Des chercheurs de l'Université Rutgers au Nouveau-Brunswick, ainsi que des collaborateurs internationaux, ont introduit une nouvelle méthode pour identifier l'ensemble crucial de microbes intestinaux que l'on trouve couramment chez l'homme et qui sont essentiels à la santé.
Les chercheurs, dont l'étude a été publiée dans Cellule, a déclaré que cette découverte offre des opportunités innovantes pour une nutrition de précision et des thérapies personnalisées visant à gérer les maladies chroniques associées aux déséquilibres du microbiome intestinal, notamment le diabète, les maladies inflammatoires de l'intestin et le cancer.
Le microbiome central fait référence à un ensemble de microbes présents dans le tube digestif qui jouent un rôle essentiel dans le maintien de fonctions telles que la digestion, la défense immunitaire et la santé mentale. Lorsque le microbiome central est réduit ou perdu, cela peut conduire à une condition connue sous le nom de dysbiose – un déséquilibre entre les microbes bénéfiques et nocifs dans l’intestin. La dysbiose a été associée à de nombreuses maladies chroniques, notamment les maladies inflammatoires de l'intestin, les troubles métaboliques, les troubles neurologiques, les maladies rénales chroniques et certains cancers.
De nombreuses études ont montré que le transfert du microbiote fécal bénéfique d’un côlon sain vers un côlon malade peut atténuer ces conditions, ce qui indique clairement qu’un microbiome central est crucial pour le maintien de notre santé.
La structure essentielle du microbiome central – deux groupes distincts de bactéries, appelés Foundation Guild et Pathobiont Guild – s'engage dans des interactions dynamiques et stables qui sont cruciales pour le soutien de la santé humaine. Utilisant des modèles d’intelligence artificielle, l’approche Two Competing Guilds classe les cas issus de contrôles dans diverses populations, sans être affectés par l’origine ethnique, la géographie ou les types de maladies, et prédit des réponses personnalisées à l’immunothérapie dans quatre maladies différentes.
Le domaine n’est pas encore parvenu à un consensus sur ce qui constitue exactement le microbiome central ou sur la manière d’identifier avec précision ces acteurs microbiens clés.
Les méthodes conventionnelles d’analyse du microbiome définissent souvent le microbiome central à l’aide d’unités taxonomiques communément partagées, telles que l’espèce ou le genre, au sein d’une population humaine. Cependant, ces taxons peuvent avoir une résolution limitée. Par exemple, au sein d’une même espèce, il peut exister des souches à la fois bénéfiques et nuisibles. L'espèce bactérienne intestinale bien connue E. coli comprend pour la plupart des souches bénignes, mais E. coli O157 peut provoquer de graves maladies d'origine alimentaire.
Cette nouvelle étude surmonte ces limites en utilisant des génomes de haute qualité directement assemblés à partir d’ensembles de données de séquençage métagénomique. Chaque génome est étiqueté avec un identifiant unique universel pour suivre son comportement écologique. Cette approche spécifique au génome fournit non seulement une haute résolution pour l'analyse, évitant le mélange du signal avec le bruit, mais inclut également les génomes de nouvelles bactéries inclassables qui ne sont pas limités par des bases de données incomplètes.
Nos recherches identifient les bactéries présentes dans l'intestin qui restent connectées, quels que soient les défis auxquels le corps est confronté, comme les changements alimentaires ou la maladie. En nous concentrant sur ces bactéries résilientes et interconnectées, nous avons développé une nouvelle méthode pour identifier les microbes les plus essentiels au maintien de notre santé. »
Liping Zhao, titulaire de la chaire Eveleigh-Fenton de microbiologie appliquée et professeur au département de biochimie et de microbiologie de la Rutgers School of Environmental and Biological Sciences
Cette approche a conduit à l’identification de deux groupes distincts et opposés de bactéries intestinales essentielles : la bénéfique Foundation Guild et la nécessaire mais potentiellement dangereuse Pathobiont Guild.
La Foundation Guild est cruciale pour structurer et stabiliser l’ensemble du microbiome intestinal. Ces bactéries décomposent les fibres alimentaires et produisent des acides gras à chaîne courte (AGCC) tels que le butyrate, qui sont essentiels à la santé intestinale en soutenant la barrière intestinale, en réduisant l'inflammation et en servant de source d'énergie aux cellules du côlon. Les SCFA sont également essentiels pour supprimer les bactéries nocives.
En revanche, la Pathobiont Guild, bien que nécessaire en petites quantités pour l'éducation immunitaire et la vigilance, peut favoriser la progression de la maladie lorsqu'elle devient écologiquement dominante.
L’équilibre en dents de scie entre ces deux guildes est crucial. Lorsque la Guilde de la Fondation domine, la santé intestinale est préservée. Cependant, lorsque la balance penche en faveur de la Guilde Pathobionte, une dysbiose se produit, conduisant potentiellement à une inflammation pouvant aggraver diverses maladies chroniques.
« Notre modèle nous aide non seulement à identifier ces guildes bactériennes principales, mais montre également comment elles peuvent être nourries pour maintenir leur domination », a déclaré Zhao. « Cela ouvre de nouvelles possibilités de nutrition personnalisée et de thérapies ciblées capables de rétablir l'équilibre du microbiome intestinal. »
En ciblant les gènes de dégradation des fibres de la Foundation Guild, des recommandations alimentaires personnalisées peuvent être formulées pour soutenir la domination écologique de ces microbes clés.
Le modèle Two Competing Guilds fournit à la fois une nouvelle méthode et une nouvelle norme pour identifier les membres du microbiome central. En exigeant que les membres du microbiome central ne soient pas seulement partagés au sein d'une population, mais connectés de manière stable malgré des changements spectaculaires dans leur environnement, le modèle établit une nouvelle référence pour la recherche sur le microbiome, selon Zhao.
Zhao et son équipe prévoient de mener une série d'essais pour affiner davantage les thérapies personnalisées visant à restaurer et à maintenir la domination écologique de la Guilde de la Fondation chez les patients atteints de dysbiose sévère. En appliquant le modèle Two Competing Guilds en milieu clinique, ils visent à traduire leurs recherches en traitements pratiques qui peuvent améliorer considérablement les résultats pour les patients dans des conditions auparavant considérées comme irréversibles.
Cette recherche était le fruit d’un effort collaboratif impliquant des experts de Rutgers, de l’Université Jiao Tong de Shanghai, de la faculté de médecine de l’Université Tufts et d’autres institutions. L'Institut du New Jersey pour l'alimentation, la nutrition et la santé à Rutgers, l'Institut canadien de recherches avancées (CIFAR), Notitia Biotechnologies Company et le Eveleigh-Fenton Endowed Chair Fund ont contribué financièrement à l'étude.