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Les chercheurs cataloguent votre zoo microbien
Un grand National Institutes of Health initiative a publié le catalogue le plus complet à ce jour des micro-organismes qui vivent sur et dans le corps humain. En caractérisant l'écologie des bactéries, virus, champignons et autres microbes qui habitent les personnes en bonne santé, les chercheurs ont établi une base de référence pour le microbiome humain normal. Les travaux pourraient accélérer la recherche sur le développement, l'obésité, les maladies infectieuses, etc.
La plupart du temps, nous vivons en harmonie avec les microbes qui habitent notre corps, mais parfois cette harmonie se brise, entraînant la maladie, dit Eric Vert , directeur du National Human Genome Research Institute, l'une des institutions du NIH qui a dirigé le projet sur le microbiome. Nous devons mieux comprendre à quoi ressemble le microbiome normal et ce qui lui arrive lorsqu'il change pour provoquer ou influencer une maladie, dit-il. Cela nécessite de comprendre l'interaction des communautés au sein de notre corps, et pas seulement un seul microbe à la fois.
Au niveau microscopique, le corps humain est un monde d'écosystèmes aussi différents que les déserts et les forêts tropicales, dont chacun est occupé par sa propre communauté unique de micro-organismes. Les humains ont co-évolué avec ces micro-organismes, dont beaucoup sont nécessaires à la survie. Alors que la communauté médicale et scientifique savait depuis un certain temps que les cellules microbiennes sont 10 à 1 en nombre supérieur aux cellules humaines, on savait peu de choses sur la diversité et l'abondance de l'espèce.
Traditionnellement, les scientifiques étudient les bactéries en les cultivant dans des cultures monospécifiques en laboratoire. Cependant, de nombreuses espèces de microbes sont difficiles à cultiver de cette façon, en partie parce qu'elles dépendent des membres de la communauté pour survivre. Ainsi, les chercheurs du Human Microbiome Project ont plutôt prélevé des échantillons d'ADN mélangés de diverses parties du corps des participants à l'étude et ont séquencé tous les génomes qu'ils ont trouvés. Ils ont échantillonné des parties du corps de 242 adultes en bonne santé - 15 habitats corporels chez les hommes et 18 chez les femmes - à différents endroits de la bouche, du nez, de la gorge, du coude, des oreilles, des intestins et du vagin.
Le projet n'aurait pas été possible sans la technologie de séquençage de l'ADN moins chère et plus rapide qui est arrivée sur le marché au cours des dernières années, dit Lita Proctor , qui a coordonné l'effort pour le NIH. Les chercheurs ont utilisé une machine de Roche pour exécuter une forme de code-barres ADN spécifique aux bactéries pour déterminer quelles espèces étaient présentes dans plus de 5 000 échantillons. Le consortium a ensuite utilisé Éclairer pour séquencer l'ADN dans près de 700 échantillons, créant ce que l'on appelle des séquences métagénomiques en fusil de chasse. Les séquences métagénomiques sont un mélange de tous les gènes trouvés dans les communautés microbiennes et donnent aux chercheurs une liste partielle des enzymes et autres molécules fonctionnelles que chaque communauté microbienne peut fabriquer.
L'étude a abouti à quelque 3,5 téraoctets de données de séquences génomiques. L'équipe a dû développer de nouvelles méthodes de calcul pour l'analyser, explique Proctor. Grâce à l'effort métagénomique, l'équipe a pu comprendre quelles fonctions biologiques les communautés microbiennes étaient capables de remplir. Le microbiome humain sain contient au moins 10 000 espèces microbiennes avec quelque huit millions de gènes différents codant pour des protéines. En d'autres termes, 360 fois plus de gènes que ce que le génome humain a à offrir.
Le microbiome nous offre beaucoup plus de fonctions que nous n'en aurions sans les organismes, dit Georges Weinstock , un scientifique du génome au Genome Institute de l'Université de Washington à St. Louis et un leader du projet Human Microbiome. Les organismes au sein des différentes communautés ont des capacités métaboliques différentes (c'est-à-dire qu'ils produisent différentes enzymes et autres molécules), dont certaines dépendent du corps humain pour digérer certains aliments, se défendre contre les agents pathogènes envahissants, etc.
Les chercheurs ont découvert que les communautés microbiennes différaient non seulement d'un site à l'autre, mais également d'une personne à l'autre, certains sites corporels étant plus cohérents que d'autres. Par exemple, la bouche était particulièrement riche en espèces et les personnes vivant dans la même communauté avaient des types de microbes similaires dans leur salive (l'étude a échantillonné des personnes vivant autour de Houston et de St. Louis). En revanche, les bactéries vivant sur la peau présentaient une bien plus grande variété entre les individus.
Cependant, bien que les microbes diffèrent d'une personne à l'autre, le potentiel fonctionnel des microbes, tel que représenté par les enzymes ou d'autres protéines fonctionnelles codées dans leurs génomes, était similaire d'une partie du corps d'une personne à une autre. Ainsi, alors que les espèces de bactéries présentes dans les intestins de différents individus peuvent varier, la suite de processus métaboliques que les communautés peuvent effectuer était en grande partie la même.
Bien que les sujets de l'étude soient tous en bonne santé (chacun a été examiné par plusieurs spécialistes), presque tous étaient porteurs de certains agents pathogènes ou microbes pouvant causer des maladies. Ces agents pathogènes semblaient coexister pacifiquement chez les participants, et les travaux futurs exploreront ce qui se passe pour envoyer ces passagers en mode attaque.
Dans un article de commentaire publié dans la revue La nature , David relman , un chercheur en microbes humains à l'Université de Stanford, qui n'a pas participé à l'étude, a noté qu'une étude récente sur les populations vivant dans les régions moins développées du monde ont des microbiomes nettement différents de ceux vivant aux États-Unis. Il souligne également que les conditions qui auraient exclu les participants du projet sur le microbiome humain, telles que les maladies des gencives ou le surpoids, deviennent de plus en plus répandues dans le monde, et cela devrait être pris en compte dans les études futures.
Certaines de ces préoccupations pourraient être abordées dans les prochains rapports du projet NIH. Les 17 études publiées aujourd'hui dans La nature et les revues de la Public Library of Science ne sont que les premiers résultats du consortium de 200 scientifiques. Les prochaines étapes consisteront à aller au-delà des études du potentiel génétique vers la fonction réelle en étudiant les produits génétiques, tels que les protéines, qui sont produits par le microbiome humain. En outre, certains groupes du Human Microbiome Project examineront comment le microbiome change avec des conditions telles que la maladie de Crohn ou l'obésité.