Dans une récente étude publiée dans la revue Sciences avancées, les chercheurs ont exploré les changements dynamiques des voies respiratoires et du microbiote intestinal chez les patients atteints de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19). Ils ont observé et analysé ces changements au cours de différentes étapes de progression de la maladie chez des patients présentant des sévérités différentielles de la maladie.
Étude : Altérations dynamiques du microbiote des voies respiratoires des patients atteints de COVID-19 et son association avec le microbiote de l’intestin. Crédit d’image : NIAID
Sommaire
Arrière plan
Les changements dynamiques dans les communautés microbiennes des voies respiratoires et de l’intestin des patients atteints de COVID-19 avec différentes gravités de la maladie pourraient servir de biomarqueur non invasif d’invasion d’agents pathogènes dans les poumons ou de dysbiose du microbiome pulmonaire. Ces données pourraient également éclairer le traitement antibiotique des infections bactériennes secondaires pendant le COVID-19.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont recueilli 143 échantillons d’expectorations et 97 échantillons fécaux provenant de patients en unité de soins intensifs (USI), de patients non-USI (nICU) et d’individus en bonne santé. Ils ont recueilli des échantillons d’expectorations aux stades d’admission, de progression et de récupération, tandis que des échantillons fécaux aux stades de progression et de récupération.
Les chercheurs ont calculé l’indice de Shannon pour mesurer la diversité Alpha au sein de chaque échantillon, y compris les mesures de richesse et d’uniformité. Ensuite, ils ont utilisé les méthodes de réduction dimensionnelle de l’analyse des coordonnées principales (PCoA) pour visualiser la diversité bêta différentielle entre les échantillons des voies respiratoires et de l’intestin.
De plus, les chercheurs ont examiné l’abondance relative des genres dans le microbiote des échantillons des voies respiratoires aux stades d’admission, de progression et de récupération pour analyser les changements dynamiques du microbiote des voies respiratoires. Les analyses de régression de modèles linéaires multiples ont facilité l’exploration des différences de composition microbienne des voies respiratoires entre les patients en USI et en USIN à différents stades de progression de la maladie. De même, une analyse de corrélation d’abondance relative a révélé les relations entre les genres microbiens à chaque stade de la maladie.
L’équipe a effectué une analyse de la variance (ANOVA) pour déterminer les relations entre le sexe, l’âge, la gravité de la maladie et les indices cliniques chez les patients en soins intensifs et nICU. De même, ils ont effectué une analyse de corrélation des indices cliniques pour tous les patients. Ils ont également effectué une analyse de redondance séquentielle (RDA) pour les patients COVID-19 en fonction de leur composition sanguine et de leurs facteurs immunitaires. Enfin, l’équipe a étudié les gènes liés à la gravité du COVID-19 à l’aide d’une analyse différentielle des gènes exprimés (DEG) sur les échantillons de patients en soins intensifs et nICU.
Résultats de l’étude
Les patients COVID-19 avaient une abondance relative plus élevée de Streptocoque en phase de récupération, suggérant son association avec la progression de la maladie chez les patients en USI et USIN. Au stade de l’admission, les genres Streptocoque, Atopobium, Actinomyceset Mogibactérie étaient significativement plus faibles chez les patients en soins intensifs, alors que les genres Veillonella, Malassezia, Neisseria, et Candidose étaient plus élevés. Dans les échantillons de l’étape de récupération, les genres Mogibacterium, Prevotella, Atopobium, Gemella, et Bacteroides étaient plus faibles chez les patients en soins intensifs, alors que Candida, Enterococcus, Acinetobacter, Pseudomonas, Lautropia, et Neisseria étaient significativement plus élevés. Globalement, Atopobium a été significativement diminué chez les patients en soins intensifs à tous les stades, alors que Streptocoque et Actinomyces diminué aux stades d’admission et de progression.
Modification des compositions microbiennes des voies respiratoires et de l’intestin chez les patients atteints de COVID-19. A) Aperçu de la conception expérimentale. B) Compositions microbiennes dans les voies respiratoires et l’intestin des patients en soins intensifs (n = 20), des patients nICU (n = 46) et d’une cohorte en bonne santé. C) Comparaison de la diversité alpha entre les voies respiratoires et le microbiote intestinal. D) Comparaison de la diversité alpha entre le microbiote des patients en soins intensifs et nICU dans les voies respiratoires et l’intestin. * p < 0,05, ** p < 0,01, *** p < 0,001. E) Deux premiers axes de PCoA (distance de Bray) pour la diversité bêta des voies respiratoires et du microbiote intestinal. F) Deux premiers axes de PCoA (distance de Bray) pour la diversité bêta du microbiote des patients en soins intensifs et nICU dans les voies respiratoires et l'intestin. Les différences de groupe ont été testées par PERMANOVA par paires. USI : unité de soins intensifs ; nUSI : non-USI ; PCoA : analyse des coordonnées principales ; PERMANOVA : analyse multivariée permutationnelle de la variation ; ligne médiane, médiane ; limites de la boîte, quartiles supérieur et inférieur ; barres d'erreur, IC à 95 %.
Les analyses de régression du modèle linéaire multiple ont confirmé que les différences observées n’étaient pas dues à l’antibiothérapie ou à la corticothérapie administrée aux patients en soins intensifs pendant leur hospitalisation. Au lieu de cela, l’abondance relative réduite des genres Streptocoque et Actinomyces était liée à des changements chez de nombreuses espèces, alors qu’une seule espèce était responsable des changements observés dans l’abondance relative des genres Atopobium, Rothiaet Veillonelle.
Les auteurs ont observé des niveaux significativement plus élevés d’interleukine-6 (IL6) et de cytokines IL10 chez les patients en USI que dans le groupe de patients nUSI, avec une corrélation positive significative avec l’âge des patients. De même, les taux de procalcitonine (PCT) et le nombre de neutrophiles étaient significativement plus élevés chez les patients en soins intensifs. Cependant, ils ont observé une corrélation négative significative entre le nombre de lymphocytes et l’âge des patients dans les deux groupes d’étude.
La composition sanguine RDA a révélé des corrélations significatives entre le nombre de neutrophiles, de lymphocytes et de plaquettes et la composition microbienne des patients COVID-19. De même, le facteur immunitaire RDA a indiqué une corrélation entre l’IL10 et l’interféron gamma (IFN-��) avec la composition microbienne de ces patients.
L’analyse de corrélation de Spearman a montré une corrélation négative entre le nombre de neutrophiles et l’abondance relative de Streptocoque, Actinomyceset Rothia dans le microbiote des voies respiratoires des patients COVID-19. Inversement, l’abondance relative des genres Neisseria positivement corrélé au nombre de neutrophiles. En ce qui concerne la corrélation au niveau des espèces, les auteurs ont observé une corrélation positive significative entre les niveaux de PCT et d’IFN-�� avec les espèces Neisseria allongée, Pseudomonas aeruginosa, Streptococcus gordonii, Streptococcus milleriet Aire de Rothiarespectivement.
Les auteurs ont identifié 914 DEG entre les groupes de patients USI et nUSI. Dans le groupe de patients en soins intensifs, 130 et 784 gènes ont été régulés positivement et négativement, respectivement. L’analyse d’enrichissement de l’ontologie génique (GO) a identifié «l’immunité médiée par les neutrophiles» comme l’un des termes GO les plus enrichis.
Dynamique microbienne des voies respiratoires et de l’intestin au cours de la progression du COVID-19 et leur potentiel diagnostique pour la gravité de la maladie. A) Représentation graphique des principales altérations microbiennes au cours de la progression de la maladie dans les voies respiratoires et l’intestin. Courbes ROC montrant la capacité discriminative entre les patients en soins intensifs (n = 20) et en nICU (n = 46) en utilisant l’abondance relative des voies respiratoires, de l’intestin et des microbiomes combinés voies respiratoires-intestin au niveau du genre B) et de l’espèce D). Les huit principaux genres C) et E) importants en fonction de l’importance de Gini selon des classificateurs forestiers aléatoires basés sur les voies respiratoires, les intestins et les microbiomes combinés des voies respiratoires et de l’intestin. USI : unité de soins intensifs ; nUSI : non-USI ; ROC : caractéristique de fonctionnement du récepteur ; ligne médiane, médiane ; limites de la boîte, quartiles supérieur et inférieur ; barres d’erreur, IC à 95 %.
conclusion
Dans le microbiote respiratoire, Streptocoque, Rothia, et Actinomyces étaient les trois genres les plus abondants chez les individus en bonne santé et les patients COVID-19. Bacteroides étaient le genre le plus abondant dans le microbiote intestinal de la cohorte saine. Son abondance relative, cependant, a diminué de manière significative chez les patients COVID-19. Inversement, l’abondance relative de Entérocoque augmenté considérablement dans les échantillons fécaux des patients COVID-19.
De plus, les auteurs ont observé un indice de Shannon plus élevé pour le microbiote des voies respiratoires. Cependant, les patients en soins intensifs avaient des indices de Shannon significativement inférieurs à ceux des patients en nICU pour les échantillons microbiens des voies respiratoires et de l’intestin, ce qui indique une diversité microbienne globale réduite chez les patients en soins intensifs. De plus, la diversité bêta microbienne était significativement plus élevée dans les voies respiratoires que dans l’intestin.
Dans l’ensemble, les données de l’étude sont inestimables car le classificateur combiné des voies respiratoires et du microbiote intestinal pourrait mieux prédire la gravité du COVID-19. Étant donné que les changements dans le microbiote des voies respiratoires étaient plus prononcés, ces changements pourraient servir de biomarqueur pronostique de la gravité du COVID-19.
