La technique de séquençage génomique aide à comprendre le microbiote intestinal une cellule à la fois

Une population de micro-organismes vivant dans notre intestin, connu sous le nom de microbiote intestinal, joue un rôle crucial dans le contrôle de notre métabolisme et dans la réduction du risque de maladies telles que l'obésité et le diabète.

Des études ont montré qu'un moyen de favoriser la croissance de ces micro-organismes bénéfiques et de moduler leur composition pour un équilibre sain consiste à ajouter certaines formes de fibres, comme l'inuline, à notre alimentation. Cependant, parmi les dizaines de milliards de micro-organismes du microbiote intestinal, il a été difficile de déterminer quels micro-organismes réagissent aux fibres alimentaires et comment. En effet, les techniques actuelles reposent sur la disponibilité de génomes de référence dans les bases de données de séquences d'ADN pour une classification taxonomique précise et des affectations fonctionnelles précises d'organismes spécifiques, mais en réalité, on estime que la moitié des espèces intestinales humaines n'ont pas de génome de référence. En outre, les techniques existantes nécessitent des heures voire des jours pour accomplir la tâche.

Pour résoudre ce problème, Les scientifiques de l'Université Waseda ont mis au point une nouvelle technique appelée plate-forme de séquençage de billes de gel (SAG-gel) pour les génomes amplifiés à cellule unique, qui peut fournir plusieurs ébauches de génomes du microbiote intestinal à la fois et identifier les bactéries qui répondent aux fibres alimentaires au niveau de l'espèce sans avoir besoin de génomes de référence existants. Quoi de plus, l'avantage de cette technique est qu'il ne faut que 10 minutes pour obtenir des ébauches de génomes à partir de données brutes de séquençage du génome entier puisque chaque donnée est purement dérivée de microbes individuels. Cela accélère considérablement le temps nécessaire au processus.

Notre nouveau, la technique de séquençage du génome monocellulaire permet d'obtenir chaque génome bactérien séparément et de caractériser des bactéries non cultivées ayant des fonctions spécifiques dans le microbiote, et cela peut nous aider à estimer les lignées métaboliques impliquées dans la fermentation bactérienne des fibres et les résultats métaboliques dans l'intestin en fonction des fibres ingérées. Il introduit une analyse fonctionnelle améliorée et efficace des bactéries non cultivées dans l'intestin."

Masahito Hosokawa, professeur adjoint à la Faculté des sciences et de l'ingénierie de l'Université Waseda et auteur correspondant de cette étude

Ce que les scientifiques ont fait, c'est de nourrir les souris avec un régime à base d'inuline pendant deux semaines et d'utiliser la technique pour capturer au hasard des cellules bactériennes individuelles trouvées dans les échantillons fécaux des souris dans de minuscules billes de gel. Les cellules bactériennes ont ensuite été traitées individuellement dans les billes de gel flottant dans un tube à essai, et plus de 300 génomes amplifiés unicellulaires (SAG), ou des génomes d'un organisme unicellulaire tel que des bactéries, ont été obtenus par séquençage massivement parallèle. Parce que chaque SAG est composé de dizaines de milliers de lectures en moyenne, il permet un séquençage extrêmement rentable du génome entier des cellules cibles. Après contrôle qualité et classification des SAG, les scientifiques ont déterminé quelles bactéries étaient responsables de la décomposition de l'inuline et de l'extraction de l'énergie.

« D'après nos résultats, le régime riche en inuline a augmenté les activités de la Bactéroïdes espèces à l'intérieur de l'intestin de la souris, " explique Hosokawa. " Aussi, à partir du projet de génomes de nouveaux Bactéroïdes espèce, nous avons découvert le groupe de gènes spécifique pour décomposer l'inuline et la voie métabolique spécifique pour la production d'acides gras à chaîne courte spécifiques, un métabolite produit par le microbiote intestinal. Des découvertes comme celles-ci aideront les scientifiques à l'avenir à prédire la fermentation métabolique des fibres alimentaires sur la base de la présence et de la capacité des répondeurs spécifiques."

Cette technique pourrait être appliquée aux bactéries vivant n'importe où, que ce soit à l'intérieur de l'intestin humain, dans l'océan, ou même dans le sol. Bien qu'il soit nécessaire d'améliorer sa précision car la lecture de la séquence d'ADN pour certaines régions génétiques est jugée difficile, Hosokawa espère que cette technique sera appliquée en médecine et dans l'industrie et qu'elle sera exploitée pour améliorer la santé humaine et animale.

Leurs conclusions ont été publiées dans Microbiome le 23 janvier, 2020.

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