Un nouvel outil enregistre et suit la croissance du microbiome

Au cours des dernières années, le microbiome humain a acquis une immense popularité en raison de son rôle dans le façonnement de la santé. Il est essentiel pour le développement humain, nutrition, et l'immunité. C'est pourquoi de nombreuses études se sont concentrées sur la façon d'améliorer sa santé en ciblant ou en améliorant le microbiome.

Flore normale de l'intestin grêle - Crédit d'illustration :Kateryna Kon/Shutterstock

Les bactéries vivant chez l'homme ne sont pas des envahisseurs mais des colonisateurs bénéfiques. Ils offrent un large éventail de bienfaits pour la santé. Toute altération de l'équilibre de ces espèces a été liée à des maladies auto-immunes comme la polyarthrite rhumatoïde, sclérose en plaque, Diabète, fibromyalgie, et la dystrophie musculaire.

De nombreuses études ont porté sur le microbiome, mais une partie de son étude qui rend difficile l'observation est la façon dont la flore change au fil du temps en réponse à différents stimuli. Actuellement, la plupart des scientifiques étudient le microbiome en extrayant les bactéries d'échantillons fécaux. De là, ils ont séquencé les génomes. Mais, l'une des limites de ce type d'expérience est que les informations vitales sur les changements du microbiome se produisant dans l'intestin sont perdues. Scientifiques, donc, n'aura pas une image complète de la dynamique de la flore humaine.

Une équipe de chercheurs du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de l'Université Harvard et de la Harvard Medical School (HMS) a trouvé un moyen de résoudre le problème, car ils ont pu formuler des gènes bactériens conçus pour déterminer et enregistrer les changements qui se produisent dans les populations bactériennes de l'intestin. Ils ont d'abord essayé l'outil sur des modèles de souris en laboratoire avec une précision unicellulaire. Ce nouvel outil peut ouvrir la voie à la conception d'un outil plus complexe et complet à utiliser pour le diagnostic et la formulation de nouvelles thérapies.

Horloge du microbiome

Publié dans la revue Nature Communications, l'étude montre comment le nouvel algorithme peut détecter et suivre les changements qui se produisent dans les populations de la flore intestinale. Le système utilise un circuit génétique oscillant, surnommé un répressilateur, qui est un type d'horloge génétique utilisée pour mesurer et évaluer la croissance bactérienne.

Il contient trois gènes bactériens utilisés pour coder trois protéines, à savoir les protéines Tet Repressor, lacl, et cl. Ces protéines bloquent l'expression de l'une des autres protéines. Dans le cycle, les gènes sont liés ou connectés dans une boucle de rétroaction négative; dans lequel lorsque l'une des concentrations de protéines répresseurs tombe en dessous de la normale, la protéine réprimée sera exprimée. D'où, il bloque l'expression de la troisième protéine, et le cycle continue.

Donc, quand les scientifiques introduisent les gènes dans la bactérie, les nombres de cycles de boucle de rétroaction négative qui sont terminés peuvent devenir un enregistrement du taux de mitose ou du nombre de divisions cellulaires terminées par la bactérie, plus comme une horloge ou une minuterie.
« Imaginez si vous aviez deux personnes portant deux montres différentes, et la trotteuse sur la montre d'une personne se déplaçait deux fois plus vite que l'autre personne. Si vous arrêtez les deux montres après une heure, ils ne seraient pas d'accord sur l'heure qu'il était, parce que leur mesure du temps varie en fonction de la vitesse du mouvement de la trotteuse. En revanche, notre répressilateur est comme une montre qui bouge toujours à la même vitesse, donc peu importe combien de personnes différentes en portent un, ils donneront tous une mesure cohérente du temps. Cette qualité nous permet d'étudier plus précisément le comportement des bactéries dans l'intestin, » David Riglar du Wyss Institute et de l'Imperial College de Londres, mentionné.

Pour créer la minuterie, les chercheurs ont associé chacune des trois protéines répresseurs à une molécule fluorescente. Ils ont fait les RINGS (Repressilator-based Inference of Growth at Single-cell level), qui est un flux de travail d'imagerie qui peut suivre ou enregistrer la protéine spécifique qui est exprimée à différents moments tout au long de la croissance de la bactérie.

Avec l'utilisation des ANNEAUX, les chercheurs ont réussi à enregistrer le nombre de mitoses ou de divisions cellulaires dans de nombreuses espèces bactériennes. Le nouvel outil a permis de résoudre un problème particulier et en même temps, fournir une plate-forme qui peut aider à étudier davantage le microbiome intestinal. Aussi, il peut ouvrir la porte à de nouvelles thérapies et à de nouveaux tests de diagnostic qui peuvent aider à freiner diverses maladies associées au déséquilibre du microbiome intestinal ou à la dysbiose.

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