Les scientifiques utilisent des algues alimentaires pour manipuler les bactéries intestinales chez la souris

Les scientifiques utilisent des algues alimentaires pour manipuler les bactéries intestinales chez la souris

[Julien Gigault] Les nanoparticules dans l’environnement (Mai 2019).

Anonim

Les bactéries intestinales se développent sur les aliments que nous mangeons. À leur tour, ils fournissent des nutriments essentiels qui nous maintiennent en bonne santé, repoussent les agents pathogènes et aident même à guider nos réponses immunitaires.

Comprendre comment et pourquoi certaines souches bactériennes que nous ingérons peuvent réussir à s’installer dans le gros intestin, alors que d’autres sont rapidement expulsées, pourrait aider les scientifiques à manipuler la composition de milliers d’espèces bactériennes maladie. Mais la complexité même de l’écologie intestinale a entravé cette tâche.

Maintenant, des chercheurs de la faculté de médecine de l'université de Stanford travaillant avec des souris de laboratoire ont montré qu'il était possible de favoriser la prise de greffe d'une souche bactérienne par d'autres en manipulant le régime alimentaire des souris. Les chercheurs ont également montré qu'il est possible de contrôler la quantité de bactérie qui pousse dans l'intestin en calibrant la quantité d'un glucide spécifique dans l'eau ou la nourriture de chaque souris.

"Nous sommes tous dotés d'une communauté microbienne dans nos tripes qui s'est assemblée de manière chaotique au cours de nos premières années de vie", a déclaré Justin Sonnenburg, PhD, professeur agrégé de microbiologie et d'immunologie. "Bien que nous continuions à acquérir de nouvelles souches tout au long de la vie, cette acquisition est un processus mal orchestré et mal compris. Cette étude suggère qu'il serait possible de remodeler délibérément notre microbiome pour améliorer la santé et combattre les maladies."

Un article décrivant la recherche sera publié en ligne le 9 mai dans Nature . Sonnenburg est l'auteur principal. Elizabeth Shepherd, ancienne étudiante diplômée, est l'auteur principal.

Donner une jambe à la bactérie

Le domaine en plein essor des probiotiques - des cultures bactériennes vivantes, probablement saines, naturellement présentes dans les aliments tels que le yogourt ou inclus dans les suppléments oraux en vente libre - est un exemple d'une sensibilisation croissante du public à l'importance des bactéries intestinales. Même si vous ne prenez pas de probiotiques ou ne mangez pas de yaourt, chacun de nous consomme sans le savoir à de faibles niveaux de microbes adaptés à l'intestin tout au long de notre vie. Mais quelle que soit la source, on ne sait pas ce qui cause le succès d’une souche sur une autre. Beaucoup passent rapidement dans notre tube digestif sans prendre pied dans notre tapis intestinal grouillant.

Sonnenburg et ses collègues se sont demandés si un coup de pouce alimentaire donnerait à des souches bactériennes spécifiques une longueur d'avance dans l'ouest sauvage du microbiome intestinal. Pour enquêter, ils se sont rendus à la station d'épuration de San Jose pour trouver des membres des Bacteroides, le genre le plus important du microbiote intestinal humain, à la recherche de souches capables de digérer un ingrédient relativement rare dans les régimes américains: l'algue nori utilisé dans les rouleaux de sushi et autres aliments japonais. Ils ont passé au crible les bactéries collectées dans l'effluent primaire pour déterminer leur capacité à utiliser un glucide présent dans le nori appelé porphyran.

"Les gènes qui permettent à une bactérie de digérer le porphyran sont extrêmement rares chez les humains qui ne consomment pas les algues dans leur alimentation", a déclaré M. Sonnenburg. "Cela nous a permis de tester si nous pouvions contourner les règles des écosystèmes complexes en créant un créneau privilégié qui pourrait favoriser un seul microbe en lui permettant d’exister en l’absence de concurrence des 30 000 milliards d’autres microbes présents dans l’intestin."

Une fois qu'ils ont trouvé une souche de Bacteroides englobée dans le nori, les chercheurs ont tenté de l'introduire dans chacun des trois groupes de souris de laboratoire. Deux groupes de souris avaient leur propre bactérie intestinale éliminée et remplacée par la bactérie intestinale d'origine naturelle provenant de deux donneurs humains en bonne santé, dont chacun donnait exclusivement à un groupe ou à l'autre. Le troisième groupe de souris abritait une communauté de microbiote intestinal spécifique aux souris.

Un effet direct

Les chercheurs ont découvert que lorsque les souris étaient nourries avec un régime alimentaire typique de souris, la souche porphyran-digestive était capable de se greffer dans deux groupes de souris à des degrés variables et limités; l'un des groupes de souris avec des bactéries intestinales humaines a complètement rejeté la nouvelle souche. Cependant, lorsque les souris ont été nourries avec un régime riche en porphyran, les résultats ont été radicalement différents: les bactéries se sont greffées de manière robuste à des niveaux similaires chez toutes les souris. De plus, Shepherd a découvert qu’elle pouvait calibrer précisément la taille de la population de bactéries greffées en augmentant ou en diminuant la quantité de nori ingérée par les animaux.

"Les résultats de cette expérience de dilution nous ont surpris", a déclaré Sonnenburg. "L'effet direct de l'alimentation sur la population bactérienne était très clair."

En plus de montrer qu'ils pouvaient favoriser la prise de greffe et la croissance de la souche bactérienne nori-gobelet, les chercheurs sont allés plus loin en montrant que les gènes nécessaires à la digestion du porphyran existent en tant qu'unités pouvant être intégrées dans d'autres souches de Bacteroides., leur donnant le même avantage de prise de greffe. Maintenant, ils travaillent à identifier d'autres gènes qui confèrent des capacités alimentaires similaires.

"Nous pouvons utiliser ces modules de gènes pour développer une vaste boîte à outils pour que les traitements microbiens thérapeutiques deviennent une réalité", a déclaré Sonnenburg. "Les gènes qui digèrent le porphyre et un régime riche en algues sont la première paire, mais il pourrait y en avoir des centaines d'autres. Nous aimerions étendre ce simple paradigme à un ensemble de composants alimentaires et de microbes."

Les chercheurs envisagent également de développer des bactéries qui abritent des interrupteurs de mise à mort et des portes logiques qui permettront aux cliniciens d'activer et de désactiver l'activité bactérienne à volonté, ou en cas de circonstances spécifiques.

"Il est devenu très clair au cours des 10 dernières années que les microbes intestinaux ne sont pas seulement reliés à de nombreux aspects de notre biologie, mais qu'ils sont également très malléables", a déclaré Sonnenburg. "Notre capacité croissante à les manipuler va changer la façon dont la santé est mise en pratique. Un médecin dont le patient est sur le point de commencer une immunothérapie contre le cancer peut choisir d’administrer une souche bactérienne capable d’activer le système immunitaire, par exemple. Les maladies auto-immunes peuvent bénéficier d'un ensemble différent de microbiotes capables de compenser une réponse immunitaire hyperactive. Elles ne sont qu'un levier très puissant pour moduler notre biologie en matière de santé et de maladie. "