Étude :Les interactions des microbes dans le système gastro-intestinal ont des effets importants sur la santé

Les interactions qui ont lieu entre les espèces de microbes vivant dans le système gastro-intestinal ont souvent des effets importants et imprévus sur la santé, selon les nouveaux travaux d'une équipe dirigée par Will Ludington de Carnegie. Leurs conclusions sont publiées cette semaine dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .

Le microbiome intestinal est un écosystème de centaines à des milliers d'espèces microbiennes vivant dans le corps humain. La diversité au sein de l'intestin humain présente un défi pour le catalogage et la compréhension de l'effet de ces communautés sur notre santé.

Les biologistes sont particulièrement intéressés à déterminer si le microbiome dans son ensemble est supérieur ou non à la somme de ses parties. En d'autres termes, dans quelle mesure les espèces individuelles influencent-elles notre santé et notre physiologie, et dans quelle mesure ces impacts sont-ils déterminés par les interactions entre les espèces présentes dans nos microbiomes ?

Ludington et son équipe, dont les biologistes moléculaires Alison Gould, Viviane Zhang, et Benjamin Obadia de l'Université de Californie à Berkeley; les physiciens Eric Jones et Jean Carlson de l'Université de Californie à Santa Barbara; et les mathématiciens Lisa Lamberti, Nikolaos Korasidis, et Niko Beerenwinkel de l'ETH Zurich et Alex Gavryushkin de l'Université d'Otago - ont utilisé le microbiome naturellement simple des mouches des fruits pour révéler de manière exhaustive l'écosystème intestinal. L'équipe a découvert que les interactions entre les espèces dans le microbiome intestinal avaient un impact sur la santé des mouches et même sur leur longévité.

"La façon classique dont nous pensons aux espèces bactériennes est dans un contexte en noir et blanc en tant qu'agents de la maladie - soit vous l'avez, ou 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."

Les études sur les mouches des fruits savent depuis longtemps que les populations de bactéries intestinales peuvent affecter le développement de leur hôte, la fertilité, et la longévité. En 1927, Helen Steinfeld de l'UC Berkeley a découvert qu'en éliminant simplement les bactéries intestinales des mouches des fruits de son laboratoire, elle pourrait prolonger leur durée de vie de 14 pour cent.

L'équipe de Ludington a répété l'expérience et a trouvé une extension de durée de vie similaire de 23% lorsqu'elle a supprimé les microbiomes particuliers de leurs mouches. Mais il n'était pas clair pour eux dans quelle mesure cette influence était due aux espèces individuelles présentes et dans quelle mesure était due à leur écologie microbienne globale.

Ludington et son équipe se sont appuyés sur les travaux de Steinfeld pour disséquer le microbiome intestinal de la mouche des fruits et mieux comprendre comment ces micro-organismes façonnent la vie de leurs insectes hôtes.

Ils ont développé un système pour cartographier toutes les interactions possibles entre les cinq espèces de bactéries présentes dans l'intestin des mouches afin de voir comment elles affectaient le développement d'un insecte, production de descendance, et durée de vie, qui se combinent pour déterminer son aptitude. L'analyse des interactions a nécessité le développement de nouvelles approches mathématiques, qui sont basées sur la géométrie d'un cube à cinq dimensions, où chaque espèce est une nouvelle dimension.

L'équipe a découvert que les interactions qui ont lieu entre les populations microbiennes sont aussi importantes pour la physiologie de la mouche que les espèces individuelles présentes. En termes de changement de 23 pour cent de la durée de vie, les espèces individuelles ne peuvent représenter qu'un quart de l'effet, tandis que les interactions comptent pour le reste. Ces interactions sont très influentes pour certains, mais pas tout, des facteurs qui déterminent la probabilité qu'une mouche transmette son matériel génétique à une nouvelle génération.

"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. Cela signifie que si nous voulons comprendre comment le microbiome affecte notre santé, nous devons développer une compréhension prédictive de la façon dont les combinaisons de bactéries affectent l'hôte, pas seulement l'espèce individuelle.

En outre, les outils de mesure et d'analyse développés pour ce projet de recherche démontrent que la mouche des fruits est un bon modèle pour comprendre des interactions plus complexes du microbiome chez l'homme et d'autres animaux, ce qui sera important pour les travaux futurs.

• Une nouvelle méthode pourrait conduire à une meilleure compréhension des interactions complexes entre les microbes intestinaux humains
• L'ethnicité peut être un indicateur fiable de la diversité du microbiote intestinal