Un nouvel aliment thérapeutique stimule les microbes intestinaux clés favorisant la croissance chez les enfants malnutris

Un nouveau type d'aliment thérapeutique, spécialement conçu pour réparer les microbiomes intestinaux des enfants malnutris, est supérieur au traitement standard dans un essai clinique initial mené au Bangladesh.

Une équipe interdisciplinaire de chercheurs de la Washington University School of Medicine à St. Louis et du International Center for Diarrheal Disease Research à Dhaka, Bangladesh, ont entrepris une nouvelle approche pour s'attaquer au problème de santé mondial urgent de la malnutrition infantile. Leur approche se concentre sur la stimulation sélective des microbes intestinaux clés favorisant la croissance en utilisant des ingrédients présents dans des produits abordables, aliments culturellement acceptables.

Leurs travaux soutiennent l'idée qu'une croissance saine des nourrissons et des enfants est inexorablement liée au développement sain de leurs communautés intestinales après la naissance. Les résultats de leurs recherches sont décrits dans deux rapports publiés le 12 juillet dans la revue Science.

"Nous avons constaté que les enfants qui souffrent de malnutrition ont des communautés microbiennes intestinales incomplètement formées par rapport à leurs homologues en bonne santé", a déclaré l'auteur principal Jeffrey I. Gordon, MARYLAND, le Dr Robert J. Glaser, professeur d'université distingué et directeur du Edison Family Center for Genome Sciences &Systems Biology à l'École de médecine. "Par conséquent, nous avons entrepris de concevoir des aliments thérapeutiques pour réparer cette immaturité et pour déterminer si une telle réparation rétablirait une croissance saine."

L'essai clinique, qui a été menée par une équipe dirigée par Tahmeed Ahmed, Doctorat, le directeur de la nutrition et des services cliniques du Centre international de recherche sur les maladies diarrhéiques, inclus 63 enfants bangladais, 12-18 mois, diagnostiqué avec une malnutrition aiguë modérée, ce qui signifie que les enfants étaient malades mais pas près de la mort. Les enfants ont été assignés au hasard à l'un des quatre groupes de traitement. Les enfants de trois des groupes ont reçu chacun l'un des trois aliments thérapeutiques nouvellement conçus, tandis que ceux du quatrième groupe ont reçu un aliment thérapeutique standard qui n'a pas été conçu en fonction de ses effets sur le microbiome intestinal.

Tous les aliments pour l'essai ont été produits localement au Centre international de recherche sur les maladies diarrhéiques. Les enfants étaient amenés deux fois par jour dans un centre de rééducation nutritionnelle, où les aliments thérapeutiques étaient administrés par leurs mères sous la supervision d'agents de santé. Un ensemble d'outils de mesure, développé grâce aux avancées de la médecine génomique, fourni un nouveau, définition beaucoup plus complète des caractéristiques moléculaires associées à la malnutrition, ses mécanismes sous-jacents, et l'efficacité du traitement.

L'un des aliments thérapeutiques s'est démarqué des autres, même dans cet essai d'un mois relativement court. Mesure 1, 300 protéines sanguines, y compris ceux qui sont intimement impliqués dans la direction de la croissance osseuse, développement du cerveau, fonction immunitaire, et le métabolisme dans divers tissus, a révélé que ce prototype alimentaire avait produit un changement prononcé vers un état sain par rapport à ce qui a été observé dans les trois autres groupes d'enfants.

A la fin de l'étude, les chercheurs ont également découvert que, contrairement aux trois autres groupes de traitement, les communautés microbiennes intestinales résidant dans les intestins des enfants recevant cet aliment thérapeutique principal avaient subi une reconfiguration et ressemblaient davantage aux communautés microbiennes trouvées chez des enfants en bonne santé du même âge vivant dans le même endroit. Cette formulation contenait, entre autres composants, un mélange de nutriments de pois chiche, soja, bananes et cacahuètes.

La malnutrition infantile est un problème de santé mondial majeur, touchant 150 millions d'enfants de moins de 5 ans dans le monde, selon l'Organisation mondiale de la santé. De nombreuses études ont montré que la malnutrition est le résultat de nombreux facteurs, avec un accès fiable à des quantités suffisantes de produits abordables, les aliments nutritifs étant l'un mais pas le seul facteur.

Les aliments thérapeutiques existants ont été développés pour augmenter la quantité de nutriments clés que les enfants consomment. Les enfants malnutris qui reçoivent ces aliments sont moins susceptibles de mourir, mais d'autres conséquences de la malnutrition sont restées largement insensibles au traitement, y compris le retard de croissance, immunité affaiblie et fonction cognitive réduite. Gordon a noté que ces aliments n'avaient pas été conçus en fonction de leurs effets sur le développement du microbiome intestinal.

Les nouveaux aliments thérapeutiques axés sur le microbiome développés par l'équipe de l'Université de Washington et du Centre international de recherche sur les maladies diarrhéiques émanent de leurs études antérieures sur le développement de la communauté microbienne intestinale chez des enfants en bonne santé vivant au Bangladesh. Il y a plusieurs années, l'équipe a découvert que les enfants souffrant de malnutrition avaient des communautés intestinales immatures, qui semblaient plus jeunes que leurs homologues en bonne santé du même âge. Ahmed a noté qu'il y a plusieurs années, ils ont découvert que les aliments thérapeutiques conventionnels ne parvenaient pas à réparer cette immaturité chez les enfants malnutris qu'ils avaient traités.

Le groupe de Gordon a ensuite transplanté des communautés immatures d'enfants malnutris, et normalement des communautés matures à partir d'enfants en bonne santé, chez des souris élevées dans des conditions stériles. Les résultats ont révélé que les communautés immatures étaient associées à une prise de poids réduite, développement osseux défectueux et fonctions métaboliques et immunitaires anormales chez les animaux receveurs. Ces résultats ont fourni des preuves précoces que l'incapacité à former une communauté microbienne normale peut être une cause plutôt qu'un simple effet de la malnutrition.

« Il existe une incertitude quant aux aliments qu'il est préférable d'administrer pendant la période d'alimentation complémentaire ; lorsque les enfants passent d'une alimentation exclusivement lactée à des aliments solides, ", a déclaré Gordon. "Nos études ont été inspirées par l'idée que ceux-ci sont couramment utilisés, abordable, Les aliments complémentaires culturellement acceptables pourraient contenir des ingrédients convoités par des microbes clés qui sont sous-représentés et sous-performants dans les microbiomes intestinaux des enfants malnutris. Ces microbes étaient nos cibles thérapeutiques."

Cette étude fournit la première preuve qu'un aliment thérapeutique, développé spécifiquement pour soutenir la croissance et l'expansion des microbes intestinaux liés au développement sain du microbiome, a des effets bénéfiques en dehors de l'intestin liés à de nombreux aspects d'une croissance saine. Ces effets impliquent des médiateurs clés du métabolisme, et d'os, développement du cerveau et du système immunitaire -; systèmes organiques qui ont été très difficiles à réparer chez les enfants malnutris en complétant leur alimentation avec des aliments thérapeutiques traditionnels.

Dans le premier des deux articles -; co-premiers auteurs Jeanette L. Gehrig, Doctorat, Siddarth Venkatesh, Doctorat, et Hao-Wei Chang, tous les membres du laboratoire Gordon - ; décrire comment ils ont utilisé pour la première fois des souris sans germes, puis des porcelets sans germes, colonisés par des membres de la communauté microbienne intestinale d'enfants bangladais pour cribler une série de régimes alimentaires composés d'ingrédients alimentaires complémentaires utilisés au Bangladesh. Ils ont formulé des prototypes d'aliments complémentaires dirigés par le microbiome qui pourraient réparer les communautés microbiennes immatures d'enfants bangladais malnutris dans ces deux modèles animaux et améliorer la santé des animaux. Ces prototypes ont ensuite été testés dans l'étude d'alimentation contrôlée en double aveugle décrite ci-dessus.

Dans le deuxième article, premier auteur Arjun S. Raman, MARYLAND, Doctorat, du laboratoire Gordon, décrit le développement de nouvelles méthodes de calcul, basé sur des méthodes développées à l'origine par le domaine de l'éconophysique pour analyser comment les fluctuations de l'économie affectent les caractéristiques des complexes, marchés financiers dynamiques. L'approche a fourni de nouvelles, manières généralement applicables de caractériser l'organisation des communautés intestinales humaines - ; leur évolution normale, comment ils sont perturbés dans des états pathologiques tels que la malnutrition, et comment ils répondent aux interventions thérapeutiques conçues pour les réparer.

L'objectif de la recherche sur le microbiome humain n'est pas simplement de décrire les composants d'une communauté microbienne, mais plutôt de caractériser comment les composants interagissent les uns avec les autres pour façonner les fonctions de la communauté. compliquer les choses, le nombre d'interactions possibles entre les composants d'une communauté intestinale est littéralement astronomique."

Auteur principal Jeffrey I. Gordon, MARYLAND

Selon Raman, les chercheurs voulaient pouvoir focaliser leur attention, trouver des moyens de réduire le nombre de composants ou de caractéristiques du microbiome à un nombre minimum qui pourrait décrire de manière informative les propriétés organisationnelles des communautés intestinales saines et malades.

Étudier les microbiomes d'enfants bangladais en bonne santé échantillonnés mensuellement de la naissance à cinq ans, et en utilisant la nouvelle méthode de calcul, ils ont identifié un réseau de 15 membres de la communauté bactérienne intestinale qui interagissaient constamment les uns avec les autres. Ils ont nommé ce réseau un écogroupe. Les composants de l'écogroupe ont fourni un moyen précis de décrire le développement intestinal normal des nourrissons et des enfants vivant au Bangladesh ainsi que dans plusieurs autres pays à faible revenu. Il a également servi de moyen sensible et précis pour déterminer à quel point les communautés microbiennes sont gravement perturbées chez les enfants souffrant de malnutrition modérée et sévère, et le degré auquel ils sont réparés avec divers traitements.

« Un essai clinique plus long et plus important est actuellement en cours sur deux sites au Bangladesh pour voir si le nouvel aliment complémentaire dirigé par le microbiome présente des avantages durables, ", a déclaré Ahmed. "Cet essai comprend des enfants souffrant de malnutrition modérée ainsi que des enfants souffrant de malnutrition sévère traités avec une thérapie conventionnelle mais laissés avec des microbiomes incomplètement réparés, retard de croissance et divers autres troubles de la croissance."

Michael J. Barratt, Doctorat, un professeur adjoint de pathologie et d'immunologie et directeur exécutif du Center for Gut Microbiome and Nutrition Research de l'Université de Washington a ajouté :

Il est possible que certains enfants aient des communautés microbiennes intestinales si endommagées qu'une intervention alimentaire seule ne soit pas suffisante. Ainsi, notre équipe de l'Université de Washington et du Centre international de recherche sur les maladies diarrhéiques s'intéresse à l'étude de la possibilité de donner aux organismes bénéfiques spécifiques - ; ou même les produits bénéfiques que fabriquent ces microbes, au fur et à mesure que nous devenons mieux informés sur ce que c'est - ; en combinaison avec un aliment complémentaire dirigé par le microbiome. Cela pourrait être une deuxième ligne de défense. Nos études présentent également la possibilité de surveiller le développement des communautés microbiennes intestinales et de détecter les écarts par rapport au développement normal plus tôt dans la vie, nous donnant des opportunités de prévention."

Gordon a souligné que leurs efforts visant à réparer les communautés microbiennes perturbées des enfants malnutris promettent de révéler des directives plus éclairées pour nourrir les enfants au cours des premières années de leur vie afin qu'ils puissent développer des microbiomes sains.

"Nous devons être des intendants efficaces des précieuses ressources microbiennes de nos enfants, " dit-il. " Si nous sommes, les effets peuvent être de longue durée et annoncer une nouvelle dimension à la médecine préventive - ; celui qui commence avec leurs microbiomes en développement."

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