Des chercheurs utilisent des outils génomiques et des superordinateurs pour étudier le microbiome intestinal du nourrisson

Depuis 2017, Les chercheurs de l'Université d'Alabama à Birmingham Casey Morrow, Doctorat., et Hyunmin Koo, Doctorat., ont utilisé de puissants outils génomiques et des superordinateurs qui analysent des quantités massives de données génétiques pour identifier des souches individuelles au sein d'une seule espèce du microbiome intestinal.

Cette méthode de « empreintes digitales » du microbiome a permis de montrer les sources maternelles de microbes pour les microbiomes du nourrisson ou du chiot de souris, ainsi que de montrer une persistance extrême des souches microbiennes intestinales chez des jumeaux humains adultes qui vivaient séparés après avoir cohabité pendant des décennies.

Maintenant, Koo et Morrow ont tourné leurs études de stabilité des souches microbiennes sur les nourrissons et les enfants humains, peu après la naissance (environ 6 mois) à 6 ans. En général, ils ont découvert qu'il existait des modèles individualisés de spécificité des souches microbiennes au fur et à mesure que les microbiomes intestinaux du nourrisson se développaient.

L'écosystème microbien de l'intestin du nourrisson commence par des changements à court terme dans la composition microbienne qui finissent par se transformer en une composition microbienne stable, l'objet de la présente étude. Ces interactions stables microbe-hôte sont essentielles pour une digestion efficace des aliments, développement immunitaire sain et résistance à la colonisation par des agents pathogènes.

En général, la communauté microbienne intestinale précoce est dominée par des microbes qui peuvent se nourrir des glucides présents dans le lait maternel ou le lait maternisé, tel que Bifidobacterium adolescentis .

Au fur et à mesure que l'enfant grandit, la transition vers des aliments solides et la croissance physique entraînent des changements dans la structure spatiale de l'intestin, qui contribue à la variation de l'environnement physique et chimique qui offre de nouvelles opportunités de niche écologique pour la croissance de souches microbiennes. Cette transition écosystémique est en corrélation avec l'apparition de Bacteroidetes - tels que Bacteroides vulgatus -- au sein de la structure de la communauté microbienne intestinale."

Casey Morrow, Doctorat., Université de l'Alabama à Birmingham

Les chercheurs de l'UAB ont appliqué leur technique d'empreintes microbiennes à deux ensembles de données de séquençage d'ADN métagénomique, à partir d'études déjà publiées par d'autres, d'échantillons fécaux de nourrissons et de jeunes enfants collectés sous forme de séries chronologiques. La première série de 31 nourrissons a fait l'objet d'un prélèvement d'échantillons peu de temps après la naissance et à 1 2 et 3 ans.

Quatorze de ces enfants ont eu plusieurs traitements antibiotiques, qui peut perturber le microbiome intestinal ; les autres n'avaient pas d'antibiotiques. Le deuxième ensemble de données comprenait neuf nourrissons qui ont été échantillonnés à partir de 6 mois jusqu'à 6 ans; quatre des neuf avaient reçu plusieurs antibiotiques.

Sur les 17 nourrissons du premier ensemble de données qui n'avaient pas reçu d'antibiotiques au cours des trois années suivant la naissance, un profil spécifique aux nourrissons a été observé pour les souches microbiennes stables et instables. Un seul nourrisson n'avait aucune souche stable identifiée sur les 20 espèces bactériennes analysées. Pour les 14 nourrissons qui ont reçu plusieurs doses d'antibiotiques, 10 ont montré un modèle unique de souches transitoires qui sont apparues pendant une courte période après plusieurs traitements antibiotiques.

Pour le deuxième ensemble de données, les chercheurs de l'UAB ont analysé la stabilité des souches microbiennes intestinales Bacteroides vulgatus et Bifidobacterium adolescentis jusqu'à six ans après la naissance. Ils ont trouvé des modèles spécifiques individuels de diverses souches microbiennes dominantes qui étaient indépendantes de l'exposition aux antibiotiques et du mode de naissance.

Surtout, il n'y avait pas de lien évident entre les changements de contrainte dans B. vulgatus et B. adolescentis . Par exemple, un nourrisson ayant reçu plusieurs antibiotiques a présenté un changement limité de B. vulgatus souches comme B. adolescentis les souches ont beaucoup changé, tandis qu'un autre nourrisson ayant reçu plusieurs antibiotiques présentait le schéma inverse de modifications de la souche.

Les chercheurs ont également vu plusieurs exemples de changement de souche microbienne transitoire pendant de courtes périodes, sans traitements antibiotiques, suivi d'un retour à la souche dominante. Bien que la force motrice de ces changements soit inconnue, il y a eu plusieurs cas où un changement de souche complet spécifique au nourrisson pour B. vulgatus et pour B. adolescentis eu lieu. Les métadonnées pour ces nourrissons n'ont montré aucune corrélation évidente de ces changements avec le sexe, pays d'origine, mode d'accouchement ou si le nourrisson allait développer un diabète.

"Les résultats de notre analyse utilisant les deux ensembles de données mettent en évidence que le changement de souche microbienne est inhérent au développement de l'écosystème microbien intestinal du nourrisson, " Koo et Morrow ont dit. " De plus, les résultats de notre étude soutiennent l'utilisation de la méthode de suivi des souches pour surveiller le développement d'une communauté microbienne stable et saine."

Demain, Koo et ses collègues ont utilisé leur outil d'empreintes microbiennes dans des études précédentes de suivi des contraintes. En 2017, ils ont découvert que les microbes des donneurs fécaux - utilisés pour traiter les patients atteints d'infections récurrentes à Clostridium difficile - restaient dans les receveurs pendant des mois ou des années après les greffes fécales.

En 2018, ils ont montré que les changements dans le tractus gastro-intestinal supérieur par la chirurgie de l'obésité ont conduit à l'émergence de nouvelles souches de microbes. En 2019, ils ont analysé la stabilité de nouvelles souches chez des individus après des traitements antibiotiques, et plus tôt cette année, ils ont fait l'étude des jumeaux adultes, qui a montré que les jumeaux partageaient une certaine souche ou des souches entre chaque paire pendant des années, et même des décennies, après avoir commencé à vivre séparés l'un de l'autre.

Cette année aussi, ils ont montré qu'une mosaïque individualisée de souches microbiennes était transmise au microbiome intestinal du nourrisson par une mère accouchant par voie vaginale, tel qu'analysé dans les paires mère-enfant, ainsi que les mères et les petits de souris.

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