Des chercheurs établissent un lien entre les « signatures génétiques » des bactéries présentes dans l'intestin humain et de multiples maladies

Nous ne sommes vraiment jamais seuls, même pas dans notre propre corps. Les êtres humains abritent des milliards de bactéries, champignons, virus, et d'autres micro-organismes qui composent le microbiome humain. Dans les années récentes, le mélange de ces bactéries résidentes, et la présence d'espèces bactériennes spécifiques, a été liée à des conditions allant de l'obésité à la sclérose en plaques.

Maintenant, aller un peu plus loin, des chercheurs de la Harvard Medical School et du Joslin Diabetes Center sont allés au-delà des espèces microbiennes. Analyser la constitution génétique des bactéries dans l'intestin humain, l'équipe a réussi à relier des groupes de gènes bactériens, ou "signatures génétiques, " à de multiples maladies.

Les travaux rapprochent les scientifiques du développement de tests qui pourraient prédire le risque de maladie ou identifier la présence d'une maladie sur la base d'un échantillonnage de la constitution génétique du microbiome d'une personne.

Les résultats, à paraître le 18 mai dans Communication Nature , lier des ensembles de gènes bactériens à la présence d'une maladie coronarienne, cirrhose du foie, maladie inflammatoire de l'intestin, cancer du colon, et le diabète de type 2. L'analyse indique que trois de ces affections - la maladie coronarienne, maladie inflammatoire de l'intestin, et la cirrhose du foie - partagent bon nombre des mêmes gènes bactériens. En d'autres termes, les personnes dont les intestins hébergent ces gènes bactériens semblent plus susceptibles d'avoir une ou plusieurs de ces trois conditions.

Le travail représente une avancée significative dans la compréhension actuelle de la relation entre les microbes résidant dans l'intestin humain et des maladies spécifiques, dit l'équipe. Si confirmé par d'autres recherches, les résultats pourraient éclairer la conception d'outils qui pourraient évaluer le risque d'une personne pour une gamme de conditions basées sur l'analyse d'un seul échantillon fécal, ils ont ajouté.

Cela ouvre une fenêtre pour le développement de tests utilisant des maladies croisées, indicateurs génétiques de la santé des patients. Nous avons identifié des marqueurs génétiques qui, selon nous, pourraient éventuellement conduire à des tests, ou juste un test, pour identifier les associations avec un certain nombre de conditions médicales.

Braden Tierney, Premier auteur de l'étude et étudiant diplômé, Programme des sciences biologiques et biomédicales, Faculté de médecine de Harvard

Les chercheurs avertissent que leur étude n'a pas été conçue pour élucider exactement comment et pourquoi ces gènes microbiens peuvent être liés à différentes maladies. Jusqu'ici, ils ont dit, il reste difficile de savoir si ces bactéries sont impliquées dans le développement de la maladie ou si elles ne sont que de simples spectateurs dans ce processus.

L'objectif de l'étude était de déterminer si des groupes de gènes pouvaient indiquer de manière fiable la présence de différentes maladies. Ces signatures génétiques microbiennes nouvellement identifiées, cependant, pourrait être étudiée plus avant pour déterminer quel rôle, si seulement, les organismes jouent dans le développement de la maladie.

"Notre étude souligne la valeur de la science des données pour démêler les interactions complexes entre les microbes et les humains, " a déclaré l'auteur principal de l'étude Chirag Patel, professeur agrégé d'informatique biomédicale à l'Institut Blavatnik du HMS.

Les chercheurs ont commencé par collecter des données sur le microbiome de 13 groupes de patients totalisant plus de 2, 500 échantillons. Prochain, ils ont analysé les données pour identifier les liens entre sept maladies et des millions d'espèces microbiennes, voies métaboliques microbiennes, et les gènes microbiens. En essayant diverses approches de modélisation - en calculant un total de 67 millions de modèles statistiques différents - ils ont pu observer quelles caractéristiques du microbiome ont systématiquement émergé comme les candidats les plus forts associés à la maladie.

De toutes les diverses caractéristiques microbiennes - espèces, chemins, et les gènes - les gènes microbiens avaient le plus grand pouvoir prédictif. En d'autres termes, les chercheurs ont dit, groupes de gènes bactériens, ou des signatures génétiques, plutôt que la simple présence de certaines familles bactériennes, étaient liés le plus étroitement à la présence d'une condition donnée.

Certaines des principales observations comprenaient :

Des grappes de gènes bactériens, ou des signatures génétiques, plutôt que des gènes bactériens individuels, semblent impliqués dans divers types de maladies humaines.

Maladie de l'artère coronaire, maladie inflammatoire de l'intestin, et la cirrhose du foie ont des signatures génétiques du microbiome intestinal similaires.

Diabète de type 2, par contre, a une signature microbienne différente de tout autre phénotype testé.

L'analyse n'a pas trouvé de lien cohérent entre la présence de l'espèce bactérienne Solobacterium moorei et le cancer du côlon - une association précédemment rapportée dans de nombreuses études. Cependant, les chercheurs ont identifié des gènes particuliers d'une sous-espèce de S. moorei associée au cancer colorectal. Cette découverte indique que l'analyse au niveau des gènes peut produire des biomarqueurs de la maladie avec une plus grande précision et plus de spécificité par rapport aux approches actuelles.

Patel a déclaré que ce résultat souligne l'idée que ce n'est pas simplement la présence d'une famille bactérienne donnée qui peut présager un risque, mais plutôt les souches et les signatures génétiques des microbes qui comptent. La capacité à identifier les interconnexions avec une telle précision sera essentielle pour concevoir des tests capables de mesurer le risque de manière fiable, il ajouta. Ainsi, dans cet exemple précis, un test destiné à mesurer le risque de cancer du côlon en détectant simplement la présence de S. moorei dans l'intestin peut ne pas être aussi fiable qu'un test plus raffiné qui mesure les gènes bactériens pour détecter la présence de souches spécifiques de S. moorei qui sont associées à cancer du colon.

Deux conditions - inflammation de l'oreille et tumeurs bénignes des tissus mous appelées adénomes - ont montré de faibles associations avec le microbiome intestinal, suggérant que les micro-organismes résidant dans l'intestin humain ne sont pas susceptibles de jouer un rôle dans le développement de ces conditions, ils ne sont pas non plus susceptibles d'être des indicateurs fiables de la présence de ces conditions.

Dans une étude précédente, l'équipe HMS a utilisé des quantités massives de données de séquençage d'ADN accessibles au public provenant de microbiomes buccaux et intestinaux humains pour estimer la taille de l'univers des gènes microbiens dans le corps humain. L'analyse a révélé qu'il pourrait y avoir plus de gènes dans le microbiome humain collectif que d'étoiles dans l'univers observable.

Étant donné le grand nombre de gènes microbiens qui résident dans le corps humain, les nouvelles découvertes représentent une avancée majeure dans la compréhension de la complexité de l'interaction entre les maladies humaines et le microbiome humain, les chercheurs ont dit.

« Le but ultime de la science informatique est de générer des hypothèses à partir d'une énorme quantité de données, " a déclaré Tierney. " Notre travail montre que cela peut être fait et ouvre tellement de nouvelles voies de recherche et d'enquête que nous ne sommes limités que par le temps, personnes, et les ressources nécessaires pour exécuter ces tests."

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