaires présentes dans le sang, des informations sur les médicaments administrés aux patients et les effets secondaires ressentis par les patients. «Cette recherche pourrait éventuellement suggérer des moyens de rendre les BMT plus sûrs en régulant plus étroitement le microbiote», explique le Dr van den Brink.

Analyser autant de données était une entreprise énorme. Le Dr Schluter, qui était à l’époque stagiaire postdoctoral dans le laboratoire du Dr Xavier, a développé de nouvelles techniques statistiques à cet effet.

«Parce que les expériences avec des personnes sont souvent impossibles, nous nous retrouvons avec ce que nous pouvons observer», explique le Dr Schluter. «Mais parce que nous avons tant de données collectées sur une période de temps où le système immunitaire des patients ainsi que le microbiome change radicalement, nous pouvons commencer à voir des modèles. Cela nous donne un bon début pour comprendre les forces sur lesquelles le microbiote exerce la reconstruction du système immunitaire. « 

«Le but de cette étude n’était pas de dire si certains types de microbes sont« bons »ou« mauvais »pour le système immunitaire», explique le Dr Xavier, ajoutant que cela fera l’objet de recherches futures. « C’est une relation compliquée. Les sous-types de cellules immunitaires que nous voudrions augmenter ou diminuer varient d’un jour à l’autre, en fonction de ce qui se passe dans le corps. Ce qui est important, c’est que nous avons maintenant un moyen d’étudier cet écosystème complexe. « 

Les chercheurs disent qu’ils prévoient également d’appliquer leurs données à l’étude du système immunitaire chez les patients recevant d’autres traitements contre le cancer.