Les recherches d'une équipe internationale de scientifiques, dont des Brésiliens, ont trouvé un lien entre le cancer colorectal et des changements dans les modèles de microbiote intestinal qui ne dépendent pas des habitudes alimentaires des populations étudiées. Cette découverte ouvre la voie au développement de tests non invasifs capables de prédire l'émergence de la maladie.
L'étude est publiée ce lundi, Le premier avril, dans la revue Nature Medicine. Son premier auteur est Andrew Maltez Thomas, titulaire d'un doctorat en bioinformatique de l'Université de São Paulo (USP), Brésil. Thomas a été soutenu par la São Paulo Research Foundation - FAPESP via une bourse pour un stage de recherche à l'Université de Trente en Italie.
Dans l'une des enquêtes les plus vastes et les plus variées jamais menées sur le sujet, les chercheurs ont combiné la métagénomique, la bioinformatique et l'apprentissage automatique (avec l'utilisation de l'intelligence artificielle) pour corréler la survenue du cancer colorectal avec les données du microbiote intestinal pour 969 personnes au Canada, Chine, La France, Allemagne, Japon et États-Unis.
Les résultats ont identifié des groupes de micro-organismes associés au cancer colorectal dans toutes les populations étudiées, et des signatures dans le métabolisme microbien (schémas de métabolites produits par des micro-organismes) qui peuvent être utilisées pour prédire l'apparition de la maladie. La recherche a eu deux autres résultats importants. L'une est la découverte dans les intestins des patients atteints d'un cancer colorectal d'une espèce spécifique de bactérie que l'on trouve couramment dans la bouche et les voies respiratoires. L'autre est une corrélation entre le cancer colorectal et la présence du gène d'une enzyme microbienne qui dégrade la choline, un nutriment essentiel du groupe des vitamines B.
L'étude a révélé des niveaux plus élevés de l'espèce bactérienne Fusobacterium nucleatum chez les patients atteints de cancer colorectal que chez les individus sains. Cette bactérie habite normalement les régions de la bouche, et on pensait que l'acidité d'autres parties du tractus gastro-intestinal lui était fatale.
"Un plus grand nombre de bactéries buccales ont tendance à se déplacer vers l'intestin chez les patients atteints de cancer colorectal. Cette migration peut provoquer une inflammation dans l'intestin, donnant naissance à la tumeur, " dit Thomas. " Cependant, nous ne connaissons pas la raison réelle de la migration, seulement qu'il y a un lien entre la présence de ces bactéries dans l'intestin et le cancer colorectal et que le lien mérite d'être étudié plus avant."
L'autre découverte, une présence significative du gène de l'enzyme microbienne choline triméthylamine-lyase (cutC) dans les échantillons fécaux de patients atteints de cancer colorectal, renforce la possibilité d'un lien cancérigène entre le microbiote intestinal et une alimentation grasse, indiqué par des recherches antérieures. "Lorsque l'enzyme clive la choline, qui est abondant dans les régimes contenant de grandes quantités de viande rouge et d'autres aliments gras, il libère de l'acétaldéhyde, un cancérigène bien connu, " dit Thomas.
Dans l'étude, les chercheurs ont utilisé des données sur la composition et l'abondance de toutes les bactéries trouvées dans 969 échantillons fécaux. Développer une méthode d'analyse simple qui peut être largement utilisée par les cliniques et les hôpitaux, ils ont sélectionné les bactéries statistiquement significatives.
« Nos résultats sur 16 espèces de bactéries étaient comparables à ceux des analyses utilisant toutes les espèces. Il s'agit d'une étape importante dans le développement d'un outil de diagnostic simple qui dispense de séquencer l'ensemble du microbiote tout en ayant la précision nécessaire, " dit Thomas.
L'association n'est pas un lien de causalité
Les recherches sur les liens entre le microbiote intestinal et la santé humaine se sont multipliées ces dix dernières années, mais la nouvelle étude innove en concevant les bactéries comme des marqueurs du développement de la maladie.
« Les marqueurs sont généralement recherchés directement en association avec des cellules tumorales. Nous utilisons un concept différent. Notre analyse est basée sur des changements dans un ensemble relativement petit de bactéries dans un spectre de centaines de bactéries qui vivent dans l'intestin et peut indiquer la présence de Une maladie, " a déclaré Emmanuel Dias-Neto, chercheur au Centre de recherche international du Centre de recherche contre le cancer A.C. Camargo (CIPE) et co-auteur de l'article.
Le séquençage de l'ADN obtenu à partir du microbiote intestinal a permis aux chercheurs d'identifier les bactéries présentes dans chaque échantillon fécal, mesurer la quantité de chaque bactérie, et d'identifier des variantes dans leurs génomes qui peuvent être liées à différents résultats, comme un risque accru de cancer colorectal.
Il faut le souligner, cependant, que l'étude n'a pas montré que les altérations du microbiote intestinal provoquent le cancer colorectal.
"Nous avons détecté une association, mais cela n'implique pas nécessairement un lien de causalité. La question est de savoir si des bactéries spécifiques peuvent causer le cancer ou si le cancer crée un environnement différent dans le canal colorectal et favorise ainsi certaines bactéries par rapport à d'autres. Nous n'avons pas encore de réponse, ce qui serait fondamental pour les résultats de la recherche décrite dans l'article pour aider à développer des thérapies pour traiter le cancer colorectal, " a déclaré João Carlos Setubal, Professeur ordinaire au Département de biochimie de l'Université de São Paulo, coordinateur du programme interunitaire d'études supérieures en bioinformatique de la même université, et aussi co-auteur de l'article. Setubal et Dias-Neto ont supervisé la recherche doctorale de Thomas.
Analyse informatique
Selon les chercheurs, il s'agit peut-être de la plus grande étude jamais réalisée sur le cancer colorectal basée sur des données provenant d'échantillons fécaux et de populations aussi diverses. Le groupe a analysé les données de cinq études publiques et de deux autres études menées par des chercheurs de l'Université de Trente.
Avec les données de ces sept études, ils ont pu identifier des enzymes et des bactéries, et de déterminer comment le microbiote intestinal peut prédire le développement du cancer colorectal. Ils ont utilisé les données de deux autres études avec 200 échantillons pour valider leurs résultats.
"Séquençage de l'ADN des échantillons, qui nécessitait de faire la distinction entre l'ADN du microbiote et l'ADN humain, était un moyen d'identifier et de quantifier les espèces de micro-organismes et leurs gènes présents dans les échantillons, " a déclaré Thomas. "Nous avons extrait l'ADN des échantillons fécaux et l'avons séquencé. Nous avons ensuite utilisé des méthodes de calcul pour analyser les données. En conséquence, nous avons pu identifier et quantifier l'abondance des espèces et des gènes. »
Étant donné que les données proviennent de différentes études, les chercheurs ont utilisé des méthodes statistiques sophistiquées pour les analyser comme un ensemble.
"Nous avons utilisé des méthodes statistiques méta-analytiques et des techniques d'apprentissage automatique pour déterminer à quel point les résultats étaient prédictifs, " dit Thomas.
Les résultats ont été validés par Nicola Segata, un biologiste computationnel à l'Université de Trente et superviseur à l'étranger pour le projet, et renforcée par une autre étude réalisée au Laboratoire européen de biologie moléculaire (EMBL) en Allemagne sur les liens entre le microbiome intestinal et le cancer. Un article sur l'étude EMBL est publié dans le même numéro de Nature Medicine.
"En préparant les articles, nous avons échangé des données et des informations avec l'autre groupe dans le cadre d'un partenariat qui s'est avéré très important pour renforcer nos conclusions. Bien que nous ayons utilisé des techniques d'apprentissage automatique et différentes méthodes statistiques, nous sommes arrivés à la même conclusion que le microbiome intestinal peut prédire la présence d'un cancer colorectal dans différentes populations et études, " dit Thomas.
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