Une nouvelle méthode pourrait conduire à une meilleure compréhension des interactions complexes entre les microbes intestinaux humains

Le microbiome intestinal - le monde des microbes qui habitent le tractus intestinal humain - a suscité l'intérêt des scientifiques et des cliniciens pour son rôle essentiel dans la santé. Cependant, analyser lequel de ces microbes est responsable des effets sur notre bien-être reste un mystère.

Nous rapprochant un peu plus de la résolution de cette énigme, Eric Jones et Jean Carlson, physiciens de l'UC Santa Barbara, ont développé une approche mathématique pour analyser et modéliser les interactions entre les bactéries intestinales chez les mouches des fruits. Cette méthode pourrait conduire à une compréhension plus sophistiquée des interactions complexes entre les microbes intestinaux humains.

Leur découverte apparaît dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .

« Surtout depuis une vingtaine d'années, les scientifiques ont découvert que le microbiome interagit avec le reste de votre corps, avec votre système immunitaire, avec ton cerveau, " dit Jones, un étudiant chercheur diplômé dans le laboratoire de Carlson. "De nombreuses maladies sont associées à certaines compositions microbiennes dans l'intestin."

Le microbiome intestinal humain est encore trop diversifié pour être entièrement analysé. Au lieu, l'équipe de recherche, dirigé par le biologiste de la Carnegie Institution for Science Will Ludington, utilisé la mouche des fruits comme organisme modèle pour déterminer comment la présence de bactéries intestinales particulières pourrait entraîner des effets physiques et comportementaux dans l'organisme hôte.

Dans leur papier, "Les interactions du microbiome façonnent la forme physique de l'hôte, " Carlson, Jones, Ludington et ses collègues examinent les interactions entre cinq espèces principales de bactéries trouvées dans l'intestin de la mouche, et calculer comment la présence ou l'absence d'espèces individuelles influence les aspects de la fitness de la mouche, y compris la durée de vie, fertilité et développement. "La façon classique dont nous pensons aux espèces bactériennes est dans un contexte noir et blanc en tant qu'agents de maladie - soit vous l'avez, soit vous ne l'avez pas, " a déclaré Ludington. "Notre travail montre que ce n'est pas le cas pour le microbiome. Les effets d'une espèce particulière dépendent du contexte dans lequel d'autres espèces sont également présentes."

S'appuyant sur des recherches antérieures qui ont trouvé que la présence ou l'absence de bactéries affectait la longévité d'un organisme (les hôtes stériles vivaient plus longtemps), les travaux des chercheurs sur ce projet ont révélé que la situation est beaucoup plus nuancée. Par exemple, la présence de certaines bactéries pourrait augmenter la fécondité de l'hôte, tandis que d'autres pourraient diminuer la longévité. "Alors que nous examinions le total de ce que nous appelons la forme physique d'une mouche - c'est-à-dire les chances de survivre et de créer une progéniture - nous avons constaté qu'il y avait un compromis entre avoir une courte durée de vie avec beaucoup de progéniture, versus avoir une longue durée de vie avec peu de progéniture, " Ludington a expliqué. " Ce compromis a été médié par les interactions du microbiome. "

Pour décrypter ces interactions, Ludington a effectué un essai combinatoire, élevage de 32 lots de mouches habitées chacune par une combinaison unique des cinq bactéries. Pour chaque combinaison bactérienne, Ludington a mesuré le développement de la mouche, fécondité et longévité. L'analyse des interactions a obligé Carlson et Jones à développer de nouvelles approches mathématiques.

"Un modèle qui serait souvent un point de départ serait de considérer les interactions entre des paires de bactéries, " dit Carlson, dont les recherches portent sur la physique des systèmes complexes. "Cette recherche nous montre qu'un modèle strictement par paire ne capture pas tous les traits de mouche observés."

Ce que montre l'étude, les chercheurs ont dit, est que les interactions entre les populations bactériennes sont aussi importantes pour la forme physique globale de l'hôte que leur présence - l'influence du microbiome ne peut pas être uniquement attribuée à la présence ou à l'absence d'espèces individuelles. « Dans un sens, " dit Jones, "L'influence du microbiome sur l'hôte est plus que la somme de ses parties."

Les modèles nouvellement développés pourraient être étendus pour mieux comprendre les interactions des milliers d'espèces différentes de bactéries dans le microbiome humain, lequel pourrait, à son tour, faire la lumière sur les nombreux liens avec les maladies liées au microbiome, y compris les troubles de l'humeur, dysfonctionnements neurologiques, les maladies auto-immunes et les superbactéries résistantes aux antibiotiques.

"Dans de nombreux cas, les infections sont causées par des bactéries que nous avons tous en nous tout le temps, et sont contrôlés par des bactéries intestinales indigènes, " a déclaré Carlson. Ce n'est pas tant que l'infection est nouvelle, horribles bactéries, elle a expliqué, mais que les populations d'autres bactéries ont changé, ce qui entraîne une croissance illimitée des bactéries infectieuses.

"Il s'agit vraiment de comprendre la dynamique des populations de ces systèmes, " elle a dit.

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